ГЛАВА 5 ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ МЯГКИХ ДЕКОДЕРОВ В СТИРАЮЩЕМ КАНАЛЕ СВЯЗИ

5.1. Декодер с коррекцией значений градаций надежности

Декодер подобного типа учитывает корреляционные зависимости помехи, которые проявляются в виде непрерывных во времени спадов (нарастаний) мешающих факторов. Выявить подобные зависимости возможно только в условиях повторяющихся во времени полезных сигналов, при этом их длительность должна быть соизмерима с корреляционной функцией помехи. Структурная схема рассматриваемого декодера представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Структурная схема декодера с коррекцией значений ИДС

Декодер содержит блок приема 1, один их выходов которого через анализатор сигналов 2, накопитель 3 подключен к блоку восстановления стираний 4. Первый выход блока 4 подключен к управляющему входу накопителя 3, а второй выход к одному из входов блока исправления стираний 5. Другой вход этого блока подключен к одному из выходов блока выделения повторяющихся импульсов 6, в то время как, другой выход блока 6 подключен к одному из входов регистра корректирующих оценок 7. Другой вход блока 7 подключен к дополнительному выходу блока восстановления стираний 4, а выход блока 7 к корректирующему входу накопителя 3, при этом вход блока выделения повторяющихся импульсов 6 подключен к другому выходу блока приема 1.

Декодер работает следующим образом.

Блок приема 1 регистрирует поступающие сигналы и передает их текущие значения в блок выделения повторяющихся импульсов 6 и далее в двоичной форме в блок исправления стираний 5. Кроме того, в блоке приема 1 вырабатывается сигнал стирания, поступающий в анализатор сигналов 2 по интервалу стирания .

Передача двоичной информации может быть представлена дискретным стационарным марковским процессом с двумя состояниями [5]. При этом корреляционная функция процесса является четной и может быть представлена соотношением:

, (5.1)

где и – параметры, характеризующие переход процесса за малый промежуток времени из состояния 1 в 0 и из состояния 0 в 1 соответственно; значение >0 характеризует время.

В современных системах обмена данными при использовании средств информационной защиты (шифрование, скремблирование) процесс с полным основанием можно считать симметричным, следовательно, . Отсюда

. (5.2)

Введение интервала стирания по условия нормировки марковского процесса уменьшает показатели и , так как появляются переходы из состояния 1 и 0 в состояние неопределенности. Отсюда: значение корреляционной функции в соответствии с условием (5.1) возрастает по сравнению с симметричным процессом.

Исходя из этого анализатор сигналов 2 вырабатывает оценку надежности для символа кодовой последовательности с номером методом скользящих окон. Для этого от символа с номером отсчитываются символов в сторону возрастания номеров и одновременно – в сторону их убывания. Общая оценка надежности – го символа определяется как

, (5.3)

где – число стираний, попавших в зону анализа и .

Было показано, что группирование стираний приводит к низкому значению оценки . Напротив, одиночное стирание, зафиксированное среди большой группы правильно принятых символов, обеспечивает получение высоких показателей ИДС. Подобная ситуация позволяет совершенствовать методы исправления стираний и ошибок в кодовой последовательности, за счет коррекции градаций надежности.

Накопитель 3 накапливает оценки надежности для каждого символа кодовой комбинации синхронно с их номерами (позициями) в кодовом векторе.

Блок восстановления стираний 4 определяет возможность физического восстановления комбинации при конкретной конфигурации стираний.

Это блок выбирает (здесь – метрика Хэмминга) символов кодовой комбинации с наименьшими оценками надежности и осуществляет анализ возможности их однозначного исправления, например, по методу минимума обобщенного расстояния.

Если результат анализа положительный, то соответствующие символы в блоке исправления стираний 5 стираются и информационные значения символов кодовой комбинации восстанавливаются за счет регулярных методов исправления стираний (соответствующим решением системы линейных уравнений). В случае отрицательного исхода анализа конфигурация стираний изменяется за счет не стирания символа, имеющего наиболее высокую оценку из группы выбранных на первом этапе.

При выборе таких оценок с высокой вероятностью возникает ситуация неопределенности, которая заключается в том, что несколько оценок могут оказаться с одинаковыми показателями ИДС. Корректное разрешение неопределенности требует применение математического аппарата вариационных рядов, что в условиях реального времени обработки информации высокоскоростных потоков данных неприемлемо. Главной причиной возникновения ситуации неопределенности являются ложные стирания, вероятность появления которых всегда значительно выше вероятности правильных стираний. Появление ложных стираний увеличивает разброс оценок надежности в пределах одной кодовой комбинации, особенно для длинных кодов, что снижает общую эффективность метода восстановления информации с использованием оценок надежности.

Блок выделения повторяющихся импульсов 6 предназначен для выделения повторяющихся импульсов в информационной последовательности и вычисления коэффициента доверия решению о стирании таких символов. В большинстве случаев в каналах со случайной структурой характеристики мешающих факторов изменяются достаточно медленно по сравнению с периодом следования полезных сигналов, поэтому квазиоптимальным способом принятия решения, будет оценка мешающих факторов на некотором предшествующем временном интервале с целью использовать полученную информацию для корректировки решения на последующем этапе приема данных [35].

Блок работает следующим образом. Он не изменяет своего состояния при знакопеременах в информационной последовательности, но фиксирует повторное появление на -м шаге символа такой же полярности, которая была зафиксирована на предыдущем шаге. При этом если на i-м шаге в блоке приема 1 было зафиксировано стирание, то осуществляется подсчет коэффициента доверия данному решению о стирании. Для этого на шаге подсчитывается значение параметра , выражающего отношение уровня принятого сигнала к некоторому номинальному принятому в системе связи уровню сигнала .

Тогда коэффициент доверия стертой позиции для стирания на -м шаге определяется как

Если на i-м шаге значение Ri попадает в зону , то утверждается, что i-й символ с высокой вероятностью стерт ложно, так как часть сигнала принятого на шаге при повторе символа сохраняется и на i-м шаге. В этом случае условие правильного стирания принимает вид .

Например, пусть М = 4, = 1, = 4. Пусть далее на i-м шаге в блоке приема 1 было зафиксировано стирание, тогда в условиях повторяющихся по полярности импульсов , а , следовательно, степень доверия решению о стирании i–го символа равна нулю и стирание считается ложным.

В других условиях при М = 4, = 1, = 1,5. Пусть далее на i–м шаге в блоке прима 1 зафиксировано стирание, тогда в условиях повторяющегося по полярности импульса , а = 0,625. Если параметр Ri оказался в пределах 0 < Ri < 0,625, то стирание считается правильным.

Регистр корректирующих оценок 7 предназначен для хранения информации о ложных стираниях, выработанных блоком выделения повторяющихся импульсов 6. В случае отрицательного исхода анализа конфигурации стираний в блоке восстановления стираний 4 по команде из этого блока блок 7 принудительно увеличивает оценки надежности, хранящиеся в накопителе 3 через корректирующий вход на единицу на тех местах, где с высокой вероятностью оказались ложные стирания.

Применение коррекции ИДС позволяет в блоке восстановления стираний 4 осуществить проверку возможности физического восстановления кодовой комбинации при новых оценках всего за один шаг. Это позволяет избежать применения аппарата вариационных рядов и обеспечить темп обработки информации в реальном масштабе времени.

Моделирование указанной процедуры восстановления кодовой последовательности показало снижение уровня доли ложных стираний от 30 % до 47 % на каналах различного качества. Метод оказывается продуктивным при обработке телеметрической информации или в условиях кодирования линий вычислительных сетей.