RU2623109C1

RU2623109C1 - Способ приема цифрового сообщения в целом в условиях многолучевого распространения

Info

Publication number: RU2623109C1
Application number: RU2016127421A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Геннадиевич Голубев
Original assignee: Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева"
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и может быть использовано в приемных устройствах систем синхронной цифровой связи, работающих в условиях наличия межсимвольной интерференции (МСИ) Технический результат - снижение его вычислительной сложности. В способе приема цифрового сообщения в целом в условиях многолучевого распространения осуществляется формирование решающей статистики поэлементного приема, что позволяет лавинообразное размножение возможных вариантов элементарных посылок в сообщение путем ограничения сверху количества рассматриваемых далее решающих статистик поэлементного приема на каждом такте известного фрагмента интервала времени приема сообщения. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в приемных устройствах систем синхронной цифровой связи. Под передачей информации понимается совокупность функций как собственно передачи, так и приема.

Одним из существенных факторов, негативно влияющих на эффективность (скорость передачи и/или вероятность ошибки декодирования) систем цифровой связи, является наличие межсимвольной интерференции (МСИ), обусловленной многолучевым распространением. Данное положение обусловлено, в частности, тем, что наличие МСИ влечет за собой помехи, обусловленные временным перекрытием передаваемых последовательно символов (далее именуем эти символы элементарными посылками (ЭП)). Указанные помехи именуем интерференционными помехами (ИП). Одним из вариантов преодоления указанной проблемы является реализация так называемого приема в целом (определение данного термина приведено ниже). Вместе с тем реализация приема в целом актуальна и в условиях отсутствия МСИ. Ниже приведены описания прототипа и заявляемого способа в вариантах, предусматривающих меры по подавлению ИП. Однако в принципиальном плане возможна и актуальна реализация заявляемого способа и в отсутствие МСИ (ИП).

Известен способ детектирования сигналов (сообщений) в цифровых системах связи в целом [1, с. 636]. Недостатком данного аналога являются необходимые значительные вычислительные ресурсы реализующих этот способ аппаратно-программных средств, что обусловлено предусмотренной им реализацией множества каналов обработки, каждый из которых рассчитан на прием соответствующей комбинации ЭП. Кроме того, этот аналог непосредственно на прием сообщений в условиях МСИ не рассчитан.

Указанный недостаток (необходимые значительные вычислительные ресурсы реализующих способ аппаратно-программных средств) свойственен также и способу, описанному [2].

Известен способ приема цифрового сообщения в целом в условиях многолучевого распространения, описанный в [3, с. 193, 194]. В основе этого способа лежит алгоритм Кловского-Николаева (АКН). Его недостатком является сравнительно низкая помехоустойчивость приема (декодирования) сообщения, обусловленная тем, что в нем реализуется операция поэлементного принятия решения.

Пояснение терминологии. Прием сообщения в целом с поэлементным принятием решения - способ декодирования сообщения, предусматривающий принятие решений (т.е. определение кодовых комбинаций, переносимых ЭП) раздельно по каждой ЭП этого сообщения, но с использованием информации, содержащейся в сигнале, принятом на интервале времени всего сообщения. Прием сообщения в целом с принятием решения так же в целом (обычно именуемый просто как прием сообщения в целом без уточнения, касающегося того, что принятие решения осуществляют также в целом) - способ декодирования сообщения, предусматривающий принятие единого решения об имеющей в этом сообщении место последовательности ЭП (переносимых ими кодовых комбинаций) с использованием (как и в случае приема сообщения в целом с поэлементным принятием решения) информации, содержащейся в сигнале, принятом на интервале времени всего сообщения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ приема цифрового сообщения в целом в условиях многолучевого распространения, описанный в [4], т.е. способ, в основе которого лежит модифицированный алгоритм Кловского-Николаева (МАКН) (прототип).

Принцип действия прототипа состоит в следующем. (В связи с краткостью приведенного в [4] описания способа - прототипа при его описании ниже приведены материалы, дополняющие описание, приведенное в [4], и, в частности, материалы из источников [3 и 5]; все эти материалы авторами доклада [4] подразумевались). Принимается сообщение, состоящее из лидирующего испытательного импульса и следующего за ним рабочего пакета, именуемого далее последовательностью ЭП (Д.Д. Кловский - один из авторов МАКН, лежащего в основе способа - прототипа, - описал такую структуру сообщения, в частности в [5, рис. 3.2 на с. 128]). Форма испытательного импульса на приемной стороне системы связи заранее известна. Каждая ЭП сформирована на передающей стороне системы связи путем манипуляции параметрами некоторого сигнала (переносчика информации) по закону кодовой последовательности, являющейся фрагментом кодовой последовательности всего сообщения.

По испытательному импульсу, расположенному в заранее известном на приемном конце фрагменте интервала времени приема сообщения (ИВПС), осуществляется оценивание импульсной реакции канала (ИРК) распространения. По результату оценивания ИРК на приемном конце системы связи предсказывается алфавит возможных ЭП, соответствующих всем символам передаваемых сообщений (в связи с этим описанная, в частности, в [5] система связи именуется системой с испытательным импульсом и предсказанием (СИИП)). Количество возможных (или допустимых) последовательностей ЭП в сообщении является конечным; каждая из них далее именуется гипотезой указанной последовательности. При известной (предсказанной) на приемном конце системы связи совокупности символов алфавита форма принимаемого или наблюдаемого на ИВПС сигнала, посредством которого передается все сообщение, при справедливости каждой из этих гипотез известна. С учетом этого обстоятельства в прототипе по сигналу, наблюдаемому на каждом r-м такте ИВПС, применительно к каждой из совокупности гипотез последовательностей ЭП принимаемого сообщения (с учетом результата оценивания ИРК и вычисленного на r-1-м такте массива PC поэлементного приема) формируют соответствующие этим гипотезам реализации остаточных и сопровождающих компонент ИП.

Пояснения терминологии. Остаточная компонента ИП (или остаточный сигнал МСИ) - помеха, имеющая место вследствие временного перекрытия с анализируемой ЭП тех ЭП, которые были переданы до нее; сопровождающая компонента ИП - помеха, имеющая место вследствие временного перекрытия с анализируемой ЭП тех ЭП, которые были переданы после нее [3, с. 193].

Весь ИВПС делится на такты, длительность каждого их которых равна сумме длительностей ЭП и ИРК, а временной интервал между моментами начала смежных по времени тактов равен длительности ЭП. Процесс (совокупность операций) обработки сигнала на интервале времени каждого r-го такта далее именуется r-м тактом работы системы связи или просто r-м тактом.

На каждом r-м такте ИВПС осуществляют компенсацию в реализации сигнала, наблюдаемой на этом такте, каждого из сочетаний результатов формирования реализаций всех упомянутых выше компонент ИП.

Далее по наблюдаемому на ИВПС сигналу, результату оценивания ИРК и каждому сочетанию определенных для соответствующей гипотезы последовательности ЭП компонент ИП в прототипе последовательно вычисляются решающие статистики (PC) поэлементного принятия решения и по каждой r-й ЭП сообщения (r=1…R - порядковый номер ЭП в сообщении). По каждой из них реализуется поэлементное принятие решения. Далее в прототипе вычисляется массив PC приема в целом, каждая из которых соответствует одной из гипотез последовательности ЭП принимаемого сообщения.

Пояснение терминологии. PC - результат выполнения совокупности операций в общем случае пространственно-временной обработки сигналов. В каждой системе цифровой связи формируется массив PC, каждая из которых рассчитана (настроена) на прием конкретной альтернативы принимаемой ЭП. При этом массив PC используется непосредственно для принятия решения путем сравнения каждой сформированной PC с порогом и/или с прочими PC. В описании прототипа PC - результат расчета, расположенный в соотношения (1) в его фигурных скобках (см. также PC z_i, вычисляемые в соответствии с приведенным ниже выражением (1)).

PC поэлементного приема - есть PC, вырабатываемая в обеспечение поэлементного принятия решения.

Ряд перечисленных выше операций прототипа математически описывается следующим образом. Пусть реализации остаточной компоненты ИП, вычисленная при принятии предположения о том, что все ЭП, принятые до момента начала анализа (декодирования) r-й ЭП декодированы правильно, обозначена как q_{r ост}(f) (здесь индекс номера гипотезы последовательности ЭП в сообщении i опущен в связи с тем, что, как только что отмечено, все ЭП, принятые к моменту анализа r-й ЭП декодированы правильно, причем принятое по ним поэлементное решение в прототипе является единственным), а сопровождающей компоненты помехи - как q_{ir сопр} (t). В прототипе каждая i-я (при индексе i, изменяющемся в диапазоне значений от 1 до М, где М - возможное количество гипотез последовательностей ЭП в сообщении) PC приема в целом Z_i вычисляется как

где r - порядковый номер подинтервала анализа (или временной подинтервал, на котором расположена r-я ЭП, соответствующий r-му такту работы системы связи, причем величина r изменяется в диапазоне значений 1…R, где R - количество ЭП в сообщении; Т_э - длительность одиночной ЭП, прошедшей многолучевой канал (равная сумме длительностей одиночной передаваемой ЭП и ИРК); Т - период следования ЭП в сообщении (равный, как правило, длительности одиночной передаваемой ЭП T_э).

Операция принятия решения о верности одной из гипотез последовательностей ЭП с использованием массива PC приема в целом Z_i предусматривает вычисление оценки

номера истинной гипотезы последовательности ЭП в принятом сообщении по формуле

т.е. как номера (индекса)

той гипотезы, которой соответствует PC приема в целом Z_i наименьшего уровня.

Наиболее существенный недостаток прототипа состоит в его большой вычислительной сложности (т.е. в чрезвычайно высоких вычислительных ресурсах, необходимых для его реализации). Так, в описании прототипа [4] об этом сказано следующее: «Строгая реализация (1) затруднительна, поскольку необходимые для нее вычислительные ресурсы зависят от параметров … экспоненциально».

Примечание: там же (т.е. в [4]) сказано: «Однако разработаны упрощенные алгоритмы, вычислительная сложность которых пропорциональна квадрату этих параметров». При этом никаких публикаций, раскрывающих эти «… упрощенные алгоритмы», на сегодня не имеется.

Целью заявляемого способа является снижение его вычислительной сложности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приема цифрового сообщения в целом в условиях многолучевого распространения, в соответствии с которым по испытательному импульсу, наблюдаемому (в смеси с фоновым шумом) на заранее известном фрагменте ИВПС, осуществляют оценивание ИРК, по реализации сигнала, наблюдаемой на каждом r-м такте ИВПС, применительно к совокупности альтернатив последовательности ЭП, принятых до этого r-го такта, с учетом результата оценивания ИРК и вычисленного на r-1-м такте массива PC поэлементного приема формируют соответствующий этим альтернативам массив реализаций остаточной компоненты ИП, на каждом r-м такте ИВПС осуществляют компенсацию в реализации сигнала, наблюдаемой на этом такте, отдельно каждого из результатов формирования реализаций указанной компоненты ИП, на каждом r-м такте ИВПС по сформированным на этом такте результатам компенсации указанной компоненты ИП вычисляют массив PC поэлементного приема, путем суммирования каждого из сочетаний PC поэлементного приема, сформированных на всех R тактах работы системы связи, формируют массив PC приема в целом, решение о верности одной из гипотез последовательности ЭП в сообщении принимают на основе анализа массива PC приема в целом, причем каждую из указанных PC поэлементного приема вычисляют как величину корреляции между каждым сформированным на r-м такте ИВПС результатом компенсации указанной компоненты ИП и опорной функцией, совпадающей с соответствующей альтернативой принимаемой на этом такте ЭП, из вычисляемых на каждом r-м такте указанных PC поэлементного приема для последующего формирования на r+1-м такте массива реализаций остаточной компоненты ИП и массива PC приема в целом отбирают K_r PC поэлементного приема, являющихся наибольшими по уровню, а анализ совокупности PC приема в целом, на основе которого принимается решение, производят путем определения той последовательности альтернатив ЭП всего сообщения, которой соответствует максимальная из указанных PC приема в целом.

Блок-схема, иллюстрирующая заявляемый способ, приведена на фиг. 1, где обозначены:

1 - оценивание ИРК;

2 - формирование массива реализаций остаточной компоненты ИП;

3 - компенсация каждого из результатов формирования реализаций остаточной компоненты ИП;

4 - вычисление массива PC поэлементного приема;

5 - отбор K_r (K_r-1) наибольших по уровню PC поэлементного приема;

6 - формирование массива PC приема в целом;

7 - принятие решение о верности одной из гипотез последовательности ЭП.

Ниже (для упрощения изложения) приведено описание заявляемого способа применительно к такой ситуации, в которой возможно

перекрытие каждой r-й ЭП с не более чем по одной ЭП, переданной до и после этой r-й ЭП, т.е. только с r-1-й и с r+1-й ЭП.

Операция 1 (оценивание ИРК) реализуется посредством вычисления взаимнокорреляционной функции (ВКФ) между фрагментом принимаемого сигнала, содержащим испытательный импульс (в смеси с помехами), и опорной функцией коррелятора (как отмечено выше, временное расположение этого фрагмента заранее известно), совпадающей по форме с этим испытательным импульсом. Указанная ВКФ вычисляется в диапазоне ее временных аргументов, равном ожидаемой длительности ИРК. При выполнении операции оценивания ИРК процедура вычисления ВКФ может дополняться процедурой определения задержек и амплитуд лучей, т.е. процедурой сравнения каждого из временных отсчетов указанной ВКФ с порогом и при превышении некоторыми отсчетами этого порога фиксации соответствующих этим отсчетам значений временного аргумента ВКФ

и ее амплитуды

(здесь

- номер луча). Содержание операции оценивания ИРК раскрыто, в частности, в описании к патенту [6].

Результатом выполнения операции 1 является оценка ИРК, характеризуемая совокупностью задержек

и амплитуд

лучей при

(имеются в виду задержки лучей относительно луча, пришедшего первым, т.е. характеризующегося минимальным временем распространения).

Интервалу времени приема испытательного импульса, форма которого известна заранее, соответствует номер такта r=0.

В основе операции 2 (формирование массива реализаций остаточной компоненты ИП), как и соответствующей операции прототипа, лежит обратная связь по решениям (ОСР). Смысл применения ОСР в данном случае состоит в следующем. Для формирования остаточной компоненты ИП на каждом r-м такте ИВПС в рассматриваемой ситуации необходима информация о том, какая конкретно альтернатива ЭП была передана на r-1-м такте ИВПС. Именно ЭП, переданная на r-1-м такте ИВПС, частично перекрывается с ЭП, принимаемой на r-м такте ИВПС, т.е. именно она предопределяет форму подлежащей компенсации остаточной компоненты ИП. Эта информация вырабатывается путем принятия решения на основе PC поэлементного приема, выработанных на указанном r-1-м такте ИВПС. В заявляемом способе на каждом, в том числе, например, r-1-м такте ИВПС на основе PC поэлементного приема принимается совокупность из K_r-1>1 решений. При этом каждое k_r-1-е из этих решений есть предположительное решение о том, что на указанном r-1-м такте ИВПС принята

-я альтернатива ЭП; здесь m - номер альтернативы ЭП, причем m=1…М, где М - количество возможных альтернатив отдельной ЭП, k_r-1-индекс, равный порядковому номеру той из PC поэлементного приема, которая отобрана в итоге выполнения операции 5 на r-1-м такте ИВПС (описание операции 5 приведено ниже).

Другими словами, в заявляемом способе на каждом r-м такте формируется массив из K_r-1 реализаций остаточной компоненты ИП

. В обеспечение этого на каждом r-1-м такте формируется массив из K_r-1 PC поэлементного приема, обозначаемых как PC_kr-1 (операция их формирования совпадает с таковой, реализуемой на каждом r-м такте, описанной ниже). Каждой из этих PC_kr-1 соответствует

-я альтернатива ЭП. Т.е. наибольшая из указанных PC_kr-1 поэлементного приема, имеющая по определению ранг K_r-1, характеризуется индексом k_r-1=1, и ей соответствует

-я альтернатива ЭП, следующая PC поэлементного приема, имеющая ранг K_r-1-1, характеризуется индексом k_r-1=2, и ей соответствует

-я альтернатива ЭП и т.д.

Правило формирования каждой реализации

может быть, например, следующим. Пусть Sm(t) - временная реализация m-й альтернативы передаваемой ЭП, a

- временная реализация той альтернативы передаваемой ЭП, которая, в соответствии с результатом ОСР, принятом на r-1-м такте работы системы. Тогда реализация подлежащей компенсации остаточной компоненты ИП, соответствующей этой

-й альтернативе ЭП, вычисляется (с учетом того, что ЭП, принятая на r-1-м такте, опережает ЭП, принятую на r-м такте, на время Т_э) как

причем

при t<0 или при t>T_э.

При известной ИРК известны характеризующие ее входящие в (3) такие параметры, как массивы из L (это количество приходящих в точку приема лучей) амплитуд лучей

и их задержек относительно луча, пришедшего в тоску приема первым,

(

- номер луча). Вычисления реализаций остаточных компонент по формуле (3) производятся K_r-1 раз, т.е. раздельно применительно к каждому из значений k_r-1=1…K_r-1.

В итоге выполнения описываемой операции на каждом r-м такте формируются K_r-1 результатов компенсации остаточной компоненты ИП

.

Операция 3 обеспечивает компенсацию каждого из результатов формирования реализаций остаточной компоненты ИП. Она реализуется путем K_r-1-кратного (т.е. для каждого k_r-1 в отдельности) вычисления разности вида

где S_r(t) - реализация сигнала наблюдаемого на r-м такте работы системы.

В итоге выполнения этой второй подоперации на каждом r-м такте формируются K_r-1 результатов компенсации остаточной компоненты ИП

.

Операция 4 обеспечивает вычисление массива PC поэлементного приема. Она реализуется, например, следующим образом. При известной ИРК каждая m-я альтернатива передаваемой ЭП Sm(t), как и в прототипе, пересчитывается к точке приема (т.е. предсказывается) путем вычисления по следующей формуле (здесь индекс k_r опущен, как не несущий при описываемом предсказании никакой информации)

Величина корреляции между каждым сформированным на r-м такте ИВПС результатом компенсации остаточной компоненты ИП

и опорной функцией, совпадающей с соответствующей (т.е. m-й при переборе всех значений m=1…М) альтернативой принимаемой на этом такте ЭП

определяется соотношением

Индекс k_r при величине, вычисляемой на r-м такте PC (6) - номер этой PC. Всего таких PC на r-м такте PC вычисляется K_r-1M штук, т.е. эти PC вычисляются применительно к каждому из K_r-1M сочетанию индексов k_r-1 и m, (соотношение между индексами k_r-1 и m, применительно к которому вычислена величина

, и номером этой PC k_r - произвольное). Далее индекс, характеризующий номер m альтернативы ЭП, применительно к которой на r-м такте вычислена PC, уточняется как m_kr.

Входящая в соотношение (4) временная реализация результата компенсации ИП (обозначенная как

) может, как и в прототипе (см. соотношение (1)), вычисляться с учетом также и сопровождающей компоненты ИП

. Данное уточнение не принципиально и поэтому для упрощения описания опускается. С другой стороны, при практическом отсутствии МСИ в процедуре (6) вместо реализации

может использоваться реализация наблюдаемого сигнала S_r(t), в которой ИП не компенсирована.

Операция 5 выполняется на каждом r-м такте путем отбора K_r наибольших по уровню PC поэлементного приема и запоминания соответствующих им индексов m_kr и m_kr-1 (здесь, напомним, m - индекс или номер альтернативы ЭП; k_r - есть индекс или номер отобранной на каждом r-м такте PC; информации об альтернативе соответствующей этой PC ЭП индекс k_r не несет). Указанный отбор осуществляется, например, следующим образом. Имеется (исходный) массив из K_r-1M PC поэлементного приема

, сформированных на r-м такте. Путем сравнения всех K_rM PC указанного массива между собой определяется и запоминается отдельно от этого массива максимальная из них. При этом она из указанного массива удаляется. Далее процедура повторяется по отношению к массиву из K_r-1M-1 оставшихся PC и т.д. В итоге K_r-кратного выполнения указанной процедуры запомнены K_r PC, являющиеся в исходном массиве наибольшими по уровню (т.е. старшими членами вариационного ряда указанных PC). Имеются и варианты выполнения операции 5, являющиеся более экономичными по вычислительным затратам, чем описанный выше.

Как отмечено выше, индекс k (или k_r) при номерах (иди индексах) альтернатив ЭП m никакой информации не несет и ниже в ряде случаев опущен; его использование вызвано необходимостью нумерации PC, отобранных при выполнении операции 5 на каждом такте работы системы.

По поводу запоминания сочетаний индексов m_kr и m_kr-1 (согласно тексту предыдущего абзаца, здесь несущими информацию являются индексы m и r). Каждому сочетанию индексов m_kr и m_kr-1, зафиксированных на r-м такте, соответствует сочетание (поэлементных) решений о том, что на r-1-м такте принята, возможно, m_r-1-я альтернатива ЭП, а на r-м такте - также, возможно, m_r-1-я альтернатива ЭП (таких возможных или допустимых альтернатив ЭП на каждом r-м такте имеется K_r). Индексы m_k,r и m_k,r-1 считаются относящимися к указанному их сочетанию, если индекс m_k,r выработан на основе той PC, которая сформирована на r-м такте с использованием входящей в процедуру (6) реализации

, в расчете которой по формуле (4) использована реалиция

, в свою очередь вычисленная по формуле (3) применительно к индексу

при сигнале

, совпадающему с индексом m_k,r-1 (другими словами, индексы m_k,r и m_k,r-1 считаются относящимися к из сочетанию, если индекс m_k,r выработан или сформирован в итоге совокупности операций, в которой использована реализация остаточной компоненты ИП, вычисленная применительно к ЭП с индексом m_k,r-1).

Каждая пара индексов ЭП m_r-1 и m_r характеризует фрагмент последовательности ЭП в сообщении (в теории алгоритма Витерби каждая возможная последовательность ЭП всего сообщения именуется траекторией [7]; в связи с этим можно также говорить, что указанная пара индексов характеризует фрагмент траектории).

В итоге выполнения операции 5 зафиксированы (запомнены) K_r пар индексов m_kr-1 и m_kr; фиксация каждой такой пары индексов означает, что возможная альтернатива фрагмента последовательность ЭП всего сообщения (этот фрагмент представляет собой подпоследовательность, состоящую из двух ЭП) содержит альтернативы ЭП, характеризуемые этими 2 индексами.

Операция 5 (как и операции 2…4) реализуется на каждом такте работы способа. В связи с этим в итоге ее выполнения, например, на r-1-м такте зафиксированы (запомнены) K_r-1 пар индексов m_kr-2 и m_kr-1, что и отражено в названии этой операции в описании (см. приведенный выше перечень обозначений на фиг. 1) и фиг. 1, где в скобках оговорено формирование K_r-1 PC поэлементного приема. В формуле изобретения эта оговорка опущена.

На каждом r-м такте информация об отобранных K_r PC формируется на левом выходе показанного на фиг. 1 элемента способа, реализующего операцию 5, а информация об отобранных K_r-1 PC - на правом его выходе.

Операция 6 (формирование массива PC приема в целом) реализуется следующим образом. Вначале на базе сформированных в итоге выполнения операции 5 на всей совокупности R тактов ИВПС пар индексов (номеров альтернатив ЭП) m_kr-1 и m_kr при r=1…R определяется совокупность возможных последовательностей ЭП в сообщении и этим возможным последовательностям ЭП присваиваются индексы их номеров i. Здесь имеются в виду апостериорно возможные (т.е. ожидаемые или с учетом результатов произведенных операций анализа сигнала на ИВПС). Каждая из возможных последовательностей ЭП в сообщении определяется путем сопоставления выработанных на R тактах совокупностей указанных пар индексов и выбора тех последовательностей ЭП, каждая из которых, начинаясь на r=1-м такте, завершается на r=R-M.

Правило определения совокупности возможных последовательностей ЭП следующее. Пусть, например, на r-1-м такте сформированы пары индексов m_kr-2 и m_kr-1, а на r-м такте - пары индексов m_kr-1 и m_kr. Если при этом сформированный r-1-м такте индекс m_kr-1 не совпадает ни с одним из индексов m_kr-1, сформированных на r-м такте, то последовательность ЭП, фрагмент которой включал альтернативу ЭП, индекс которой на r-1-м такте был определен как m_kr-1, из дальнейшего рассмотрения исключается (т.е. по аналогии с терминологией теории алгоритма Витерби [5], соответствующая траектория выжившей не является).

Если сформированный r-1-м такте индекс m_kr-1 совпадает с одним из индексов m_kr-1, сформированных на r-м такте, то возможная последовательность ЭП, фрагмент которой включал альтернативу ЭП, индекс которой на r-1-м такте был определен как m_kr-1, считается продолженной на r-й такт. При этом за ней (т.е. этой последовательностью) сохраняется тот номер или индекс i, под которым она была ранее продолжена на r-1-й такт за счет совпадения сформированного r-2-м такте индекса m_kr-2 с индексом m_kr-2, сформированным r-1-м такте. При этом вычисленные на r-1-м и r-м тактах PC поэлементного приема, соответствующие указанным совпавшим индексам альтернатив ЭП, считаются соответствующими указанной продолженной на r-й такт возможной последовательности ЭП или входящими в нее.

Если сформированный r-1-м такте индекс m_kr-1 совпадает с более чем одним (т.е. с

>1) из индексов m_kr-1, сформированных на r-м такте, то реализуется увеличение имевшего место до констатации указанного совпадения индексов количества возможных последовательностей ЭП на

-1, т.е. формирование

-1 новых таких последовательностей с соответствующей их нумерацией. В остальном при

>1 выполняются те же процедуры (только

-кратно), что и в ситуации, рассмотренной в предыдущем абзаце.

Вычисленной на r-м такте PC поэлементного приема, соответствующей ЭП, входящей в состав i-й возможной последовательности ЭП, присваивается обозначение z_ri. Описанная процедура определения совокупности возможных последовательностей ЭП принципиально практически совпадает с аналогичной процедурой, выполняемой в обеспечение вычисления формирования массива PC приема в целом в прототипе. Единственной особенностью этой процедуры в заявляемом способе является то, что в итоге выполнения операции 5 на каждом r-м такте (эта процедура выполняется именно над результатами выполнения операции 5 на совокупности R тактов) ряд последовательностей ЭП из рассмотрения исключаются (удаляется), т.е. (в упомянутой терминологии теории алгоритма Витерби [7]) выжившими на каждом r-м такте являются не более чем Kr траекторий (гипотез последовательностей ЭП в сообщении). В итоге выполнения указанной процедуры (первой фазы операции 6) сформированы массивы PC z_ri. Общее количество возможных последовательностей ЭП (оно далее обозначено как I) случайно.

Собственно формирование массива PC приема в целом {Z_i} осуществляется путем проведения расчетов по формуле

Операция 7 (принятие решение о верности одной из гипотез последовательности ЭП) выполняется путем сравнения между собой всех значений PC приема в целом Z_i и определения оценки

индекса (номера) истинной гипотезы последовательности ЭП в принятом сообщении по формуле

т.е. как номера (индекса)

той гипотезы, которой соответствует PC приема в целом Z_i наибольшего уровня.

Заявляемый способ в динамике работает следующим образом. На заранее известном интервале времени прихода испытательного импульса осуществляется оценивание ИРК (интервал времени его приема - r=0-й такт работы системы связи (в части приема)). На с учетом результата оценивания ИРК на всех R тактах приема сообщения выполняются операции формирование остаточной компоненты ИП и вычисление массива PC поэлементного приема.

Далее приходит первая из последовательности ЭП (интервал времени ее приема - r=1-й такт). На этом такте осуществляется формирование остаточной компоненты ИП (ее реализация на этом такте является единственной) без учета результатов отбора наибольших по уровню PC поэлементного приема, поскольку ОСР на этом такте является излишней в силу того, что альтернатива ЭП, принятой на r-1=0-м такте (т.е. испытательный импульс) известна заранее. Далее на основе результатов формирования остаточной компоненты ИП последовательно выполняются операции 3…5.

При приходе второй и каждой из последующих ЭП все операции 2…5 в указанной последовательности повторяются, причем в этом случае на каждом r-м такте формирование остаточной компоненты ИП реализуется многократно (а именно K_r-1-кратно); при этом также K_r-1-кратно реализуются и операции 2…4.

По окончании приема сообщения (ИВПС для простоты полагается априорно известным) реализуется операция формирования массива PC приема в целом и после нее операция принятия решение о верности одной из гипотез последовательности ЭП.

При реализации заявляемого способа под сообщением может подразумеваться фактически фрагмент заранее определенной (заданной) длины некоторого относительно большого сообщения. При этом все это относительно большое сообщение дробится на фрагменты, и каждый из них принимается в целом, т.е. при понимании в этом случае каждого целого как совокупности ЭП, составляющих каждый такой относительно короткий фрагмент. В обеспечение при этом эффективного приема ЭП, находящихся на концах фрагментов эти фрагменты либо должны на нескольких ЭП накладываться (пересекаться), либо каждый фрагмент должен начинаться с испытательного импульса.

Технический эффект в заявляемом способе достигается главным образом за счет того, что в процессе его реализации осуществляется формирование PC поэлементного приема, что позволяет предотвратить лавинообразное размножение возможных вариантов последовательностей ЭП в сообщении (имеющее место в прототипе) путем ограничения сверху количества рассматриваемых далее PC поэлементного приема на каждом r-м такте сравнительно малой (в сравнении с количеством альтернатив ЭП М) величиной Kr.

Все операции заявляемого способа реализуются универсальными программируемыми микропроцессорами. Возможно совмещение реализации нескольких операций способа в одном микропроцессоре.

Заявляемый способ, как и прототип, рассчитан на использование в синхронной системе связи. В такой системе на приемном конце известны моменты начала прихода каждой ЭП. Принципиально возможен, например, вариант работы передатчика и приемника в системе единого времени. При этом, что касается синхронизации работы устройств, реализующих операции обработки сигналов на приемном конце, то время распространения сигнала от передатчика до приемника известно, а в состав аппаратуры, реализующей операции приема, входит таймер, выдающий (генерирующий) синхросигналы, управляющие выполнением всех реализуемых при приеме операций. Первый из этих синхросигналов генерируется в момент начала прихода испытательного импульса (его переднего фронта). Далее через тривиально определяемые интервалы времени (после указанного момента прихода испытательного импульса) генерируются прочие синхросигналы.

Совокупность операций синхронизации в состав заявляемого объекта не включена, поскольку подавляющее большинство систем цифровой (дискретной) связи являются синхронными, а особенности заявляемого объекта с какой-либо спецификой указанной совокупности операций не связаны.

Возможны следующие усовершенствования описанного выше варианта заявляемого способа. Все они должны рассматриваться как эквиваленты описанного выше варианта этого заявляемого способа.

Во-первых, как и прототип, описанный выше вариант заявляемого способа рассчитан на то, что ИРК стабильна на интервале всего сообщения, и операция ее оценивания при приеме сообщения реализуется однократно (или, возможно, сравнительно редко при также сравнительно редком повторении передачи испытательных импульсов). При интервале же стабильности ИРК, соизмеримом с длительностью ЭП (несколько большем ее) возникает необходимость повторения выполнения операции оценивания ИРК (практически) на каждом такте работы системы связи. В последней ситуации реализация прототипа (и так вычислительно чрезвычайно сложного) дополнительно многократно усложняется. В заявляемом же способе в рассматриваемой ситуации реализуется оценивание ИРК на каждом такте работы. При этом после отбора на каждом такте Kr наибольших по уровню PC поэлементного приема (операция 5) каждая из соответствующих этим PC альтернатива ЭП используется в качестве испытательного импульса, по которому реализуется оценивание ИРК. Получаемые на каждом r-м такте оценки ИРК используются для выполнения совокупности операций анализа принимаемого сообщения на r+1-м такте.

Во-вторых, операция отбора Kr наибольших по уровню PC поэлементного приема может быть заменена операцией отбора Kr наибольших по уровню текущих PC приема в целом; при этом текущие PC приема в целом формируются так же, как и PC приема в целом (не являющиеся текущими), но по совокупности PC поэлементного приема, сформированных до текущего r-го такта включительно (или на скользящем интервале, включающем выбранное количество тактов).

В-третьих, операция 7 (принятие решение о верности одной из гипотез последовательности ЭП) может выполняться над PC приема в целом, сформированным повторно при компенсации всех (в том числе и сопровождающих) компонент ИП. При этом формированию указанных PC приема в целом предшествует, в частности, операция 3 (компенсация каждого из результатов формирования реализаций указанной компоненты ИП), уточняемая (в сравнении с выражением (4)) как

т.е. она выполняется раздельно для каждой i-й возможной последовательности ЭП; реализация сопровождающей компоненты ИП определяется (по аналогии с (3)) как

Прочие операции (т.е. операции 4…7) в этом варианте реализации способа выполняются без изменений.

Если версия способа, отраженная в формуле изобретения, предполагает хранение PC поэлементного приема, выбранных на всех R тактах ИВПС, то данная версия способа предполагает хранение принимаемой на всем ИВПС реализации сигнала.

В-четвертых, при реализации операции 4 (вычисление массива PC поэлементного приема) с использованием варианта устройства, предусматривающего (вместо вычислений по формулам (5) и (6)) вначале накопление лучей, а затем вычисление взаимной корреляции результата накопления с опорной функцией, совпадающей с каждой m-й альтернативой ЭП (см., например, [8, 9]) имеет место негативный эффект внутрисимвольной интерференции (ВСИ), обусловленный временным наложением одной и той же ЭП, принимаемой по разным лучам. В этом случае наряду с компенсаций компонент ИП в соответствии с соотношением (4а) при чтении ЭП (в смеси с помехами), принятой в каждом

-м луче, также реализуется и компенсация ВСИ посредством вычитания из реализации указанной ЭП компоненты ИП, обусловленной ВСИ, вычисляемой как

где запись пределов суммирования означает, что сумма вычисляется по всем значениям индекса

кроме

.

Как отмечено выше, все эти варианты развития заявляемого способа основаны на технических решениях, которым соответствуют признаки, отраженные в формуле настоящего изобретения и поэтому должны рассматриваться как эквиваленты описанного выше варианта (своего рода канонического варианта) этого заявляемого способа.

Использованные источники

1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М: Сов. радио. 1970. - 728 с.: ил.

2. Кловский Д.Д., Широков С.М. Способ оптимального приема дискретных сообщений в целом. А.С. СССР №930696.

3. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. - М.: Радио и связь. 1999. - 432 с.: ил.

4. Алышев Ю.В., Борисенков А.В., Кловский Д.Д., Николаев Б.И. Цифровая обработка сигналов при мягком декодировании в каналах с многолучевостью и перемежением кодовых символов // 4-я Международная конференция DSPA-2002 (http://www.autex.spb.ru/download/dsp/dspa/dspa2002/tom1_03.pdf).

5. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. - М.: Радио и связь. 1982. - 304 с.: ил.

6. Голубев А.Г. «Устройство для декодирования дискретных сигналов, распространяющихся в многолучевом канале». Пат. РФ №2560102.

7. Сергиенко А.Б. Цифровая связь. Учебное пособие. - СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012, 164 с.: ил.

8. Голубев А.Г. «Устройство для декодирования дискретных сигналов, распространяющихся в многолучевом канале». Пат. РФ №2560102.

9. Кранц В.З., Сечин В.В. Использование информационных символов для синхронизации системы связи со сложными сигналами // Гидроакустика. Вып. №15, 2012. С. 36-41.

Claims

Способ приема цифрового сообщения в целом в условиях многолучевого распространения, в соответствии с которым по испытательному импульсу, наблюдаемому (в смеси с фоновым шумом) на заранее известном фрагменте интервала времени приема сообщения (ИВПС), осуществляют оценивание импульсной реакции канала (ИРК), по реализации сигнала, наблюдаемой на каждом r-м такте ИВПС, применительно к совокупности альтернатив последовательности элементарных посылок (ЭП), принятых до этого r-го такта, с учетом результата оценивания ИРК и вычисленного на r-1-м такте массива решающих статистик (PC) поэлементного приема формируют соответствующий этим альтернативам массив реализаций остаточной компоненты интерференционной помехи (ИП), на каждом r-м такте ИВПС осуществляют компенсацию в реализации сигнала, наблюдаемой на этом такте, отдельно каждого из результатов формирования реализаций остаточной компоненты ИП, на каждом r-м такте ИВПС по сформированным на этом такте результатам компенсации остаточной компоненты ИП вычисляют массив PC поэлементного приема путем суммирования каждого из сочетаний PC поэлементного приема, сформированных на всех N тактах работы системы связи, формируют массив PC приема в целом, решение о верности одной из гипотез последовательности ЭП в сообщении принимают на основе анализа массива PC приема в целом, отличающийся тем, что каждую из указанных PC поэлементного приема вычисляют как величину корреляции между каждым сформированным на r-м такте ИВПС результатом компенсации остаточной компоненты ИП и опорной функцией, совпадающей с соответствующей альтернативой принимаемой на этом такте ЭП, из вычисляемых на каждом r-м такте указанных PC поэлементного приема для последующего формирования на r+1-м такте массива реализаций остаточной компоненты ИП и массива PC приема в целом отбирают K_r PC поэлементного приема, являющихся наибольшими по уровню, а анализ совокупности PC приема в целом, на основе которого принимается решение, производят путем определения той последовательности альтернатив ЭП всего сообщения, которой соответствует максимальная из указанных PC приема в целом.