УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КАНАЛА СВЯЗИ

Полезная модель относится к области техники связи и может быть использована в системах передачи дискретной информации для контроля качества канала связи.
Устройство может применяться в адаптивных системах передачи дискретной информации для выбора оптимальных параметров помехоустойчивого кода (информационной длины и избыточности кода) при изменении помеховой обстановки в канале связи. Передачу сообщений по выделенным каналам связи осуществляют через определенные промежутки времени, свободные от передачи полезной информации. В предлагаемом устройстве в эти промежутки времени между сеансами передачи полезной информации передают специальные тестовые последовательности. Контроль качества канала выполняют в зависимости от количества ошибок, обнаруженных в тестовых последовательностях на приемной стороне канала связи. Канал связи оценивают двумя параметрами, характеризующими его качество: средней вероятностью ошибки на бит в канале связи (коэффициентом ошибок) и коэффициентом группирования.
Известно устройство для контроля качества канала связи, содержащее регистр сдвига, анализирующее устройство, счетчик безошибочных блоков и формирователь временных интервалов, при этом анализирующее устройство соединено со счетчиком безошибочных блоков (Элементы теории передачи информации, под ред. Л.П.Пуртова, М.: Связь, 1972, стр.40-42).
Недостатком этого устройства является низкая точность контроля качества канала связи, обусловленная отсутствием функциональных узлов, определяющих корреляционные связи между количеством ошибок в рядом расположенных блоках информации.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство (прототип), содержащее регистр сдвига, дешифратор, счетчик ошибок, формирователь временных интервалов, анализатор ошибок и схему И, при этом вход синхронизации устройства соединен с входом формирователя временных интервалов, выход которого связан с входами счетчика ошибок и анализатора ошибок, а дешифратор соединен со счетчиком ошибок. (Коричнев Л.П., Королев В.Д. Статистический контроль качества каналов связи. М., Радио и связь, 1989, стр.124).
Недостатком этого устройства также является недостаточная точность контроля качества канала связи, поскольку канал характеризуют только коэффициентом ошибок и отсутствуют функциональные блоки и связи между ними, позволяющие определять коэффициент группирования ошибок в канале связи.
Цель изобретения - повышение точности контроля качества канала связи за счет того, что качество канала оценивают двумя параметрами: коэффициентом ошибок на бит в канале связи и коэффициентом группирования ошибок.
Для достижения цели предложено устройство для контроля качества канала связи, содержащее регистр сдвига, дешифратор, счетчик ошибок, формирователь временных интервалов, анализатор ошибок и схему И, при этом вход синхронизации устройства соединен с входом формирователя временных интервалов, выходы которого связаны с входами счетчика ошибок и анализатора ошибок, а дешифратор соединен со счетчиком ошибок. Новым является то, что в устройство введены регистр сдвига тестовой информации, первый блок инверторов, второй блок инверторов, дешифратор нуля и счетчик ошибок тестовой информации, при этом информационный вход устройства соединен с входом регистра сдвига, выход которого связан с входом регистра сдвига тестовой информации, выходы разрядов регистра сдвига связаны с входами первого блока инверторов, выходы которого соединены с входами дешифратора, выход которого
соединен с входом схемы И, выходы разрядов регистра сдвига тестовой информации связаны с входами второго блока инверторов, выходы которого соединены с входами дешифратора нуля, выход которого соединен с входом схемы И, выход схемы И связан с входом счетчика ошибок тестовой информации, установочный вход которого соединен с выходом формирователя временных интервалов, выход счетчика ошибок тестовой информации связан с входом анализатора ошибок, другой вход которого соединен с выходом счетчика ошибок, а выход анализатора ошибок является информационным выходом устройства для контроля качества канала связи.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для контроля качества канала связи содержит регистр сдвига 1, первый блок инверторов 2, дешифратор 3, счетчик ошибок 4, формирователь временных интервалов 5, регистр сдвига тестовой информации 6, второй блок инверторов 7, дешифратор нуля 8, схему И 9, счетчик ошибок тестовой информации 10 и анализатор ошибок 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
1
2
n
На вход устройства для контроля качества канала связи поступает тестовая информация в виде многократно повторяющейся двоичной тестовой последовательности с=c c ... с. В качестве тестовой последовательности обычно выбирают двоичную последовательность с хорошими синхронизирующими свойствами, например, последовательность максимального периода повторения (код Рида-Маллера 1-го порядка). Для надежной работы устройства длина тестовой последовательности должна находиться в диапазоне величин n=20...50. С входа устройства тестовая информация записывается сначала в регистр сдвига 1, а затем в регистр сдвига тестовой информации 6. Регистр сдвига 1 и регистр сдвига тестовой информации 6 работают на тактовой рабочей частоте, совпадающей со скоростью поступления информации из канала связи на вход устройства. Количество разрядов в регистре сдвига 1 и в регистре сдвига тестовой
информации 6 одинаковое и равно длине n тестовой последовательности. При заполнении тестовой последовательностью регистра сдвига 1, в регистре сдвига тестовой информации 6 будет находиться ранее принятая тестовая последовательность. Выходы разрядов регистра сдвига 1 и регистра сдвига тестовой информации 6 подключены соответственно к первому блоку инверторов 2 и второму блоку инверторов 7. Первый блок инверторов 2 и второй блок инверторов 7 реализованы в виде набора схем инверторов, подключенных к определенным разрядам регистра сдвига 1 и регистра сдвига тестовой информации 6. Структура первого блока инверторов 2 и второго блока инверторов 7 одинаковая и настроена на структуру тестовой последовательности. Первой блок инверторов 2 и второй блок инверторов 7 выполняют инвертирование единичных разрядов тестовой последовательности, оставляя без изменения нулевые разряды тестовой последовательности. В момент времени, когда регистр сдвига 1 и регистр сдвига тестовой информации 6 заполнены безошибочными тестовыми последовательностями, на выходах первого блока инверторов 2 и второго блока инверторов 7 будут нулевые двоичные последовательности. Дешифратор 3 и дешифратор нуля 8 определяют наличие нулевых последовательностей на своем входе и формируют на своих выходах соответствующие сигналы. Дешифратор 3 определяет наличие безошибочной тестовой последовательности во входной информации устройства, а дешифратор нуля 8 - наличие безошибочной тестовой последовательности во входной информации устройства с задержкой по времени, равной длительности поступления тестовой последовательности. Сигнал с выхода дешифратора 3 далее поступает на вход счетчика ошибок 4, который подсчитывает количество безошибочных тестовых последовательностей на входе устройства. Одновременно сигнал с выхода дешифратора 3 поступает на вход схемы И 9, на другой вход которой поступает аналогичный сигнал с выхода дешифратор нуля 8. При наличии двух рядом расположенных безошибочных тестовых последовательностей в регистре сдвига 1
и регистре сдвига тестовой информации 6, на выходе схемы И 9 возникает сигнал, который далее поступает на вход счетчика ошибок тестовой информации 10. Счетчик ошибок тестовой информации 10 подсчитывает число пар рядом расположенных тестовых последовательностей на входе устройства.
Контроль качества канала связи осуществляют по показаниям счетчика ошибок 4 и счетчика ошибок задержанной информации 10 в моменты времени, определяемые формирователем временных интервалов 5. Формирователь временных интервалов 5 реализован на счетчиках, на входы которых по цепи синхронизации устройства поступают сигналы тактовой рабочей частоты, совпадающей со скоростью поступления информации из канала связи. Через определенные промежутки времени на выходе формирователя временных интервалов 5 возникают управляющие сигналы, по которым показания счетчика ошибок 4 и счетчика ошибок тестовой информации 10 считывают в анализатор ошибок 11, а затем устанавливают счетчик ошибок 4 и счетчик ошибок тестовой информации 10 в нулевое состояние. Формирователь временных интервалов 5 задает интервал времени, в течение которого подсчитывают общее число неискаженных тестовых последовательностей и пар рядом расположенных неискаженных тестовых последовательностей. Длительность этого интервала времени должна быть достаточной для получения статистики неискаженного приема тестовой последовательности. При погрешности определения параметров канала связи, не превышающей 5%, длине тестовой последовательности, составляющей 31 бит, для канала связи со средней вероятностью ошибок на бит равной 0,001, как показали результаты моделирования, интервал времени должен быть не менее времени приема 300...400 тестовых последовательностей. При этом будет принято не менее 10 искаженных тестовых последовательностей.
Параметры канала связи, характеризующие его качество: среднюю вероятность ошибки на бит и коэффициент группирования, вычисляют в анализаторе ошибок 11.
Для канала с группированием ошибок согласно модифицированной модели канала Пуртова (Самойлов В.М. Обобщенная аналитическая модель канала с групповым распределением ошибок. Вопросы радиоэлектроники, сер. ОВР, вып.6, 1990) вероятность t и более ошибок (t≥2) в блоке длины n бит выражается формулой
p - средняя вероятность на бит в канале связи,
а - коэффициент группирования ошибок (0≤а≤1).
Вероятность искажения тестовой последовательности длины n бит равна
Вероятность безошибочного приема тестовой последовательности (без учета трансформаций) запишется в виде
Используя формулу (1), при наличии статистики безошибочного приема тестовой последовательности для двух различных длин n и 2n блоков символов, уравнения, позволяющие определить оба параметра p и а канала связи с группированием ошибок запишем в виде
1
где λ - частота безошибочного приема тестовой последовательности длины n бит, равная отношению числа безошибочно принятых тестовых последовательностей к общему числу переданных тестовых последовательностей (оценка вероятности безошибочного приема),
2
λ - частота безошибочного приема двух рядом расположенных тестовых последовательностей, общей длины 2n бит.
Отсюда
1
2
Анализатор ошибок 11 определяет параметры канала связи p и а согласно уравнений (3). При этом предварительно вычисляют частоты λ и λ, равные соответственно отношению показаний счетчика ошибок 4 и счетчика ошибок тестовой информации 10 к величине временного интервала, определяемого сигналом с формирователя временных интервалов 5.
Для выполнения указанных вычислений анализатор ошибок 11 может быть реализован, например, на микроконтроллере. В этом случае счетчик ошибок 4 и счетчик ошибок тестовой информации 10 подключены к входным портам микроконтроллера. Сигнал с выхода формирователя временных интервалов 5 используют в качестве сигнала прерывания микроконтроллера, по которому данные из входных портов считываются во внутреннюю память микроконтроллера и инициализируется процесс вычисления параметров канала связи а и p по формулам (3). Затем эти параметры канала связи через выходные порты микроконтроллера поступают на выход устройства для контроля качества канала связи.
В предлагаемом устройстве качество канала связи оценивают двумя параметрами: средней вероятностью ошибки на бит p и коэффициентом группирования ошибок а. Эти параметры определяют не только частоту
ошибок, но и степень группирования ошибок. Они позволяют вычислять блочную статистику ошибок канала и моделировать поток ошибок в канале связи с группированием ошибок. Поэтому, предлагаемая полезная модель точнее определяет распределение ошибок в канале связи по сравнению с прототипом.
Достигаемым техническим результатом предлагаемого устройства для контроля качества канала связи является повышение точности контроля качества канала связи.