RU2231929C2 - Способ выделения маркера цикловой синхронизации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для цикловой синхронизации сообщений в системах передачи дискретной информации. Способ выделения маркера цикловой синхронизации заключается в том, что принятую входную последовательность, представляющую собой комбинацию двоичных символов, преобразуют из последовательного кода в параллельный, сравнивают его с эталонной комбинацией символов маркера, формируют код совпадения с соответствующей для выделенной группы символов входной последовательности группой символов эталонной комбинации символов маркера, вырабатывают суммарный код совпадения входной последовательности и эталонной комбинации символов маркера, после чего определяют наличие маркера цикловой синхронизации во входной последовательности символов, по фазе сдвига для второй выделенной группы символов входной последовательности получают остальные символы эталонной комбинации символов маркера и суммарный код совпадения определяют путем сравнения полученных символов эталонных комбинаций символов маркера с остальными символами входной последовательности. Достигаемый технический результат - упрощение и повышение помехоустойчивости.

Description

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для цикловой синхронизации сообщений в системах передачи дискретной информации.

Способ выделения маркера цикловой синхронизации, описанный в настоящей заявке, применим для стартстопной и кодовой цикловой синхронизации сообщений. Его можно использовать как в системах синхронной связи для установки и поддержания постоянного фазового соотношения между сообщениями, так и в асинхронных системах сеансной связи для поиска и выделения отдельных сообщений.

В предлагаемом способе под маркером цикловой синхронизации будем понимать двоичную последовательность символов, однозначно определяющую начало или конец сообщения.

В настоящее время цифровые каналы связи ультракоротковолновых и дециметровых диапазонов, в частности спутниковые каналы, характеризуются большими массивами передаваемой информации. Причем скорость обработки информации во вновь вводимых линиях связи достигает 120 Мбит/с и более.

При этом актуальной является задача разработки способа выделения маркера цикловой синхронизации, обладающего высоким быстродействием, повышенной помехоустойчивостью и при этом имеющего простую реализацию.

Известен способ выделения маркера цикловой синхронизации, при котором входную последовательность, представляющую собой последовательность двоичных символов, преобразуют из последовательного кода в параллельный и сравнивают его с эталонной комбинацией маркера, определяют текущий код совпадения, соответствующий числу символов входного сигнала, совпавших с символами эталонной комбинации маркера, после чего определяют временное положение максимального кода совпадения [1].

Однако этот способ имеет недостаточное быстродействие, обусловленное тем, что поиск комбинации маркера осуществляют при каждом сдвиге входного сигнала на один символ и количество попыток поиска маркера на длине входной последовательности равно количеству символов в этой последовательности.

Известен также способ выделения маркера цикловой синхронизации, при котором принятую входную последовательность, представляющую собой комбинацию двоичных символов, преобразуют из последовательного кода в параллельный код и сравнивают его с эталонной комбинацией маркера. При этом входную последовательность рассматривают как совокупность примыкающих друг к другу кодовых групп из К двоичных символов. Для каждой из этих групп формируют свой код совпадения с соответствующей группой символов эталонной комбинации маркера. В результате анализа кодов совпадения для каждой из групп символов вырабатывают суммарный код совпадения входной последовательности и комбинации маркера, после чего определяют наличие маркера цикловой синхронизации в текущий момент времени [2].

Недостатком этого способа также является недостаточное быстродействие, поскольку поиск комбинации маркера осуществляют при каждом сдвиге входной последовательности на один символ, что требует значительных затрат времени.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип), при котором принятую входную последовательность, представляющую собой комбинацию двоичных символов, преобразуют из последовательного кода в параллельный код и сравнивают его с эталонной комбинацией символов маркера. При этом входную последовательность рассматривают как совокупность примыкающих друг к другу групп двоичных символов. Далее для выделенной группы символов входной последовательности формируют код совпадения с соответствующей группой символов эталонной комбинации маркера, представляющий собой фазу сдвига анализируемой группы символов входной последовательности относительно эталонной комбинации маркера. В результате анализа кодов совпадения для каждой из групп символов вырабатывают суммарный код совпадения входной последовательности и комбинации маркера, после чего определяют наличие маркера цикловой синхронизации. При этом код совпадения анализируемой группы символов входной последовательности определяют с учетом ошибок, наложенных на входную последовательность в канале связи [3].

Недостатком этого способа является высокая сложность, поскольку для получения фаз отдельных групп символов входной последовательности требуется определение большого числа различных комбинаций символов и значительный объем памяти запоминающего устройства (ЗУ) для хранения фаз сдвига входной последовательности, а также невысокая помехоустойчивость способа выделения маркера цикловой синхронизации.

Цель изобретения - упрощение способа выделения маркера цикловой синхронизации за счет того, что фазу сдвига получают только для второй группы символов. Это требует для реализации существенно меньшего объема памяти ЗУ для хранения фаз сдвига входной последовательности. Также целью является повышение помехоустойчивости способа выделения маркера цикловой синхронизации.

Для достижения цели предложен способ, заключающийся в том, что принятую входную последовательность, представляющую собой комбинацию двоичных символов, преобразуют из последовательного кода в параллельный код и сравнивают его с эталонной комбинацией символов маркера. При этом входную последовательность рассматривают как совокупность примыкающих друг к другу групп двоичных символов. Далее для выделенной группы символов входной последовательности формируют код совпадения с соответствующей группой символов эталонной комбинации маркера, представляющий собой фазу сдвига анализируемой группы символов входной последовательности относительно эталонной комбинации маркера. В результате анализа кодов совпадения для каждой из групп символов вырабатывают суммарный код совпадения входной последовательности и комбинации маркера, после чего определяют наличие маркера цикловой синхронизации во входной последовательности символов. При этом код совпадения анализируемой группы символов входной последовательности определяют с учетом ошибок, наложенных на входную последовательность в канале связи. Новым является то, что фазу сдвига анализируемой группы символов входной последовательности относительно эталонной комбинации маркера определяют только для второй группы символов, далее по фазе сдвига входной последовательности символов получают остальные символы маркера и суммарный код совпадения определяют путем сравнения полученных символов маркера с остальными символами входной последовательности.

Предлагаемый способ выделения маркера цикловой синхронизации реализуется следующим образом.

На передающей стороне формируют входную последовательность. Например, при стартстопной цикловой синхронизации к исходному сообщению объемом m двоичных символов добавляют комбинацию маркера, состоящую из F двоичных символов. В качестве комбинации маркера выбирают последовательность подходящей длины с хорошими синхронизирующими свойствами, например последовательность максимальной длины (код Рида-Маллера 1-го порядка). Как правило, длина F комбинации маркера для осуществления надежной синхронизации находится в пределах 20-50 символов.

Далее последовательность, сформированная в виде следующих друг за другом комбинации маркера и сообщения, преобразованная в сигнал, имеющий аналоговую форму, поступает в канал связи. В канале связи возможно искажение передаваемого сигнала. Это может привести к тому, что входная последовательность символов будет принята с ошибками.

На приемной стороне сначала осуществляют прием входной последовательности символов.

Далее входную последовательность символов преобразуют из последовательного кода в параллельный код.

Анализируемый отрезок входной последовательности поделим на N групп символов по К символов в каждой группе в соответствии с порядком поступления этих символов. Длину отрезка входной последовательности, которую используют для выделения комбинации маркера, определяют как сумму числа символов F в комбинации маркера и числа символов К в группе (обычно К<<F). Поэтому при любом сдвиге комбинации маркера в пределах группы символов, состоящей из К символов, маркер полностью помещается в указанный отрезок входной последовательности символов.

Далее осуществляют формирование кода совпадения для каждой группы символов входной последовательности с соответствующей группой символов эталонной комбинации маркера. Код совпадения получают сначала для второй группы символов входной последовательности. Код совпадения для второй группы символов представляет собой величину фазы сдвига второй группы символов входной последовательности относительно эталонной комбинации маркера, т.е. код совпадения определяет насколько символов входная последовательность смещена относительно эталонной комбинации маркера.

Формирование кода совпадения для второй группы символов входной последовательности с соответствующей группой символов эталонной комбинации маркера осуществляют по таблицам, записанным в ЗУ, например в ПЗУ. Входом каждой такой таблицы или ее адресом являются данные, составляющие входную последовательность символов, входящих в рассматриваемую группу символов с учетом ошибок, наложенных на входную последовательность в канале. Выходом таблицы - величина сдвига группы символов (фаза) входной последовательности относительно эталонной комбинации маркера.

Таблицу фаз формируют заранее на приемной стороне в следующем порядке. Вторая группа символов входной последовательности полностью состоит из символов маркера. Во второй группе символов могут быть первые К символов маркера. В этом случае будем считать, что маркер принят с фазой, равной 0. Если во второй группе символов К символов маркера начинаются со второго символа маркера, тогда маркер принят с фазой, равной 1 и т.д. Всего существует К фаз положения маркера в пределах одной группы.

Составим следующую таблицу φ₁=T₁(A₁). Входом этой таблицы являются комбинации A₁ из K символов маркера, принятые с различными сдвигами, начиная с 0 и до К-1, а выходом - указанные сдвиги от 0 до К-1 или фазы φ₁ принятой группы символов длины К из комбинации маркера.

Поскольку комбинации маркера выбраны из числа последовательностей с хорошими синхронизирующими свойствами, сдвиги рассматриваемой группы символов маркера на К-1 символов и менее будут попарно отличаться друг от друга на некоторое число символов. Пусть минимальное расстояние между рассматриваемыми комбинациями составляет величину d_min, тогда при наличии ошибок в группе символов маркера, кратность которых не превышает (d_min-1)/2, комбинация маркера будет определяться однозначно.

Внесем в рассматриваемую таблицу фаз φ=T₁(A₁) также комбинации маркера, отличающиеся от ранее записанных сдвигов маркера на вектор ошибок, вес которого не превышает величины (d_min-1)/2.

Входом таблицы являются К двоичных символов и объем таблицы будет составлять 2 значений. Из них точно К значений будет соответствовать возможным сдвигам маркера, а С $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{K}}$ , С $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{K}}$ ,...,С $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{K}}$ значений для каждого из К сдвигов будет соответствовать сдвигам маркера с ошибками, где t=(d_min-1)/2 - количество ошибок в группе символов, которые исправляет комбинация маркера. Оставшееся количество значений в таблице, которым не будет соответствовать определенная фаза маркера, будет равно

Эти значения в таблице заполняются запрещенными комбинациями, например числом К. Поэтому разрядность выхода таблицы будет не менее log₂(K+1).

Немаловажное значение при реализации предлагаемого способа имеет выбор подходящего значения длины К группы символов. При увеличении длины К синхронизирующие свойства входной последовательности улучшаются, но при этом экспоненциально растет объем таблицы фаз и соответственно требуемый объем памяти ПЗУ, что вызывает необходимость ограничивать величину К.

Вычисление кода совпадения для остальных символов входной последовательности выполняют следующим образом.

На основании величины фазы, определенной для второй группы символов входной последовательности, можно получить остальные символы маркера. Далее полученные символы маркера поразрядно сравниваются с остальными символами входной последовательности (суммируются по модулю два). Решение о наличии комбинации маркера во входной последовательности символов и его фазе принимают в случае, если число несовпадений, т.е. количество ошибок во входной последовательности символов, не превышает некоторого порогового значения d₀, определяемого синхронизирующими свойствами маркера.

Вычисление остальных символов маркера по известной фазе второй группы символов может осуществляться по таблице Т₂(φ), входом которой является фаза маркера, определенная по второй группе символов, а выходом - остальные символы маркера, не входящие во вторую группу символов. Адресное пространство памяти ПЗУ для хранения таблицы Т₂(φ) будет оцениваться величиной log₂(K), а разрядность выхода таблицы будет равна F-K. Поэтому объем памяти ПЗУ, необходимый для хранения таблицы Т₂(φ), как правило, существенно меньше объема памяти таблицы T₁(A₁).

В предлагаемом изобретении, в отличие от известного способа, фазу входной последовательности определяют только для второй группы символов, что требует меньшего объема памяти ЗУ для реализации способа, т.е. упрощает способ выделения маркера. Код совпадения для символов, не входящих во вторую группу символов входной последовательности, определяют для всех остальных групп символов в целом, а не по группам, как в прототипе, что повышает помехоустойчивость способа выделения маркера цикловой синхронизации по сравнению с известным.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа выделения маркера цикловой синхронизации является упрощение способа и повышение помехоустойчивости.

Источники информации

1. 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, стр. 21.

2. Патент Российской Федерации №2158483, МПК 7 Н 04 L 7/04, G 06 F 1/04, опубл. 2000.

3. Патент Российской Федерации №2183911, МПК 7 Н 04 L 7/04, опубл. 2002.

Claims (1)

1. Способ выделения маркера цикловой синхронизации, заключающийся в том, что принятую входную последовательность, представляющую собой комбинацию двоичных символов, преобразуют из последовательного кода в параллельный код и сравнивают его с эталонной комбинацией символов маркера, при этом входную последовательность рассматривают как совокупность примыкающих друг к другу групп двоичных символов, далее для второй выделенной группы символов входной последовательности формируют код совпадения с соответствующей группой символов эталонной комбинации символов маркера, представляющий собой фазу сдвига анализируемой группы символов входной последовательности относительно эталонной комбинации символов маркера, в результате анализа кода совпадения для второй группы символов вырабатывают суммарный код совпадения входной последовательности и эталонной комбинации символов маркера, после чего определяют наличие маркера цикловой синхронизации во входной последовательности символов, причем код совпадения анализируемой группы символов входной последовательности определяют с учетом ошибок, наложенных на входную последовательность в канале связи, отличающийся тем, что по фазе сдвига для второй выделенной группы символов входной последовательности получают остальные символы эталонной комбинации символов маркера и суммарный код совпадения определяют путем сравнения полученных символов эталонных комбинаций символов маркера с остальными символами входной последовательности.