Результат интеллектуальной деятельности: Способ помехозащищенной передачи телеметрических данных с адаптацией к состоянию канала связи

Изобретение относится к области кодирования, декодирования и адаптивной передачи цифровой информации и может быть использовано в системах телеметрии.

Известен способ передачи цифровой информации с адаптивным выбором параметров помехозащищенного кода, в основе которого лежит принцип, заключающийся в том, что если состояние канала связи не позволяет передавать данные с требуемым уровнем достоверности, то в таком случае для передачи выбирается некоторое число старших бит, а оставшаяся часть младших помещается в организованном в виде массива «буфере остатка». В случае улучшения состояния канала связи и после завершения передачи актуальных данных, выделяется некоторое число циклов для передачи данных из буфера остатка, причем если содержимое буфера не удается передать за фиксированное число циклов приема/передачи системы, то он принудительно очищается (Куприянова, О.В. Моделирование систем передачи данных с адаптацией к состоянию канала связи / О.В. Куприянова, А.В. Левенец, Ен Ун Чье // Научный вестник НГТУ. - 2016. - №1. - С. 120-132).

Недостатком данного способа является то, что он не гарантирует возможность полной передачи данных.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ передачи информации с использованием адаптивного помехоустойчивого кодирования с осуществлением контроля качества канала связи, по результатам которого выбирается помехоустойчивый каскадный код с переменными параметрами, которым на передающей стороне кодируют исходную информацию. Далее информацию, защищенную помехоустойчивым каскадным кодом, передают в канал связи, после чего на приемной стороне его декодируют с обнаружением и исправлением ошибок в зависимости от корректирующей способности выбранного кода. По результатам декодирования слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода осуществляют контроль качества канала связи, при этом определяют количество принятых и стертых слов его внутреннего кода с оценкой количества трансформированных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода. После этого определяют минимальное кодовое расстояние внешнего кода помехоустойчивого каскадного кода, необходимое для его правильного приема. Далее осуществляют выбор переменных параметров помехоустойчивого каскадного кода, обеспечивающих необходимое минимальное кодовое расстояние кода, после чего определяют его переменные параметры с учетом их текущей оценки и предыдущей оценки, полученной при приеме ранее передававшихся каскадных кодов, далее эти параметры сообщают на передающую сторону (патент РФ №2321180 H04L 1/20 (2006.01) от 26.06.2006).

Недостатком данного способа является отсутствие возможности частичной передачи данных на каждом цикле приема/передачи системы.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение достоверности передачи данных.

Поставленная задача достигается тем, что в способе передачи цифровой информации с адаптивным выбором параметров помехозащищенного кода, в основе которого лежит принцип, заключающийся в том, что если состояние канала связи не позволяет передавать данные с требуемым уровнем достоверности, то в таком случае для передачи выбирается некоторое число старших бит, а оставшаяся часть младших бит согласно изобретению, помещается в организованном в виде стека с ограниченным объемом «отложенном буфере», при этом в случае улучшения состояния канала связи принимается решение о передаче данных, хранимых в буфере, совместно с данными, поступающими от источника данных, а сама система работает в непрерывном режиме, пока все актуальные и размещенные в буфере данные не будут переданы.

Принцип действия изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена обобщенная структурная схема системы приема/передачи.

Процесс работы системы можно описать следующим образом. От источника данных (ИД) данные поступают на кодер (К), который осуществляет их помехозащищенное кодирование с помощью некоторого алгоритма и передает далее в зашумленный генератором помехи (ГП) канал связи (КС). Декодер (ДК) декодирует полученную закодированную последовательность и передает ее на приемник данных (ПД), после чего на основе выбранного способа оценки состояния канала связи корректором кода (КК) происходит принятие решения об изменении параметров кода, с последующей передачей управляющего воздействия по каналу обратной связи (КОС).

Если состояние КС не позволяет передавать данные с требуемым уровнем достоверности, то в таком случае формирователем данных (ФД) для передачи выбирается некоторое число старших бит, а оставшаяся часть младших помещается в организованном в виде стека с ограниченным объемом «отложенном буфере» данных (БД). В случае улучшения состояния канала связи ФД принимается решение о передаче данных, хранимых в БД, совместно с данными, поступающими от ИД.

Для оценки состояния канала связи используются следующие способы: на основе непосредственной оценки состояния канала связи; на основе оценки результатов декодирования помехозащищенного кода и на основе вычисления синдрома БЧХ кода.

Первый способ основан на непосредственной оценке состояния канала связи и предполагает, что с заданной частотой будут передаваться данные с заранее известной структурой (эталонные данные), при этом их разрядность должна быть равной пропускной способности канала. В таком случае оценка, выраженная числом искаженных бит, рассчитывается путем сравнения искаженных эталонных данных, прошедших через канал связи, с неискаженными.

В основе второго способа лежит оценка результата декодирования прошедшего через канал связи БЧХ кода, полученного для эталонных данных. Важно учитывать, что их разрядность принимается равной числу кодируемых бит используемого кода. В таком случае оценка вырабатывается путем сравнения декодированных искаженных данных, прошедших через канал связи, с неискаженными и определением числа претерпевших изменения бит. Такой подход позволяет более рационально использовать пропускную способность канала связи, но при этом дает менее достоверную информацию о его состоянии.

Третий способ основан на вычислении синдрома БЧХ кода для закодированных им данных, разрядность которых аналогична разрядности эталонных данных, принятой для второго способа. При такой оценке, если рассчитанный синдром не равен нулю, то предполагается, что в данных присутствуют искажения, в противном же случае утверждается, что данные были переданы без искажений. Для данного способа отсутствует необходимость в передаче эталонных данных, в связи с чем оценка может осуществляться в процессе штатного режима работы системы и с наиболее рациональной загрузкой канала связи, что происходит за счет наибольшего ущерба ее точности.

С целью обеспечения заданного уровня достоверности передачи данных системой осуществляется их помехозащищенное кодирование. В качестве базового предлагается использовать алгоритм построения кодов Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ). Основные параметры кода задаются образующим полиномом, для построения которого необходимо знать длину кода n и его корректирующую способность t, при этом полная таблица параметров БЧХ кодов для заданной степени полинома в своем исходном виде непригодна для использования ввиду ее высокой избыточности. В связи с этим с целью оптимального использования пропускной способности канала связи необходимо произвести процесс удаления из нее лишних записей.

Так, из таблицы удаляются все записи, длина кода которых больше пропускной способности канала связи, затем они последовательно сортируются по возрастанию корректирующей способности кодов, числу кодируемых бит и длине кода. Далее, для каждого уникального значения корректирующей способности кода, представленного более чем одной записью из таблицы, удаляются записи, число кодируемых бит которых меньше разрядности данных, а среди оставшихся удаляются все записи кроме тех, которые обладают максимальным числом кодируемых бит. После проделанных манипуляций каждая запись начиная с последней проверяется на выполнение условия о том, что ее кодовая длина должна быть больше кодовой длины записи, расположенной выше и если это условие не выполняется, то такие записи удаляются.

Для реализации адаптации к фактическому состоянию канала связи путем выбора оптимальных параметров помехозащищенного БЧХ кода в соответствии с выбранным способом оценки его состояния предлагается использовать следующие алгоритмы.

Так, если используется способ на основе оценки результатов декодирования помехозащищенного кода:

1. В зависимости от того производилась ранее процедура адаптации или нет рассматриваются два случая:

a. Если ранее адаптация не производилась, то формируется набор эталонных данных, состоящий из последовательности чередующихся нулевых и единичных бит, разрядность которого равна числу кодируемых бит БЧХ кода с минимальной избыточностью;

b. Если ранее адаптация производилась, то формируется набор эталонных данных, состоящий из последовательности чередующихся нулевых и единичных бит, разрядность которого равна числу кодируемых бит БЧХ кода с параметрами, определенными в момент предыдущей оценки;

2. Данные кодируются кодером с использованием выбранного кода и передаются в канал связи;

3. Закодированные данные, переданные через канал связи, декодируются декодером;

4. Для декодированных данных вычисляется оценка эффективности кодирования, представляющая собой число бит принятых данных, отличных от соответствующих бит эталонной последовательности;

5. Если оценка не равна нулю, то в рабочей таблице БЧХ кодов выбирается запись, стоящая после текущей, в противном случае выбирается запись, которая стоит перед ней.

В свою очередь, если используется способ на основе непосредственной оценки состояния канала связи:

1. Формируется набор эталонных данных, состоящий из последовательности чередующихся нулевых и единичных бит, разрядность которого равна пропускной способности канала связи, после чего данные передаются в канал связи;

2. Для переданных по каналу связи данных вырабатывается оценка путем их сравнения с эталонными и определения числа отличных бит;

3. В рабочей таблице БЧХ кодов выбирается запись с наименьшей избыточностью, корректирующая способность которой больше или равна полученной оценке.

Если используется способ на основе вычисления синдрома БЧХ кода:

1. В зависимости от того производилась ранее процедура адаптации или нет рассматриваются два случая:

a. Если ранее адаптация не производилась, то используется штатный набор данных, который кодируется БЧХ кодером с минимальной избыточностью и передается в канал связи;

b. Если ранее адаптация производилась, то используется штатный набор данных, который кодируется БЧХ кодером с параметрами, определенными в момент предыдущей оценки, и передается в канал связи;

2. Для закодированных данных, переданных через канал связи, вырабатывается оценка путем вычисления синдрома;

3. Если оценка не равна нулю, то в рабочей таблице БЧХ кодов выбирается запись, стоящая после текущей, в противном случае выбирается запись, которая стоит перед ней.

Выбирая между качеством адаптации и оптимальностью использования пропускной способности канала связи можно осуществлять адаптивный выбор параметров БЧХ кода.

Таким образом, данный способ позволяет повысить достоверность передачи данных, за счет того, что часть бит данных, которые невозможно передать на текущем цикле приема/передачи помещается в «отложенном буфере», при этом в случае улучшения состояния канала связи принимается решение о передаче данных, хранимых в буфере, совместно с данными, поступающими от источника данных, а сама система работает в непрерывном режиме, пока все актуальные и размещенные в буфере данные не будут переданы.