способ кодовой цикловой синхронизации

Формула изобретения

Способ кодовой цикловой синхронизации, заключающийся в том, что с использованием приемника дискретной информации принимают входную дискретную последовательность, представляющую собой последовательно передаваемые символы кодовых слов, выделяют фрагмент дискретной последовательности равный длине кодового слова, выполняют его дискретное преобразование Фурье Галуа и определяют наличие синхронного состояния приемника дискретной информации по признаку синхронного состояния, а при отсутствии синхронизации до ее установления производят поиск синхронного состояния путем последовательного сдвига по принимаемой последовательности на один символ в одну и ту же сторону с последующим выделением нового фрагмента, его дискретным преобразованием Фурье Галуа и определением наличия синхронного состояния приемника по признаку синхронного состояния, отличающийся тем, что в качестве признака синхронного состояния приемника дискретной информации используют равенство нулю, по меньшей мере, одного спектрального компонента в спектре выделенного фрагмента, после выявления данного признака дополнительно производят проверку истинности установления синхронного состояния по наличию признака истинности фазирования, для чего выделяют не менее четырех фрагментов той же длины, последовательно расположенных за фрагментом, выбранным на этапе определения синхронного состояния, выполняют дискретное преобразование Фурье Галуа дополнительно выделенных фрагментов и определяют наличие признака истинности фазирования, в качестве которого используют непустое пересечение множеств номеров нулевых компонентов в полученных спектрах, а в случае отсутствия признака истинности фазирования поиск синхронного состояния возобновляют с момента выявления признака синхронного состояния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для цикловой синхронизации при приеме передач, использующих блочные циклические коды примитивной длины, в условиях параметрической неопределенности структуры кодера.

Известен способ кодовой цикловой синхронизации при передаче информации помехоустойчивыми блоковыми кодами (фазирование по словам) основанный на методе последовательных сдвигов, заключающийся в том что, принимаемая дискретная последовательность символов поступает на вход приемника дискретной информации, после чего производиться анализ его состояния. При этом различают два состояния: синхронное, при котором точно известна информация о начале кодовых комбинаций, и асинхронное, - когда информация о начале кодовых комбинаций в принимаемой последовательности неизвестна. В качестве признака синхронного состояния используется равенство нулю синдрома. В случае принятия решения об асинхронном состоянии осуществляется сдвиг на один символ по принимаемой последовательности в одну и ту же сторону. Сдвиги производятся до тех пор, пока не будут обнаруживаться только кодовые комбинации. В этом случае принимается решение о наличии синхронного состояния и процесс вхождения в синхронизм заканчивается [Лосев В.В., Бродская Е.Б., Коржик В.И. Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов. / Под ред. В.И.Коржика. - М.: Радио и связь, 1988, с.132-134].

Однако этот способ невозможно использовать в условиях параметрической неопределенности структуры кодера помехоустойчивого кода, поскольку вычисление синдрома требует знания проверочной матрицы кода или порождающего полинома [Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986, с.81; Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. / Под ред. К.Ш.Зигангирова. - М.: Мир, 1986, с.119].

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ кодовой цикловой синхронизации кодов Рида-Соломона, заключающийся в том, что принимаемая дискретная последовательность символов поступает на вход приемника дискретной информации, после чего производится анализ его состояния. При этом различают два состояния: синхронное, при котором точно известна информация о начале кодовых слов и асинхронное, - когда информация о начале кодовых слов в принимаемой последовательности неизвестна. Анализ состояния приемника основан на расчете дискретного преобразования Фурье Галуа (ДПФГ) принимаемой дискретной последовательности на длине кодового слова. В качестве признака синхронного состояния используется превышение числа нулевых компонентов в спектрах, над пороговым значением [Зайцев И.Е. Формирование признаков для фазирования кодов Рида-Соломона в условиях параметрической неопределенности структуры кодера. - Известия вузов. Приборостроение. 1998. Т.41, №8, с.16]. В случае принятия решения об асинхронном состоянии осуществляется сдвиг на один символ по принимаемой последовательности в одну и ту же сторону. Сдвиги производятся до установления синхронного состояния. Принят за прототип.

Однако в результате имитационного моделирования работы данного способа на ЭВМ для кодовой синхронизации двоичных циклических кодов примитивной длины [Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. / Под ред. К.Ш.Зигангирова. - М.: Мир, 1986, с.122] установлено, что резко увеличивается вероятность ложного фазирования, т.е. отсутствует синхронное состояние при наличии признака, что не позволяет использовать данный способ применительно к двоичным циклическим кодам примитивной длины.

Таким образом, недостатком прототипа (способа кодовой цикловой синхронизации на основе признака синхронного состояния приемника дискретной информации по превышению числа нулевых спектральных составляющих над пороговым значением) является то, что он применим только к коду Рида-Соломона.

Технический результат - увеличение количества синхронизируемых кодов по отношению к прототипу в условиях параметрической неопределенности (известны только длина кодового слова n и основание кода q) и расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Для достижения указанного технического результата в способе кодовой цикловой синхронизации входную дискретную последовательность символов кодовых слов циклического кода примитивной длины принимают с использованием приемника дискретной информации, после чего производят анализ его состояния. При этом различают два состояния: синхронное, при котором точно известна информация о начале кодовых слов, и асинхронное, - когда информация о начале кодовых слов в принимаемой последовательности неизвестна. Анализ состояния приемника производят по признаку синхронного состояния путем выделения из принятой дискретной последовательности фрагмента длиной n и расчета ДПФГ этого фрагмента. Признаком синхронного состояния приемника дискретной информации является равенство нулю, по меньшей мере, одного спектрального компонента в спектре выделенного фрагмента. После выявления данного признака дополнительно производят проверку истинности установления синхронного состояния по наличию признака истинности фазирования. Для этого выделяют не менее четырех фрагментов той же длины, последовательно расположенных за фрагментом, выбранным на этапе определения синхронного состояния, выполняют дискретное преобразование Фурье Галуа дополнительно выделенных фрагментов и определяют наличие признака истинности фазирования. В качестве признака истинности фазирования используют непустое пересечение множеств номеров нулевых компонентов в полученных спектрах.

В результате имитационного моделирования работы данного способа на ЭВМ для кодовой синхронизации циклического кода примитивной длины установлено, что при анализе состояния приемника необходимо производить выделение и ДПФГ не менее пяти фрагментов.

При отсутствии синхронизации (асинхронном состоянии приемника) до ее установления производят поиск синхронного состояния. Для этого производят последовательный сдвиг по принимаемой последовательности на один символ в одну и ту же сторону с последующим выделением нового фрагмента, его ДПФГ и определением наличия синхронного состояния приемника по признаку синхронного состояния, а также проверкой истинности синхронного состояния по признаку истинности фазирования в случае выявления признака синхронного состояния. При отсутствии признака истинности фазирования поиск синхронного состояния возобновляют с момента выявления признака синхронного состояния.

Общим с прототипом является то, что с использованием приемника дискретной информации принимают входную дискретную последовательность, представляющую собой последовательно передаваемые символы кодовых слов, выделяют фрагмент дискретной последовательности, равный длине кодового слова, выполняют его ДПФГ и определяют наличие синхронного состояния приемника дискретной информации по признаку синхронного состояния. При отсутствии синхронизации до ее установления производят поиск синхронного состояния путем последовательного сдвига по принимаемой последовательности на один символ в одну и ту же сторону с последующим выделением нового фрагмента, его ДПФГ и определением наличия синхронного состояния приемника по признаку синхронного состояния.

Отличием от прототипа является то, что в качестве признака синхронного состояния приемника дискретной информации используют равенство нулю, по меньшей мере, одного спектрального компонента в спектре выделенного фрагмента. После выявления данного признака дополнительно производят проверку истинности установления синхронного состояния по наличию признака истинности фазирования. Для этого выделяют не менее четырех фрагментов той же длины, последовательно расположенных за фрагментом, выбранным на этапе определения синхронного состояния, выполняют дискретное преобразование Фурье Галуа дополнительно выделенных фрагментов и определяют наличие признака истинности фазирования. В качестве признака истинности фазирования используют непустое пересечение множеств номеров нулевых компонентов в полученных спектрах. В случае отсутствия признака истинности фазирования поиск синхронного состояния возобновляют с момента выявления признака синхронного состояния.

Благодаря новой совокупности существенных признаков технический результат проявляется в возможности кодовой цикловой синхронизации всех типов циклических кодов примитивной длины.

Известно [Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. / Под ред. К.Ш.Зигангирова. - М.: Мир, 1986, с.248], что разрешенными являются все кодовые комбинации циклического кода, у которых все спектральные компоненты, принадлежащие заданному множеству проверочных частот, равны нулю. Таким образом, если приемник находится в синхронном состоянии, то в спектрах всех принимаемых кодовых слов при отсутствии ошибок будут содержаться нулевые спектральные составляющие с одинаковыми номерами, то есть можно найти множество нулевых компонентов, содержащееся в каждом множестве компонентов спектров всех принимаемых слов. При наличии параметрической неопределенности относительно структуры кодера, за исключением длины кодового слова и основания кода, множество проверочных частот неизвестно. В прототипе, в свойствах 1-3, [Зайцев И.Е. Формирование признаков для фазирования кодов Рида-Соломона в условиях параметрической неопределенности структуры кодера. -Известия вузов. Приборостроение. 1998. Т.41, №8, с.14-16] показано, что количество нулевых компонентов в спектрах разрешенных кодовых слов кода Рида-Соломона не зависит от выбора порождающего полинома кода, примитивного элемента и неприводимого многочлена, по которому построено поле. Поэтому в прототипе превышение числа нулевых компонентов над пороговым значением служит признаком синхронного состояния приемника дискретной информации. Однако в результате имитационного моделирования работы данного способа на ЭВМ для кодовой синхронизации двоичных циклических кодов примитивной длины (основание кода равно двум, длина кодового слова равна 2^m-1, m - степень расширения поля) установлено, что резко увеличивается вероятность ложного фазирования, т.е. отсутствует синхронное состояние при наличии признака. Это не позволяет использовать данный способ применительно к двоичным циклическим кодам примитивной длины, особенно для кодов с малой корректирующей способностью (с малым количеством проверочных символов в кодовом слове и, следовательно, с малым количеством нулевых компонентов в спектре). Поэтому для расширения класса синхронизируемых кодов предлагается использовать другие признаки. В качестве признака синхронного состояния предлагается использовать наличие в спектре выделенного из принимаемой последовательности фрагмента длиной, равной длине кодового слова, по меньшей мере, одного нулевого спектрального компонента, что позволит синхронизировать приемник дискретной информации по словам примитивного циклического кода с малой корректирующей способностью (от одного проверочного символа, например, - код с проверкой на четность). Так как номера нулевых спектральных компонентов в спектрах (полученных с учетом особенностей, обусловленных параметрической неопределенностью структуры кодера) всех разрешенных кодовых слов одинаковы, то признаком истинности фазирования может служить непустое пересечение множеств номеров нулевых спектральных компонентов в спектрах нескольких последовательно расположенных кодовых слов. В результате имитационного моделирования на ЭВМ для кодовой синхронизации циклического кода примитивной длины установлено, что при анализе состояния приемника необходимо производить выделение и ДПФГ не менее пяти фрагментов.

Проведенный анализ уровня существующей техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, которые тождественны всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленный способ поясняется иллюстрацией, на которой изображена структурная схема способа кодовой цикловой синхронизации.

Способ кодовой цикловой синхронизации двоичных циклических кодов примитивной длины в условиях параметрической неопределенности (известна длина кодового слова n и основание кода q) осуществляется следующим образом:

Этап 1. Дискретную последовательность символов кодовых слов двоичного циклического кода примитивной длины принимают с использованием приемника дискретной информации.

Данный этап может быть реализован с помощью специализированных средств цифровой обработки сигналов или программно на ЭВМ.

Далее производят анализ состояния приемника дискретной информации (этапы 2, 3, 4, 6, 7, 8).

Этап 2. Выделяют из принятой дискретной последовательности фрагмент длиной n:

Этап 3. Рассчитывают ДПФГ выделенного фрагмента:

где F_j ¹ - j-й спектральный компонент в спектре фрагмента ;

- элемент порядка n над полем GF(2^m );

i - время;

j - частота.

При этом элементы двоичного кодового слова преобразуют в элементы расширенного поля следующим образом: 0 - , 1 0.

Этап 4. Определяют наличие синхронного состояния приемника дискретной информации по признаку синхронного состояния. В качестве признака используют равенство нулю, по меньшей мере, одного спектрального компонента в спектре выделенного фрагмента:

Этап 5. Если F¹ _j 0, j=0,1,...,n-1 или признак истинности фазирования не выявлен (переход с этапа 8), то осуществляют сдвиг на один символ по принимаемой последовательности и заново анализируют состояние приемника (возвращаются на этап 2).

При наличии признака синхронного состояния осуществляют проверку истинности синхронного состояния приемника дискретной информации (этапы 6, 7, 8).

Этап 6. Выделяют не менее четырех фрагментов той же длины, последовательно расположенных за фрагментом, выбранным на этапе 2.

Этап 7. Выполняют дискретное преобразование Фурье Галуа дополнительно выделенных фрагментов:

где F^t _j - j-ные спектральные компоненты в спектрах фрагментов ;

- элемент порядка n над полем GF(2^m );

i - время;

j - частота.

Этап 8. Проверяют истинность синхронного состояния приемника дискретной информации по признаку истинности фазирования. Для этого рассчитывают пересечение множеств нулевых компонентов всех полученных спектров:

где Ф^t - множество номеров нулевых компонентов в спектре t-го фрагмента. В качестве признака истинности фазирования используют непустое пересечение множеств номеров нулевых компонентов в полученных спектрах, т.е. если

где |Ф| - мощность множества Ф,

то считают, что приемник синхронизирован с началом кодовой комбинации, в противном случае процедуру поиска синхронного состояния возобновляют с момента выявления признака синхронного состояния (переходят на этап 5).

Этапы 2-8 могут быть реализованы с помощью специализированных вычислителей или программно на ЭВМ.

Для исследования возможности осуществления предложенного способа на ПЭВМ проведено имитационное моделирование его работы. Программа написана на языке Delphi 7.0.

Результаты решения контрольного примера с помощью имитационной модели выглядят следующим образом. Например, приемник дискретной информации принимает двоичную дискретную последовательность, содержащую семиэлементный (n=7) двоичный (q=2) циклический код:

{01110010010111010001110010110001101...},

найдем синхронное состояние приемника.

Для анализа состояния приемника, используя априорные данные о длине кодового слова n и основании кода q, построим поле Галуа, в котором будем выполнять ДПФГ. Длина кодового слова примитивного двоичного циклического кода связана с размерностью и основанием поля (основание поля совпадает с основанием кода, так как кодовые слова принадлежат полю GF(q), a их спектры являются векторами над GF(q ^m)) выражением n=q^m-1 [Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. / Под ред. К.Ш.Зигангирова. - М.: Мир, 1986, с.122, 248]. Отсюда получим степень расширения m поля GF(q^m ):

В качестве неприводимого многочлена третьей степени выберем многочлен f(x)=x³+x+1, Элементы расширенного поля Галуа GF(2³) по полиному приведены в таблице 1.

Проанализируем состояние приемника дискретной информации. Для этого выделим из принятой дискретной последовательности фрагмент длиной 7:

Таблица 1 Элементы поля Галуа GF(23) по полиному x 3+х+1.
Десятичный номер	Степень примитивного элемента	Двоичный вектор
0	-	000
1	0	001
2	1	010
3	2	100
4	3	011
5	4	110
6	5	111
7	6	101

Выражение (2) может быть записано в матричном виде:

где (f ₇ )^T - транспонированный вектор f ₇ , W - квадратная матрица размерности n вида:

Согласно выражению (10) произведем расчет спектра фрагмента :

Выявлен признак синхронного состояния, так как

Выделим из дискретной последовательности 4 дополнительных фрагментов длиной 7:

Согласно выражению (10) произведем расчет спектров этих фрагментов:

В результате вычислений получены множества номеров нулевых компонентов всех спектров:

Результатом пересечения этих множеств является непустое множество Ф={1, 2, 4}. Так как |Ф|>0, то приемник дискретной информации находится в синхронном состоянии.