CC BY
36
Сироткин С. Л. Sirotkin S. L.
кандидат технических наук, ведущий инженер-конструктор Научно-конструкторского бюро моделирующих и управляющих систем, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Таганрог, Российская Федерация
Коньков А. Н. Konkov А. N.
начальник сектора Научно-конструкторского бюро моделирующих и управляющих систем, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Таганрог, Российская Федерация
УДК 621.317.087.92+681.3.05
ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЕМА ВРЕМЯ-ИНТЕРВАЛЬНЫХ КОДОВ
Статья относится к области приема и декодирования самосинхронизирующихся импульсных последовательностей на основе использования время-интервальных кодов. Данная тема актуальна, т.к. время-интервальное кодирование имеет высокую помехозащищенность и до настоящего времени используется в системах обработки информации, в устройствах помехоустойчивого кодирования и декодирования информации, в системах управления объектами. Приводятся различные методы повышения помехоустойчивости приема время-интервальных кодов на основе использования значения средней частоты импульсной помехи. Цифровое значение средней частоты импульсов помехи, формирующееся на реверсивном счетчике, используется для непрерывной автоматической регулировки порогового уровня входного амплитудного квантователя. Пороговый уровень амплитудного квантователя автоматически регулируется в зависимости от величины средней частоты помехи, поступающей на вход устройства в смеси с полезными импульсами время-интервального кода. Автоматическая регулировка порогового уровня амплитудного квантователя позволяет минимизировать вероятность ошибки при декодировании время-интервальных кодов. Достоинством предложенных устройств декодирования время-интервальных кодов также является то, что в них используется одна и та же дискретная линия задержки как для декодирования время-интервальных кодов, так и для оценки значения средней частоты импульсов помехи. Предлагается для реализации линии задержки на основе регистра сдвига использовать программируемые логические интегральные схемы, позволяющие создавать регистры сдвига с большим числом разрядов. На все описанные приемные устройства получены авторские свидетельства СССР. Рекомендуется к применению в асинхронных системах приема и декодирования информации, использующих время-интервальные коды (самосинхронизирующиеся импульсные последовательности).
Ключевые слова: самосинхронизирующаяся импульсная последовательность, помехоустойчивость, время-интервальный код, амплитудный квантователь, частота импульсной помехи, кодирование, декодирование, вероятность ошибки, программируемые логические интегральные схемы, асинхронные системы.
THE INCREASE OF IMMUNITY OF RECEIVING TIME-INTERVAL CODES
Article relates to receiving and decoding the self-synchronizing pulse sequences through the use of time-interval codes. This topic is relevant because encoding-time interval has a high noise immunity to the present time is used in information processing devices error-correcting coding and decoding information in object management systems. The various methods to improve the noise immunity of the reception-interval time code through the use of the mean frequency pulse interference. The numerical value of the average pulse frequency interference is formed on the down counter is used for continuous automatic adjustment of the threshold level of the input amplitude quantizer. The threshold level of the amplitude quantizer automatically adjusted depending on the magnitude of the average interference frequency, input to apparatus useful in admixture with the time-interval pulse code. Automatic adjustment of the threshold amplitude quantizer to minimize the probability of error in decoding the time-interval codes. The advantage of the proposed decoding apparatus time-interval codes is also that they use the same discrete delay line for decoding time-interval codes, and for evaluating the value of the average pulse frequency interference. It is proposed to implement the delay line on the basis of the shift register to use programmable logic integrated circuits, allow you to create shift registers with a large number of bits. In all the above receptors received copyright certificates of the USSR. Recommended for use in asynchronous systems receive and decode information using a time-interval codes (self-synchronizing pulse sequences).
Key words: self-clocking pulse sequence, noise immunity, time-interval code, quantizer amplitude, frequency impulse noise threshold, encoding, decoding, error probability, programmable logic integrated circuits, asynchronous system.
Статья относится к области двоичного кодирования и декодирования информации в асинхронных системах. В [1] рассматриваются вопросы кодирования и декодирования сигналов, построенных на базе время-интервальных кодов (ВИК) (или самосинхронизирующихся импульсных последовательностей). Рассматриваются методы повышения помехоустойчивости устройств декодирования ВИК. ВИК представляют собой серии импульсов одинаковой длительности, которые расположены на базовом времени кода на неравных и некратных интервалах между собой, что обеспечивает максимальную помехоустойчивость при их декодировании.
Все приемные устройства ВИК строятся по одному принципу на основе использования линии задержки (ЛЗ), на определенных отводах которой при приеме ВИК появляются кодовые комбинации (последовательности) ВИК, в виде серии импульсов [1]. Когда кодовые последовательности ВИК заполняют ЛЗ, с помощью схем совпадения осуществляется декодирование ВИК и с помощью дешифратора (ДШ) кодовые комбинации разделяются друг от друга. Схема такого устройства представлена на рисунке 1.
Во время приема кодовых комбинаций ВИК, кроме полезных импульсов, на вход ЛЗ поступают импульсы помехи, снижающие помехоустойчивость приема ВИК. Повышение помехоустойчивости приема ВИК может осуществляться различными способами. Например, повысить помехоустойчивость можно с помощью мажоритарного декодирования.
В настоящей статье рассматриваются декодирующие устройства, защищенные авторскими свидетельствами СССР, которые повышают помехоустойчивость приема ВИК с помощью автоматической регулировки порога амплитудного квантователя (АК) в зависимости от интенсивности импульсной помехи.
Вход ВИК ЛЗ
* • •
ДШ
Выходы
Рисунок 1. Декодирующее устройство ВИК
На рисунке 2 представлена схема устройства для приема ВИК (самосинхронизирующихся импульсных последовательностей) на основе использования адаптивной регулировки порога АК [2].
Выходы
Рисунок 2. Декодирующее устройство ВИК с адаптивной регулировкой порога
В данной схеме предложено непрерывно определять среднюю частоту смеси импульсов полезного сигнала и импульсов помехи, поступающих на вход декодирующего устройства по способу измерения средней частоты импульсов [3]. Примеры устройств, реализующих данный способ, приведены в [4]. На основе использования значения средней частоты импульсов помехи можно регулировать пороговый уровень входного АК.
Устройство работает следующим образом. Входная импульсная последовательность ВИК, пройдя АК, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика (РС) и, пройдя через ЛЗ, поступает на вычитающий вход РС. Цифровой код, образующийся на выходе РС, прямо пропорционален средней частоте смеси импульсов полезного сигнала и помехи, поступающих на вход устройства. Вход преобразователя код-напряжение (ПКН) подключен к выходу РС, а выход ПКН подключен ко входу вычитающего устройства (ВУ), на второй вход которого поступает опорное напряжение от генератора опорного напряжения (ГОН). Порог АК регулируется ВУ, напряжение на выходе которого тем больше, чем больше средняя частота смеси импульсов полезного сигнала и помехи, т.е. пороговый уровень АК устанавливается самым высоким при минимальном значении средней частоты смеси полезных импульсов и импульсов помехи. При уменьшении средней частоты смеси импульсов помехи и импульсов полезного сигнала пороговый уровень АК понижается. Таким образом,
в данном устройстве осуществляется адаптивное регулирование порога АК в зависимости от интенсивности импульсных помех.
Вероятность ошибки Pош при декодировании ВИК определяется по формуле: P = P + P ,
ош под воспр 5
где Рпод — вероятность подавления полезных импульсов;
Рвоспр — вероятность воспроизведения ложных импульсов.
Суммарная вероятность ошибки Рош имеет наименьшее значение при среднем уровне порога АК, когда вероятности Г и Г
А 7 А под воспр
имеют минимальные значения.
Для более точной регулировки порога в [5] предложено определять не среднюю частоту смеси полезного сигнала и помехи, а непрерывно определять только среднюю частоту помехи и на основе ее значения регулировать порог АК.
На рисунке 3 представлена схема приемного устройства, учитывающего при регулировке порога АК только частоту импульсов помехи.
Для того чтобы при более точной автоматической регулировке порога АК учитывать только среднюю частоту импульсов помехи, все принимаемые кодовые комбинации, имеющие одинаковое число импульсов, после
Бьишды
Рисунок 3. Декодирующее устройство ВИК с адаптивной регулировкой порога
.Й39-|AKJ-! ФПИ |Гг ЛЗ | ^Ё]
ПКН
т т •• -т
-if ГСИ [—J
п
Рисунок 4. Декодирующее устройство ВИК с адаптивной регулировкой порога
Полезный сигнал 1
Порог
Помеха 1.
Амплитудный квантователь АК 1 п
1! 1
ФПИ ШИН 1 ■1 1 111 1111 11111 .
Дешифратор ДШ
Рисунок 5. Временная диаграмма работы декодирующего устройства ВИК с адаптивной регулировкой порога
декодирования воспроизводятся генератором серии импульсов (ГСИ) с таким же числом импульсов, как в кодовой комбинации ВИК, и через элемент ИЛИ вычитаются на РС.
Импульсные помехи, поступающие на вход устройства и снижающие помехоустойчивость приема ВИК, могут иметь длительность, равную длительности полезных импульсов, или длительность, большую длительности полезных импульсов.
В [6] предложено для повышения помехоустойчивости приема в цепь после АК ввести формирователь пачек импульсов одинаковой длительности (ФПИ), равной длительности полезных импульсов. Причем этот формирователь вырабатывает импульсы одинаковой длительности и одинакового периода до тех пор, пока суммарный входной сигнал превышает пороговый уровень. Это разбивает сплошной входной сигнал, превышающий порог, на импульсные серии и позволяет учесть счетным методом реальную интенсивность импульсной помехи.
На рисунке 4 приведена схема декодирующего устройства с ФПИ, включенного между АК и ЛЗ. Временная диаграмма работы декодирующего устройства приведена на рисунке 5.
В [6] также предложено на обоих входах РС установить синхронизаторы, которые управляются распределенными по времени импульсными сериями, формируемые распределителем импульсов (Р). Это дает возможность устранять совпадение во времени импульсов на счетных входах реверсивного счетчика и более точно учитывать частоту помехи, что, в свою очередь, повышает помехоустойчивость приема ВИК. Для
формирования тактовой частоты сдвига дискретной ЛЗ используются генератор импульсов (ГИ) и делитель частоты (Д).
При использовании дискретных ЛЗ в описанных способах повышения помехоустойчивости приема ВИК, построенных на основе регистров сдвига, есть возможность обнуления ЛЗ. Если используется аналоговая ЛЗ с отводами, то для того, чтобы декодировать очередной ВИК, необходимо дождаться пока из ЛЗ выйдет предыдущий ВИК, т.е. между сообщениями должна быть защитная пауза, равная базовому времени ВИК. При использовании в качестве дискретной ЛЗ сдвигового регистра после декодирования каждой комбинации ВИК дискретную ЛЗ можно обнулить и без паузы начинать прием следующего ВИК. Таким образом, можно в два раза увеличить скорость декодирования ВИК без снижения помехоустойчивости приема.
Для реализации предложенных устройств удобно использовать программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), т.к. на них можно создавать регистры сдвига с большим числом разрядов, необходимых для построения высокоточных дискретных ЛЗ с возможностью их обнуления.
Выводы
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. Достоинством описанных устройств приема ВИК является то, что дискретная ЛЗ одновременно используется как для приема и декодирования сигналов ВИК, так и для оценки интенсивности импульсных помех. Величина интенсивности импульсных помех
используется для адаптивной регулировки порога амплитудного квантователя.
2. Автоматическая регулировка порогового уровня амплитудного квантователя существенно повышает помехоустойчивость приема ВИК, т.к. в такой схеме минимизируется вероятность ошибки Р .
а ош
3. В настоящее время в связи с возможностью использования дискретных ЛЗ на регистрах сдвига большой длины на базе ПЛИС существенно упрощается реализация предложенных устройств для приема ВИК (самосинхронизирующихся импульсных последовательностей).
Список литературы
1. Глобус И.А. Двоичное кодирование в асинхронных системах. М.: Связь, 1972. 108 с.
2. Авторское свидетельство 726670 СССР, МПК Н 04 L 7/04, Н 04 В 1/10. Устройство для приема самосинхронизирующихся импульсных последовательностей / Р.И. Юргенсон, Ю.Г. Вихорев, С.Л. Сироткин (СССР). 2625278; заявл. 05.06.1978, опубл. 05.04.1980. БИ № 13.
3. Авторское свидетельство 161417 СССР, МПК Н 03 К 13/20. Способ измерения частоты / С.С. Бруфман (СССР). 832865; опубл. 01.01.1964. БИ № 7.
4. Сироткин С.Л., Коньков А.Н. Методы непрерывной обработки информации от частотных датчиков // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. № 3. С. 90-97.
5. Авторское свидетельство 907837 СССР, МПК Н 04 L 7/04, Н 04 В 1/10. Устройство для приема самосинхронизирующихся импульсных последовательностей / Р.И. Юргенсон, Ю.Г. Вихорев, Э.И. Козлов,
B.А. Орленко, С.Л. Сироткин (СССР). 2916469; заявл. 22.04.1980, опубл. 23.02.1982. БИ № 7.
6. Авторское свидетельство 1088148 СССР, МПК Н 04 L 7/04, Н 04 В 1/10. Устройство для приема самосинхронизирующихся импульсных последовательностей /
C.Л. Сироткин (СССР). 3557892; заявл. 28.02.1983, опубл. 23.04.1984. БИ № 15.
7. Авторское свидетельство 1160581 СССР, МПК Н 04 L 7/04. Устройство для приема самосинхронизирующихся импульсных последовательностей / С.Л. Сироткин (СССР). 1985. БИ № 21.
References
1. Globus I.A. Dvoichnoe kodirovanie v asinhronnyh sistemah. M.: Svjaz', 1972. 108 s.
2. Avtorskoe svidetel'stvo 726670 SSSR, MPK H04L 7/04, H04B 1/10. Ustrojstva dlja priema samosinhronizirujushhihsja impul'snyh posledovatel'nostej / R.I. Jurgenson, Ju.G. Vihorev, S.L. Sirotkin (SSSR). 2625278; zajavl. 05.06.1978, opubl. 05.04.1980. BI № 13.
3. Avtorskoe svidetel'stvo 161417 SSSR, MPK H 03 K 13/20. Sposob izmerenija chastoty / S.S. Brufman (SSSR). 832865; opubl. 01.01.1964. BI № 7.
4. Sirotkin S.L., Kon'kov A.N. Metody nepreryvnoj obrabotki informacii ot chastotnyh datchikov // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. 2014. № 3. S. 90-97.
5. Avtorskoe svidetel'stvo 907837 SSSR, MPK H 04 L 7/04, H 04 B 1/10. Ustrojstvo dlja priema samosinhronizirujushhihsja impul'snyh posledovatel'nostej / R.I. Jurgenson, Ju.G. Vihorev, Je.I. Kozlov, V.A. Orlenko, S.L. Sirotkin (SSSR). 2916469; zajavl. 22.04.1980, opubl. 23.02.1982. BI № 7.
6. Avtorskoe svidetel'stvo 1088148 SSSR, MPK H 04 L 7/04, H 04 B 1/10. Ustrojstvo dlja priema samosinhronizirujushhihsja impul'snyh posledovatel'nostej / S.L. Sirotkin (SSSR). 3557892; zajavl. 28.02.1983, opubl. 23.04.1984. BI № 15.
7. Avtorskoe svidetel'stvo 1160581 SSSR, MPK H 04 L 7/04. Ustrojstvo dlja priema samosinhronizirujushhihsja impul'snyh posledovatel'nostej / C.L. Sirotkin (SSSR). 1985. BI № 21.
