устройство для контроля качества канала связи

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КАНАЛА СВЯЗИ, содержащее дешифратор, первый, второй и третий выходы которого являются выходами устройства, делитель тактовой частоты, вход которого является входом "Тактовая частота" устройства, а выход соединен с тактовым входом формирователя, тактовым входом второго регистра и тактовым входом первого регистра, информационный вход которого соединен с входом формирователя, входом "Ошибка" устройства и входом суммирования первого реверсивного счетчика, вход вычитания которого подключен к выходу первого регистра, а выход соединен с первым входом блока деления, второй реверсивный счетчик, вход суммирования которого подключен к выходу формирователя и информационному входу второго сдвигового регистра, выход которого соединен с входом вычитания второго реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу блока деления, отличающееся тем, что введены блок сравнения кодов и третий регистр, первый вход блока сравнения кодов соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход этого блока является третьим входом устройства, а выход подключен к управляющему входу третьего регистра, информационный вход которого подключен к выходу блока деления, а выход соединен с входом дешифратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для анализа состояния каналов связи, подверженных воздействию помех, приводящих к появлению ошибок группового характера с изменяющейся степенью группирования.

Известно устройство для контроля качества канала связи, содержащее реверсивный счетчик, на счетный вход которого подан сигнал ошибки, а вход вычитания соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления, на вход которого подан входной сигнал, другие входы элемента ИЛИ соединены с выходами блоков умножения.

Однако такое устройство ориентировано на каналы с независимыми ошибками и имеет невысокую точность контроля качества каналов связи с группированием ошибок.

Известно устройство для контроля качества каналов связи, которое обеспечивает повышение точности контроля каналов связи с группированием ошибок за счет введения элементов НЕ, И, триггера, счетчиков, блока регистрации, дешифратора и новых связей.

Однако такое устройство предназначено для каналов с постоянной степенью группирования ошибок и не обеспечивает достаточной точности оценивания состояния канала с изменяющейся степенью группирования.

Известно устройство для контроля качества канала связи, которое обеспечивает повышение точности оценки состояния каналов связи с различной степенью группирования ошибок за счет введения элементов ИЛИ, счетчика проб, элементов совпадения, регистра сдвига и новых связей.

Однако эвристический выбор интервала пакетирования и коэффициентов множителей в этом устройстве, основанный на интуиции разработчика, не гарантирует требуемого качества оценивания степени группирования ошибок. Кроме того, устройство дает только две градации состояния канала "Авария" и "Норма", что недостаточно для эффективного управления процессом передачи информации по каналу.

Известно устройство для контроля канала связи, которое обеспечивает повышение точности оценивания состояния канала связи с различной степенью группирования ошибок за счет введения элемента НЕ, второго реверсивного счетчика, второго регистра и новых связей.

В этом устройстве выделяется три степени группирования ошибок: низкая, средняя и высокая. Для оценивания степени группирования ошибок в канале вычисляют условную вероятность неискаженного приема блока при условии, что предыдущий блок принят с ошибками, и сравнивают полученную оценку с предварительно вычисленным пороговым значением. Условная вероятность неискаженного приема оценивается по результатам времени N блоков в соответствии с формулой

P₁₀= Z_i/X_i= N₀₁/N₂ (1) где x_i признак приема i-го блока, принимающий значение "0" при неискаженном приеме, "1" при искаженном приеме;

Z_i случайная величина, принимающая значение "1", если имеет место искаженный прием при условии неискаженного предыдущего приема, "0" в противном случае;

N₁ число искаженных блоков на длине контролируемой выборки N;

N₀₁ число событий типа "0" ->> "1", т.е. число ситуаций, когда за правильно принятым блоком следует блок с ошибками. Пороговые значения вероятности Р₁₀ определяются по формуле

Р₁₀ 2^1- 1 (2) где показатель группирования ошибок, который принимает значения от 0 до 1 и соответствует различным степеням группирования ошибок.

Полученная по результатам анализа N блоков оценка Р₁₀ условной вероятности Р₁₀ сравнивается с предварительно вычисленными по формуле (2) значениями, соответствующими трем выбранным степеням группирования, и принимается решение о степени группирования ошибок в канале по следующему правилу (3):

0 < P₁₀ ( 0,3) низкая степень;

Р₁₀ ( 0,3) < Р₁₀ ( 0,5) средняя степень;

Р₁₀ ( 0,5) < Р₁₀ ( 0,8) высокая степень.

Основной недостаток этого устройства следующий.

В процессе передачи данных может возникнуть ситуация, когда число N₁ x_i искаженных блоков на длине контролируемой выборки N очень мало или равно нулю (искажения отсутствуют), что приводит к резкому снижению точности оценки (1) или к делению на ноль (при N₁ 0).

С целью исключения этого недостатка предлагается включить в процесс обработки контролируемой выборки операцию, вытекающую из следующего.

Значение параметра Р₁₀ измеряется с некоторой погрешностью _р, зависящей от числа N₁ искаженных блоков, входящих в состав контролируемой выборки объемом N. Оценка , вычисляется по формуле (1), в силу случайного характера величин N₁ и N₀₁ может отличаться от истинного значения параметра Р₁₀. Для описания степени этого отличия введем в рассмотрение интервал (Р₁₀ Р, Р₁₀ + Р), который определяет область достоверных значений оценки Р₁₀. Тогда неравенство < P₁₀ P и > P₁₀ + P определяют область недостоверных значений оценки Р₁₀. Для определения величины Р рассмотрим оценку (1). Математическое ожидание оценки (1) определяется выражением

М{} Р₁₀, (4) а дисперсия

D{} (5)

В соответствии с теоремой Муавра-Лапласа случайная величина подчиняется нормальному закону распределения вероятностей с математическим ожиданием М{} и дисперсией D{} При этом величина Р может быть определена по формуле

Р t ₁₀, (6) где ₁₀=

t коэффициент, определяемый из равенства (t)=/2;

=1-"

" уровень значимости;

надежность оценки Р₁₀.

Например, при 0,95 (" 0,05) имеем t 1,96. (х) функция Лапласа от параметра х.

Из выражений (5) и (6) следует, что допустимая величина Р может быть обеспечена при некоторых значениях N₁ N₁*, где N₁* критическое значение, гарантирующее заданную точность оценки .

Из сказанного следует, что в устройстве контроля необходимо предусмотреть блок, в котором осуществляется сравнение N₁ c N₁*. При N₁ N₁* следует вычислять оценку на основе полученного значения N₁. При N₁ < N₁* следует считать значение оценки равным значению, полученному на предыдущем шаге обработки.

Цель изобретения повышение точности оценивания состояния канала связи в ситуациях, когда число искаженных блоков на длине контролируемой выборки мало.

Для этого в устройство для контроля качества канала связи, содержащее дешифратор, первый, второй и третий выходы которого являются выходами устройства, делитель тактовой частоты, вход которого является входом "Тактовая частота" устройства, а выход соединен с тактовым входом формирователя, тактовым входом второго регистра и тактовым входом первого регистра, информационный вход которого соединен с входом формирователя, входом "Ошибка" устройства и входом суммирования первого реверсивного счетчика, вход вычитания которого подключен к выходу первого регистра, а выход соединен с первым входом блока деления, второй реверсивный счетчик, вход суммирования которого подключен к выходу формирователя и информационному входу второго сдвигового регистра, выход которого соединен с входом вычитания второго реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу блока деления, введены блок сравнения кодов, третий регистр и новые связи, причем первый вход блока сравнения кодов соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход этого блока является третьим входом устройства, а выход подключен к управляющему входу третьего регистра, информационный вход которого подключен к выходу блока деления, а выход соединен с входом дешифратора.

Предлагаемое техническое решение устройства для контроля качества канала связи характеризуется тем, что обеспечивает повышение точности оценивания состояния канала связи с изменяющейся степенью группирования при малом числе ошибок на длине контролируемой выборки, что достигается введением блока сравнения кодов, регистра и новых связей.

В известном устройстве имеется ряд общих признаков, сходных с предлагаемым объектом. В частности, определяется число искаженных блоков N₁ x_i и число серий подряд искаженных блоков N₀₁ z_i на длине контролируемой выборки, условная вероятность неискаженного приема блока при условии, что предыдущий блок принят с ошибками, а также выделяется три степени группирования ошибок: низкая, средняя и высокая.

Существенными, отличными от прототипа признаками являются сравнение числа ошибок N₁ на объеме контролируемой выборки с критическим значением N₁*, гарантирующим заданную точность оценки , и выдача на дешифратор оценки , полученной на предыдущем шаге, если N₁ < N₁*. Причем выдача этой оценки производится до тех пор, пока не будет выполнено условие N₁ N₁*, после чего не дешифратор поступает новое значение оценки, вычисленное на текущем шаге. Эти признаки реализуются в предложенном устройстве с помощью дополнительно введенных блока сравнения кодов, третьего регистра и новых связей.

Положительный эффект, а именно повышение точности оценивания состояния канала с изменяющейся степенью группирования ошибок, обусловлен тем, что исключаются из рассмотрения ситуации, в которых число ошибок N₁ на объеме контролируемой выборки незначительно, что позволяет не принимать во внимание те оценки , которые получены по малым значениям N₁ и имеют большую дисперсию (разброс значений ), а значит повысить точность оценивания состояния канала в указанных ситуациях (N₁ < N₁*).

Дополнительные элементы и новые связи не изменяют основного назначения устройства как устройства для контроля качества канала связи, и лишь улучшают его технические характеристики: повышают точность оценивания состояния канала связи с изменяющейся степенью группирования при малом числе ошибок на длине контролируемой выборки.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство для контроля качества канала связи содержит дешифратор 1, выходы которого "Низкая степень" 2, "Средняя степень" 3, "Высокая степень" 4 являются выходами устройства, делитель тактовой частоты 5, вход которого является входом "Тактовая частота" 6 устройства, а выход соединен с тактовыми входами формирователя 7, второго регистра 8 и первого регистра 9, информационный вход которого соединен с входом формирователя 7, входом "Ошибка" 10 устройства и входом суммирования первого реверсивного счетчика 12, вход вычитания которого подключен к выходу первого регистра 9, а выход к первому входу блока деления 12, второй реверсивный счетчик 13, вход суммирования которого подключен к выходу формирователя 7 и информационному входу второго сдвигового регистра 8, выход которого соединен с входом вычитания второго реверсивного счетчика 13, выход которого подключен к второму входу блока деления 12. Кроме того, в устройство включены блок сравнения кодов 14 и регистр 15, причем первый вход блока сравнения кодов 14 соединен с выходом первого реверсивного счетчика 11, второй вход этого блока является третьим входом 16 устройства, а выход подключен к управляющему входу третьего регистра 15, вход которого подключен к выходу блока деления 12, а выход соединен с входом дешифратора 1.

Устройство для контроля качества канала связи работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 11 и 13 обнулены. Процесс контроля канала связи сводитcя к вычислению оценки (1), получаемой на выходе блока деления 12 и сравнению этой оценки с пороговыми значениями, предварительно найденными по формуле (2), осуществляемому дешифратором 1.

С выхода блока обнаружения ошибок на вход 10 "Ошибки" поступают признаки x_i искаженного и правильного приема кодовых блоков в виде последовательности "1" и "0", которые подаются на суммирующий вход реверсивного счетчика 11 и на информационный вход сдвигового регистра 9, разрядность которого выбирается равной длине контролируемой выборки N. Одновременно с поступлением признаков x_i на тактовый вход сдвигового регистра 9 с выхода делителя 5 поступают импульсы тактовой частоты, период повторения которых равен периоду следования признаков x_i. С помощью этих импульсов осуществляется запись и сдвиг поступающих в регистр 9 признаков x_i. По истечении N тактов после начала работы в регистре 9 записывается последовательность (статистика) ошибок x_i на текущем интервале длиной N тактов, а в счетчике 11 фиксируется код числа N₁ x_i искаженных приемов, происшедших на интервале наблюдения в N тактов.

Одновременно с помощью формирователя 7 из последовательности x_iформируется последовательность признаков Z_i, элементы которой принимают значение "1" в случае искаженного приема (x_i 1) при условии неискаженного предыдущего приема (x_i-1 0) и "0" в противном случае.

Формирователь 7 состоит из элемента НЕ 17, элемента И-НЕ 18, триггера 19 и одновибратора 20. При отсутствии ошибок (x_i 0) на выходе элемента НЕ 17 логическая "1". Элемент И-НЕ 18 открыт и с выхода делителя 5 на вход установки нуля триггера 19 периодически проходят тактовые импульсы, удерживая его в состоянии "0". В этой ситуации одновибратор 20, запускаемый по переходу из "0" в "1" остается в исходном состоянии "0", соответствующем сигналу Z_i0. С появлением сигнала x_i 1 на выходе элемента НЕ 17 формируется логический "0", который устанавливает триггер 19 в состояние "1" и закрывает элемент И-НЕ 18, запрещая сброс триггера 19 в состояние "0". При переходе триггера 19 из состояния "0" в "1" запускается одновибратор 20, формирующий импульс, длительность которого равна периоду следования тактовых импульсов. Таким образом, в течение одного такта в рассмотренной ситуации на выходе одновибратора 20 образуется логическая "1", соответствующая сигналу z_i 1. В случае искаженного последующего приема (x_i+1 1) триггер 20) остается в исходном состоянии, а одновибратор 20 возвращается в состояние "0", соответствующее сигналу Z_i= 0. В случае неискаженного последующего приема (x_i+1 0) логическая "1" с выхода элемента НЕ 17 открывает элемент И-НЕ 18 и тактовый импульс с выхода делителя 5, проходящий через элемент И-НЕ 18 сбрасывает триггер 19 в состояние "0". Одновибратор 20 при этом остается в состоянии "0", соответствующем сигналу Z_i+1 0. Таким образом, на выходе одновибратора 20 формируются импульсы длительностью, равной периоду тактовой частоты, в моменты, когда сигнал x_i меняет свое значение с "0" на "1", т.е. в моменты, совпадающие с началом серий искаженных блоков.

Последовательность Z_i поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 13 и информационный вход N-разрядного сдвигового регистра 8, на тактовый вход которого с выхода делителя тактовой частоты 5 подаются тактовые импульсы, следующие синхронно и синфазно с элементами случайной последовательности Z_i. Этими импульсами в сдвиговый регистр 8 последовательно вводятся признаки Z_i. По истечении N тактов в счетчике 13 устанавливается код числа N₀₁ Z_i серий искаженных блоков (серий "1"), имеющих место на интервале наблюдения N, а в регистре 8 записывается статистика серий "1" на интервале N.

После приема N первых признаковx₁, x₂,x_N} в результате последовательно проводимых сдвигов в регистре 9 признак x₁ приема первого кодового блока оказывается записанным в N-м разряде этого регистра. На (N+1)-м такте на вход суммирования счетчика 11 поступает признак x_N+1. Одновременно он записывается в первый разряд сдвигового регистра 9, а признак x_N+1 в результате сдвига удаляется из этого регистра и поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 11. При этом в регистре 9 оказывается записана последовательность признаков x_i, характеризующая прием N последних кодовых блоков, а число N₁ x_i, сформированное в счетчике 11 на N-м такте, возрастает на величину x_N+1одновременно уменьшаясь на величину x₁. Таким образом, начиная с (N+1)-го такта в регистре 9 пpоисходит обновление контролируемой выборки, а в счетчике 11 согласно выражению

N₁[i] N₁[i-1] + x_i x_i-1, i формируется число ошибок на текущем интервале наблюдения [i-N, i] длиной N тактов.

Сдвиговый регистр 9 обеспечивает хранение N последних признаков приема x_i-N, x_i} для последующего поочередного их вычитания из числа N₁[i-1] Объем контролируемой выборки N выбирается их условия обеспечения допустимых значений ошибок первого и второго рода.

Аналогично, начиная с (N+1)-го такта, в счетчике 13 формируется число N₀₁ серий искаженных блоков на длине контролируемой выборки N. Образование этого числа происходит в соответствии с выражением.

N₀₁[i] N₀₁[i-1] + Z_i Z_i-N, i где Z_i элементы последовательности нулей и единиц, образующиеся на выходе формирователя 7 и хранимые в течение N тактов в регистре 8.

Код оценки (1), получаемый на выходе блока деления 12 в результате деления числа N₁ на число N₀₁, записывается в регистр 15, с выхода которого он поступает на дешифратор 1. Запись в регистр 15 осуществляется сигналом с выхода блока сравнения кодов 14, формирующимся при N₁ N₁*, где N₁* критическое значение числа ошибок на объеме контролируемой выборки N, гарантирующее заданную точность оценки (1). Если N₁ < N₁*, то сигнала на выходе блока сравнения кодов 14 нет и запись в регистр 15 не производится. При этом в регистре 15 остается код оценки (1), полученный на предыдущем такте.

Блок деления 12 может быть реализован табличным способом на основе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), на адресные входы которого подаются коды чисел N₁ и N₀₁, а с выхода считывается код оценки (1), получаемой в результате деления. Значения получаемых результатов записываются в ПЗУ на этапе программирования по адресам, соответствующим значениям входных кодов.

В качестве блока сравнения кодов 14 могут быть использованы цифровые компараторы, например микросхемы 564ИР2 или К555СП1.

Дешифратор 1 может быть реализован на основе ПЗУ. При этом входом дешифратора являются адресные входы ПЗУ, на которые с выхода регистра 15 поступает код оценки (1). Все значения кода этой оценки разбиваются в соответствии с правилом (3) на три группы. Для первой группы, соответствующей низкой степени группирования, значение кода оценки (1) лежит в пределах от 0 до Р₁₀ ( 0,3), для второй группы, соответствующей средней степени группирования ошибок от Р₁₀ ( 0,3) до Р₁₀( 0,5), для третьей группы, соответствующей высокой степени группирования ошибок от Р₁₀( 0,5) до Р₁₀( 0,8). Значения Р₁₀вычисляются на стадии проектирования устройства по формуле (2). Для значений кодов первой группы в ПЗУ записываются коды с "1" в разряде, соединенном с выходом 2 устройства, для значений кодов второй группы в ПЗУ записываются коды с "1" в разряде, соединенном с выходом 3 устройства, для значений кодов третьей группы в ПЗУ записываются коды с "1" в разряде, соединенном с выходом 4 устройства.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность оценивания состояния каналов связи с изменяющейся степенью группирования ошибок при малом числе ошибок на длине контролируемой выборки.