Устройство для неравной защиты информационных символов на основе сверточных кодов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАВНОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИМВОЛОВ НА ОСНОВЕ СВЕРТОЧНЫХ КОДОВ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(72) Авторы Королев Алексей Иванович Конопелько Валерий Константинович Аль-алем Ахмед Саид Борискевич Анатолий Антонович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(57) Устройство для неравной защиты информационных символов на основе сверточных кодов, характеризующееся тем, что содержит на передающей стороне передатчик, выходом через канал связи соединенный со входом приемника на приемной стороне, причем передатчик содержит преобразователь информационных символов,0 , где 001 , 02 , кодеров самоортогональных сверточных кодов (ССК) и 0 коммутаторов, первые входы которых объединены со входами соответствующих кодеров ССК и соединены с соответствующими выходами преобразователя информационных символов, вход которого соединен с выходом источника информации, выходы 0 кодеров ССК соединены со вторыми входами соответствующих коммутаторов, выходы которых соединены с первыми 18023 1 2014.02.28 входами 0 сумматоров по модулю два, вторые входы которых соединены с соответствующими 0 выходами формирователя проверочных символов кодера равномерного сверточного кода (РСК), вход которого объединен с первым входом мультиплексора и соединен с первым выходом преобразователя информационных символов, выходы 0 сумматоров по модулю два соединены с соответствующими 0 входами мультиплексора,выход которого является выходом передатчика приемник содержит первое и второе буферные устройства,0 коммутаторов,0 кодеров ССК и 0 декодеров ССК, входы которых соединены с соответствующими 0 выходами формирователя кодовых последовательностей ССК менее значимых информационных символов, выходы 0 декодеров ССК являются выходами приемника менее значимых информационных символов и выходами устройства и соединены с первыми входами соответствующих 0 коммутаторов и со входами соответствующих 0 кодеров ССК, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих 0 коммутаторов, выходы которых соединены с 0 входами второй группы формирователя принятых проверочных символов РСК,0 входов первой группы которого объединены с 0 входами второй группы формирователя кодовых последовательностей ССК менее значимых информационных символов и соединены с 0 выходами демультиплексора принятых кодовых символов, вход которого является входом приемника, а первый выход демультиплексора соединен с первым входом корректора ошибок значимых информационных символов через первое буферное устройство, и со входом формирователя проверочных символов декодера РСК,0 выходов которого соединены с 0 входами первой группы формирователя синдромных символов РСК через второе буферное устройство и с 0 входами первой группы формирователя кодовых последовательностей ССК менее значимых информационных символов,0 входов второй группы формирователя синдромных символов РСК соединены с соответствующими 0 выходами формирователя принятых проверочных символов РСК, а 0 выходов формирователя синдромных символов РСК соединены с соответствующими 0 входами анализатора синдромной последовательности РСК, выход которого соединен со вторым входом корректора ошибок значимых информационных символов, выход которого является выходом приемника значимых информационных символов и выходом устройства. Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано в устройствах помехоустойчивого кодирования видеоданных и оцифрованных речевых сигналов при передаче по космическим и спутниковым каналам. Известно устройство исправления пакетов ошибок, содержащее на передающий стороне кодер циклического кода, кодер сверточного (рекурентного) кода и блок изменения порядка следования кодовых комбинаций сверточного кода, а на приемной стороне - накопитель, схемы сравнения, блоки обнаружения ошибок, сверточный декодер, блоки восстановления порядка следования кодовых комбинаций и схему сравнения 1. Однако известному устройству присуще следующие недостатки передаваемые информационные символы имеют одинаковую степень защиты от ошибок,высокая избыточность передаваемой информации, которая обусловлена способом последовательного кодирования двоичных символов циклическим и сверточным кодами. Известно устройство для кодирования и декодирования двоичной информации сверточными кодами, содержащее на передающей стороне преобразователь входной информации, два канала кодирования, каждый из которых содержит коммутатор разделения ветвей, коммутатор объединения ветвей, кодер и сумматор по модулю два, а на приемной 2 18023 1 2014.02.28 стороне устройство содержит два канала декодирования, общими блоками которых являются преобразователь входной информации и два канала декодирования, каждый из которых содержит коммутатор разделения ветвей, корректор ошибок, коммутатор объединения ветвей, кодер, анализатор синдромной последовательности, первый сумматор по модулю два, кроме того первый канал декодирования содержит второй и третий сумматоры по модулю два, первый и второй буферные накопители, а второй канал декодирования содержит дополнительно объединенные по входу и последовательно соединенные кодер и коммутатор объединения ветвей 2. Однако известному устройству присуще следующие недостатки передаваемые информационные символы первого и второго каналов кодирования и декодирования имеют одинаковую степень защиты от ошибок низкая корректирующая способность к группирующимся (пакетным) ошибкам. Известно устройство неравной защиты информационных символов на основе равномерного сверточного кода, содержащее на передающей стороне источник информации(ИИ), формирователь проверочных символов кодера (ФПСк) равномерного сверточного кода,001 выходных сумматоров по модулю два и мультиплексор , а на приемной стороне, содержащее демультиплексор , формирователь проверочных символов декодера (ФПСд) равномерного сверточного кода, формирователь кодовых последовательностей (ФКП) менее значимых информационных символов, формирователь принятых проверочных символов (ФПр ПС) равномерного сверточного кода, формирователь синдромных символов (ФСС) равномерного сверточного кода,001 выходных сумматоров по модулю два, анализатор синдромной последовательности (АСП) равномерного сверточного кода и корректор ошибок (КО) значимых информационных символов 3. Однако известное устройство неравной защиты информационных символов на основе равномерного сверточного кода обеспечивает сравнительно низкую помехоустойчивость(достоверность) передачи менее значимых информационных символов помехоустойчивость (достоверность) передачи которых определяется вероятностными характеристиками дискретного канала связи. Задача изобретения - повышение помехоустойчивости (достоверности) передачи менее значимых информационных символов. Поставленная задача достигается тем, что Устройство для неравной защиты информационных символов на основе сверточных кодов, характеризующиеся тем, что содержит на передающей стороне передатчик, выходом через канал связи соединенный со входом приемника на приемной стороне, причем передатчик содержит преобразователь информационных символов 0 , где 001 ,02 , кодеров самоортогональных сверточных кодов (ССК) и 0 коммутаторов, первые входы которых объединены со входами соответствующих кодеров ССК и соединены с соответствующими выходами преобразователя информационных символов, вход которого соединен с выходом источника информации,выходы 0 кодеров ССК соединены со вторыми входами соответствующих коммутаторов,выходы которых соединены с первыми входами 0 сумматоров по модулю два, вторые входы которых соединены с соответствующими 0 выходами формирователя проверочных символов кодера равномерного сверточного кода (РСК), вход которого объединен с первым входом мультиплексора и соединен с первым выходом преобразователя информационных символов, выходы 0 сумматоров по модулю два соединены с соответствующими 0 входами мультиплексора, выход которого является выходом передатчика приемник содержит первое и второе буферные устройства,0 коммутаторов,0 кодеров ССК и 0 декодеров ССК, входы которых соединены с соответствующими 0 выходами формирователя кодовых последовательностей ССК менее значимых информационных символов,выходы 0 декодеров ССК являются выходами приемника менее значимых информаци 3 18023 1 2014.02.28 онных символов и выходами устройства, и соединены с первыми входами соответствующих 0 коммутаторов и со входами соответствующих 0 кодеров ССК, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих 0 коммутаторов, выходы которых соединены с 0 входами второй группы формирователя принятых проверочных символов РСК,0 входов первой группы которого объединены с 0 входами второй группы формирователя кодовых последовательностей ССК менее значимых информационных символов и соединены с 0 выходами демультиплексора принятых кодовых символов,0 вход которого является входом приемника, а первый выход демультиплексора соединен с первым входом корректора ошибок значимых информационных символов через первое буферное устройство, и со входом формирователя проверочных символов декодера РСК,0 выходов которого соединены с 0 входами первой группы формирователя синдромных символов РСК через второе буферное устройство и с 0 входами первой группы формирователя кодовых последовательностей ССК менее значимых информационных символов, 0 входов второй группы формирователя синдромных символов РСК соединены с соответствующими 0 выходами формирователя принятых проверочных символов РСК, а 0 выходов формирователя синдромных символов РСК соединены с соответствующими 0 входами анализатора синдромной последовательности РСК, выход которого соединен со вторым входом корректора ошибок значимых информационных символов, выход которого является выходом приемника значимых информационных символов и выходом устройства. На фиг. 1 приведена структурна схема передающей и приемной частей, на фиг. 2 функциональная схема формирователя проверочных символов равномерного сверточного кода с параметрами 1/4, 131519 ,281718 , 361113 , на фиг. 3 - функциональная схема кодера самоортогонального сверточного кода с параметрами/2, 1256 , на фиг. 4 - функциональная схема коммутатора, на фиг. 5 - кривые вероятностей ошибочного приема (декодирования) значимых и менее значимых информационных символов. Устройство неравной защиты информационных символов на основе равномерного сверточного кода (фиг. 1) содержит передатчик, состоящий из источника (1) информации,преобразователя (2) информационных символов, формирователя (3) проверочных символов кодера равномерного сверточного кода (ФПСк РСК),001 кодеров (4) самоортогонального сверточного кода (ССК),001 коммутаторов (5),001 выходных сумматоров (6) по модулю два и мультиплексора (7) кодовых символов, и приемник, состоящий из демультиплексора (8) кодовых символов, формирователя (9) проверочных символов декодера РСК (ФПСд РСК), формирователя (10) кодовых последовательностей ССК (ФКП ССК),001 декодеров (11) ССК,0( 01) кодеров (12) ССК,001 коммутаторов (13), первого буферного устройства (14), второго буферного устройства (15), корректора (16) ошибок РСК (КО РСК), формирователя (17) синдромных символов РСК(ФСС РСК), анализатора (18) синдромной последовательности РСК (АСП РСК) и формирователя (19) принятых проверочных символов РСК (ФПр ПС РСК). Устройство работает следующим образом передаваемые информационные символы от источника (1) информации поступает на вход преобразователя (2) информационных символов, где распределяются на поток значимых и 001 потоков менее значимых информационных символов, а также обеспечивается согласование по скорости передачи символов всех 001 потоков. Значимые информационные символы, требующие высокой достоверности передачи, поступают одновременно на первый вход мультиплексора(7) и на вход формирователя (3) проверочных символов кодера РСК, который формирует 0( 02) потоков проверочных символов РСК (1 ( )0 (на фиг. 2 приведена 4 18023 1 2014.02.28 функциональна схема ФПСк РСК с параметрами 0 /0 - скорость передачи кода,131519 ,281718 ,361113 - порождающие полиномы РСК,2 число проверочных уравнений кода,исп./ 212 / 26 количество исправляемых (корректируемых) ошибочных информационных символовА(1)0(191)480 двоичных символов - длина кодового ограничения. ФПСк выполняется в виде последовательного регистра сдвига, содержащего 19 ячеек памяти(2038) и ( - 1) ( 0 - 1)(4 - 1) (4 - 1)9 вынесенных из регистра сдвига сумматоров по модулю два. Сформированные проверочные символы 001 потоков поступают на первые входы 001 выходных сумматоров (6) по модулю 2. Менее значимые информационные символы 001 потоков (для рассматриваемого РСК количество параллельных потоков менее значимых информационных символов равно 001413 ) поступают на первые входы соответствующих коммутаторов (5) и входы кодеров (4) ССК. Данные ССК могут быть выбраны для коррекции как группирующихся, так и случайных (независимых) ошибок в предлагаемом устройстве кодирования менее значимых информационных символов рассматриваются коды, корректирующие случайные ошибки кратностьюкорр.сл./ 24 / 22 - двоичных символа. На фиг. 3 приведена функциональна схема одного кодера (4) ССК с параметрами 10 /01 / 2 и 256 иА(1)0(61)214 двоичных символов - длина кодового ограничения регистр сдвига кодера ССК содержит шесть (6) ячеек памяти(3944) и (-1)(4-1)3 вынесенных из регистра сдвига сумматоров по модулю два. Сформированные проверочные символы кодеров (4) ССК поступают на вторые входы соответствующих 001 коммутаторов (5), которые формируют кодовые последовательности 1 ( )0( ) ССК на фиг. 4 приведена функциональная схема одного коммутаторов (5). Кодовые символы данных последовательностей поступают на вторые входы соответствующих 001 выходных сумматоров (6) по модулю два формируются символы 001 псевдослучайных последовательностей (ПСП) по правилу П 1 ( )1 ( )1 ( ) , , П 00 ( )1 ( ) . Символы сформированных ПСП поступают на соответствующие 001 входов мультиплексора (7), который формирует последовательный поток кодовых символов, поступающие далее на вход дискретного канала связи (ДКС). В приемнике принятые кодовые символы поступают на вход демультиплексора (8),где распределяются на поток значимых информационных символов 001 потоков символов ПСП. Значимые информационные символы поступают одновременно на вход первого буферного устройства (14) и на вход формирователя (9) проверочных символов декодера РСК, формирующий 001 потоков проверочных символов РСК 1 ( )0 знак прим. означает, что проверочные символы данных потоков сформированы из информационных с учетом их прохождения через ДСК. Проверочные символы потоков 1 ( )0 поступают одновременно через второе буферное устройство (15) на соответствующие 001 входов первой группы формирователя (17) синдромных символов РСК и на 001 входов первой группы формирователя (10) кодовых последовательностей ССК, а на 001 входов второй группы формирователя (10) кодовых последовательностей ССК поступают принятые символы ПСП. Формирование символов кодовых последовательностей ССК осуществляется по правилу П 1 ( )1 ( ), , П( )( ) или 1 ( )1 ( )1 ( )( )( ) или 1 . 18023 1 2014.02.28 Сформированные символы кодовых последовательностей 1 ( )0 ( ) поступают на входы соответствующих 001 декодеров (11) ССК, в которых осуществляется обнаружение и коррекции ошибок менее значимых информационных символов. Для ССК, выбранных в качестве примера, каждый декодер (11) обнаруживает и корректирует два ошибочных информационных символов на длине кодового ограниченияАССК(1)(61)214 двоичных символов. Вероятность ошибочного приема менее значимых информационных символов определяется как вероятность ошибочного декодирования порогового декодера ССК, рассчтываема по формуле ош.дек Р - вероятность ошибочного приема двоичных символов на выходе ДСК, которая практически определяет помехоустойчивость передачи менее значимых информационных символов известного устройства неравной защиты информационных символов. Скорректированные менее значимые информационные символы 001 потоками поступают одновременно на выход устройства, реализующего неравную защиту информационных символов, на первые входы 001 коммутаторов (13) и на входы 001 кодеров (13). Сформированные коммутатором (13) символы 001 кодовых последовательностей 1 0 ССК поступают на соответствующие входы формирователя (19) принятых проверочных символов РСК, на 001 входов первой группы которого поступают символы ПСП с 001 выходов демодулятора (8) реализуется процедура П 1 ( )1 1 ( ), , П 0 ( )0 ( )0 ( ) . В результате суммирования по модулю два символов указанных последовательностей формируются принятые проверочные символы РСК, которые 001 потоками поступают на соответствующие входы формирователя (17) синдромных символов РСК. Синдромные символы РСК формируются по правилу 1 ( )1 1 ( ), ,( )( ) , гдеи - соответственно принятые и вновь сформированные проверочные символы РСК. Сформированные синдромные символы поступают на соответствующие 001 входов анализатора (18) синдромной последовательности, который принимает решение о достоверности принятых значимых информационных символов ошибочные символы корректируются сигналом, поступающим на второй вход корректора (16) ошибок. С выхода корректора (16) ошибок значимые информационные символы поступают на выход устройства неравной защиты информационных символов. Вероятность ошибочного приема значимых информационных символов определяется вероятностью ошибочного декодирования кодовых символов РСК, которая рассчитывает 1 Ася по формуле ош.дек.зн.симвА(1) А 1 , где- максимальная степень порож 2/ 21 дающих полиномов РСК. На фиг. 5 приведены кривые вероятностей ошибочного приема (декодирования) значимых и менее значимых информационных символов как при использовании, так и без использования помехоустойчивого кодирования менее значимых информационных символов при передаче информации по ДСК с двукратной фазовой модуляцией и когерентным способом обработки сигналов. Из кривых вероятностей ошибочного приема менее значимых информационных символов следует, что применение помехоустойчивого кодирования существенно повышает помехоустойчивость (достоверность) передачи данных информационных символов. Так, например, при 10 3 , вероятность ошибочного приема менее значимых информационных символов без применения помехоустойчивого коди рования и при использовании РСК с 1/4 будет равна ош.пр.БК 2,5 10 3 . При 18023 1 2014.02.28 использовании помехоустойчивого кодирования менее значимых информационных символов ССК с 1/2,256 и 4 вероятность ошибочного приема (декодирования) данных информационных символов равно ош.пр.( дек ) редачи менее значимых информационных символов при использовании помехоустойчивоош.пр.БК 2,5 10 3 го кодирования данных символов ССК повысилась в 1,6105 раз. ош.пр.( дек ) 1,6 10 8 Вероятность ошибочного приема значимых информационных символов для 10-3 составляет ош.пр.зн.симв.2,8-10-10. На фиг. 5 1 - Вероятность ошибочного приема двоичных символов на выходе ДСК с двукратной фазовой модуляцией с когерентным способом обработки сигналов 2 - Область ошибочного приема менее значимых информационных символов без применения помехоустойчивого кодирования 3 - Вероятность ошибочного приема менее значимых информационных символов при использовании помехоустойчивого кодирования на основе самоортогональных сверточных кодов 4 - Вероятность ошибочного приема значимых информационных символов при использовании помехоустойчивого кодирования на основе равномерного сверточного кода. Кроме того, обеспечивается дополнительно возможность организации неравной защиты менее значимых информационных символов по каждому из 001 потоков это обеспечивается выбором ССК требуемой, или соответствующей корректирующей способности. Источники информации 1. А. с.СССР 508949, МПК 04 1/10,04 1/18, 1974. 2. А. с. СССР 1035819, МПК 04 1/10, 1983. 3. Доклады БГУИР. - 2008. -8(38). - С. 12-18. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8