Патент на изобретение №2163400

(54) КОМБИНИРОВАННЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СПОСОБ ИСПРАВЛЕНИЯ ОДИНОЧНЫХ ОШИБОК ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ИНФОРМАЦИИ БИИМПУЛЬСНЫМ КОДОМ МАНЧЕСТЕР II

(57) Реферат:

Изобретение относится к области систем обработки, хранения и передачи цифровых данных с возможностью обнаружения и исправления ошибок. Способ исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом Манчестер II заключается в том, что определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом. В случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде фиксируют ошибку. Сигнал, передаваемый кодом Манчестер II, снабжен контрольным разрядом, значение которого устанавливают в зависимости от исходных значений информационных разрядов, задавая соответствующие характеристики указанного сигнала. Находят искаженную составляющую разряда, содержащего зафиксированную ошибку, по значениям других разрядов переданного сигнала с учетом указанных заданных характеристик и меняют ее значение. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение помехоустойчивости при передаче сигналов с возможностью исправления одиночных ошибок. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области систем обработки, хранения и передачи цифровых данных с возможностью обнаружения и исправления ошибок. Способ может быть осуществлен при передаче информации с использованием как проводных так и волоконнооптических канатов связи.

При оценке эффективности передачи информации по Манчестеру II последовательным кодом используют две характеристики: скорость передачи информации и информационную эффективность.

Скорость передачи информации характеризует предельные возможности передающей среды и технические возможности приемо-передающей аппаратуры и измеряется либо в бит/с или Гц/с и является величиной постоянной для конкретной реализации системы передачи информации.

Информационная эффективность передаваемой информации определяется, в основном, логической организацией обмена и зависит от форматов слов и сообщений, режимов работы, методов кодирования и поведения системы при отказах и сбоях и может быть измерена отношением полезной информации к общему объему передаваемой информации и определена как информационная эффективность слова, сообщения, массива информации, режима работы и т.д.

Информация в системах, выполненных в соответствии с ГОСТ 2675652-87, передается 20-разрядными словами, из которых три разряда отведены для передачи синхроимпульса и один контрольный разряд.

Таким образом, информационная эффективность слова (е) определяется как

где m – число информационных бит в слове;
N – общее число бит в слове.

Для передачи сообщения контроллер выдает командное слово, в ответ на правильно принятую информацию получает ответное слово, а количество информационных слов в одном сообщении может быть от 1 до 32.

В общем случае информационная эффективность сообщения определится следующим образом:

где L – число информационных слов в сообщении, K – число служебных слов в сообщении. Для конкретного случая, когда e = 0,8, а К = 2 получим

Анализ E_сб = E (L) показал, что при передаче информации короткими сообщениями (3-5 слов) величина информационной эффективности составляет около 50%, а при сообщениях длиной в 34 слова достигает 95% от максимального значения 0,8.

Появление ошибок при передаче информации вызывает необходимость повторения сообщений для локализации и идентификации искажений, что в свою очередь оказывает отрицательное влияние на информационную эффективность.

С точки зрения оценки надежности дискретного канала в целом необходимо учитывать, что ошибки могут возникнуть не только в линии связи, но и в устройстве кодирования (вероятность безоткатной работы которого равна P_код) и устройстве декодирования (которого равна P_декод), отказы в которых как принято считать, подчиняются экспоненциальному закону распределения, и тогда вероятность безотказной работы дискретного канала в целом P_канала определится как
P_канала = P_код P_л.с. P_декод.,
где P_л.с. – вероятность безотказной работы линии связи.

Поведение последовательного канала информационного обмена при появлении помех только в линии связи с учетом того, что в каждом передаваемом слове введен один контрольный разряд, значение которого определяется суммой по модулю 2 информационных разрядов, т.е. 20 разряд в формате слов характеризуется следующим.

Введение дополнительного разряда снижает информационную эффективность слова, но с позиции теории помехоустойчивого кодирования, превращая 16-ти разрядные слова с кодовым расстоянием d = 1 в 17-ти разрядные слова с кодовым расстоянием d = 2, позволяет обнаруживать появление одиночных ошибок и всех ошибок нечетной кратности (3, 5, 7 и т. д).

Таким образом, наличие контрольного разряда в слове позволяет повторить передачу слова при его искажении.

Следовательно, при передаче N слов по линии связи N P_сл. слов будут переданы без искажений (где P_сл. – вероятность безошибочной передачи слова), а N (1-P_сл.) будут искажены и их придется повторить. При повторной передаче М(P_сл.) P_сл. слов будут переданы без искажений, а N (1-P_сл.) (1-P_сл.) будут искажены и их придется повторить и продолжать повторять передачу искаженных слов до полного их исчезновения.

Отметим, что заметное влияние на информационную эффективность оказывает вероятность искажения одиночного сообщения от величин 0,001 и ниже и наиболее существенно оно проявляется при большой длине сообщений (15-30 слов).

Исправление одиночных ошибок позволяет резко поднять информационную эффективность в условиях помех.

Полученные расчетным путем зависимости информационной эффективности с учетом возможной коррекции показывают, что исправление одиночных ошибок позволяет повысить информационную эффективность и делает канал практически чистым.

Известные методы исправления одиночных ошибок предполагают использование избыточных корректирующих кодов типа кодов Хэминга, Элай-есса, Рида-Мюллера и т.д.

Однако для реализации кодов Хэминга и Элайесса потребуется введение дополнительных разрядов (5 и 8 разрядов соответственно). Для передачи дополнительных разрядов необходимо использовать дополнительное слово или в лучшем случае половину слова. При введении дополнительных слов информационная эффективность упадет в 2 раза по сравнению с исходной, что сделает проведение исправления ошибок бессмысленным (E_сб = 0,5 0,8 L/L + 2, рис. 1). Использование полуслов является более эффективным способом, но это повлечет за собой существенное изменение протокола обмена, и в том и другом случае потребуется разработка дополнительной кодирующей и декодирующей аппаратуры.

Известны способы передачи информации с использованием кодов типа Манчестер, например способ, реализованный в устройствах, описанных в патентах США N 5007050 (публ. 09.04.1991), 5471462 (публ. 28.11.1995) и 5557280 (публ. 17.09,1996). В данных способах при передаче сигналов слова, передаваемые в коде Манчестер II, дополняются контрольным разрядом, предназначенным для проверки передаваемой кодовой комбинации по паритету. Однако такая проверка производится с целью обнаружения ошибки и повторения в этом случае передачи сигнала.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является реализованный в устройстве для декодирования сигналов способ исправления ошибок при передаче информации биомпульсным кодом Манчестер II, при котором определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом, и в случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде, фиксируют ошибку. В этом случае повторяют передачу сигнала (авторское свидетельство СССР N 1591189, публ. 07.09.1983).

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение помехоустойчивости при передаче сигналов с возможностью исправления одиночных ошибок.

Технический результат достигается тем, что в способе исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом Манчестер II, при котором определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом, и в случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде, фиксируют ошибку, сигнал, передаваемый кодом Манчестер II, предварительно снабжают контрольным разрядом, значение которого устанавливают в зависимости от исходных значений информационных разрядов, задавая соответствующие характеристики указанного сигнала, находят искаженную составляющую разряда, содержащего зафиксированную ошибку, по значениям других разрядов переданного сигнала с учетом указанных заданных характеристик и меняют ее значение.

Значение контрольного разряда может быть задано суммированием по модулю два значений исходных информационных разрядов сигнала.

Зависимость информационной эффективности сообщения (E_сб) от числа информационных слов в сообщении (L) приведена на фиг. 1. На фиг. 2. показан сигнал, передаваемый с использованием комбинированного способа исправления одиночных ошибок. На фиг. 3 и 4 показана реализация методов кодирования информации при передаче ее по различным каналам связи.

Поскольку при кодировании одного бита исходной информации по существу используются два бита передаваемой информации, то есть 1=01, а 0=10, то запрещенными комбинациями в пределах разряда являются 11 и 00. Появление запрещенных комбинаций укажет на наличие ошибок, а значение контрольного разряда позволит восстановить искаженное значение.

При этом техническая реализация метода декодирования с исправлением одиночных ошибок не ухудшает информационную эффективность передаваемых сообщений и не требует доработки кодирующих устройств. Способ универсален, так как может быть использован на любых линиях связи: проводных, волоконно-оптических и т.д.

Формула изобретения

1. Комбинированный способ исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом Манчестер II, при котором определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом, и в случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде фиксируют ошибку, отличающийся тем, что сигнал, передаваемый кодом Манчестер II, предварительно снабжают контрольным разрядом, значение которого устанавливают в зависимости от исходных значений информационных разрядов, задавая соответствующие характеристики указанного сигнала, находят искаженную составляющую разряда, содержащего зафиксированную ошибку, по значениям других разрядов переданного сигнала с учетом указанных заданных характеристик и меняют ее значение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение контрольного разряда задают суммированием по модулю два значений исходных информационных разрядов сигнала.

РИСУНКИ