способ регистрации единичного элемента с использованием методов нечеткой логики

Формула изобретения

Способ регистрации единичного элемента (ЕЭ) в условиях отсутствия априорной вероятностной и статистической информации о состоянии ЕЭ при наличии краевых искажений и дроблениях ЕЭ, заключающийся в том, что сканируются длительности ЕЭ и в дальнейшем анализируются отсчеты в дискретные моменты времени, отличающийся тем, что полученные отсчеты соотносятся с функциями принадлежности, характеризующими «хороший» прием логической «1» или логического «0»; осуществляется процедура решения нечеткого интеграла, после чего принимается решение о приеме логических «1» или нуля «0» по заданному правилу; вводится зона неопределенной регистрации, при попадании в которую выносится решение о приеме сигнала «стирание».

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи, в частности к устройствам, предназначенным для принятия решения о значении полученного дискретного двоичного сигнала.

Известен способ принятия решения о значении полученного двоичного сигнала по одному отсчету - метод стробирования (Теория передачи сигналов: Учебник для вузов / А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М.Финк. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1986. - 304 с.). Суть метода заключается в том, что значение единичного элемента проверяется в момент времени, наименее подверженный искажениям, т.е. в середине длительности единичного элемента путем подачи стробирующего импульса.

Недостатком этого способа является низкая помехозащищенность и относительно большая вероятность ошибки при наличии искажений в виде дробления сигнала или наличия импульсной помехи.

Известен способ принятия решения о значении полученного двоичного сигнала на основе метода многократных отсчетов - метод синхронного дискретного накопления (В.А.Котельников. Теория потенциальной помехоустойчивости. - М., Госэнергоиздат, 1956. - 152 с.). Суть метода заключается в том, что для повышения помехоустойчивости приема двоичных импульсов решение о переданном символе принимается не по одному отсчету на длительности единичного импульса, а по нескольким, в общем случае по n некоррелированным отсчетам. Применение метода многократных отсчетов позволяет по сравнению с принятием решения по одному отсчету увеличить отношение сигнал/шум в n раз.

Недостатком этого способа является необходимость увеличения длительности элемента сигнала в n раз, что, в свою очередь, приводит к снижению скорости передачи сообщений также в n раз по сравнению с вариантом принятия решения по одному отсчету.

Известен способ принятия решения на основе интегрального метода (В.А.Котельников. Теория потенциальной помехоустойчивости. - М., Госэнергоиздат, 1956. - 152 с.). В данном методе регистрация осуществляется в результате анализа процесса интегрирования в течение длительности его интервала ₀, который подвергся дроблению. Интегральный метод реализуется путем непрерывного интегрирования (аналоговое интегрирование) или дискретного сканирования отсчетами длительности ₀ и дальнейшего их суммирования.

Недостатком такого способа является недостаточный уровень защиты от краевых искажений и большого количества импульсных помех.

Существует способ приема сигналов с минимальной частотной модуляцией с учетом корреляционной связи между символами. При данном способе формируют первый и второй элементарные сигналы, соответствующие передаваемым логическим символам «0» и «1», формируют суммарный опорный сигнал, определяют значение суммарной корреляционной метрики входного сигнала, сравнивают значение суммарной корреляционной метрики с нулем и запоминают результат сравнения. Далее сравнивают между собой два последовательно полученных результата сравнения и принимают решение о приеме логического символа «0», если указанные результаты сравнения совпадают, либо решение о приеме логического символа «1», если указанные результаты сравнения не совпадают (патент РФ № 2303855, кл. H04L 27/00, 2006).

Недостатком этого метода является высокая вероятность ошибки принятия решения принятого сигнала логического «0» или «1» при оценке корреляционной метрики в момент фиксации длительности k-го (k+1) символа из-за краевых и (или) импульсных помех.

Наиболее близким является способ распознавания сигналов со стиранием в качестве контроля качества приема (Шувалов В.П. Прием сигналов с оценкой их качества.- М.: Связь, 1979. - 240 с.). Суть способа заключается в том, что сигнал после усиления и ограничения представляется в виде последовательности импульсов положительной и отрицательной полярности, которая полностью характеризуется расстояниями между моментами переходов данных импульсов через ноль. Сравнивая эти расстояния, принимается решение о значении принятого сигнала логический «0» или логическая «1», либо выдается сигнал «стирание» при оценке качества принятого сигнала ниже заданного.

Недостатком данного способа является существенная потеря информации о принятом символе (о форме сигнала) при регистрации единичного элемента (ЕЭ) после порогового устройства (ПУ), что приводит к увеличению вероятности ложных стираний. Такая ситуация может возникнуть из-за неоднозначности определения (или необоснованном выборе) уровня порога срабатывания порогового устройства как при краевых искажениях, так и при дроблениях ЕЭ (фиг.1, 2).

В связи с этим предлагается производить регистрацию ЕЭ до ПУ, используя метод сканирования длительности ₀ ЕЭ и дальнейшего анализа отсчетов u( _i) в дискретные моменты времени _i. Однако решение данной задачи усложняется ввиду отсутствия априорной вероятностной и статистической информации о состоянии ЕЭ за время ₀ при приеме сигнала. Поэтому в дальнейшем для решения задачи регистрации ЕЭ используется математический аппарат теории нечетких множеств.

Целью изобретения является создание способа регистрации ЕЭ, повышающего достоверность работы устройств, которые принимают решение о регистрации ЕЭ в условиях отсутствия априорной вероятностной и статистической информации о состоянии ЕЭ при наличии краевых искажений и дроблениях ЕЭ.

Указанная цель достигается применением в предлагаемом изобретении способа сканирования длительности ЕЭ и дальнейшего анализа отсчетов в дискретные моменты времени, отличающегося тем, что полученные отсчеты соотносятся с функциями принадлежности, характеризующими «хороший» прием логической «1» или логического «0»; осуществляется процедура решения нечеткого интеграла, после чего принимается решение о приеме двоичной единицы «1» или нуля «0». Также вводится зона неопределенной регистрации (ЗНПР), при попадании в которую выносится решение о приеме сигнала «стирание».

При осуществлении предлагаемого способа регистрации двоичных ЕЭ выполняют следующие операции:

1. Осуществляется дискретизация принятого сигнала u(t) в интервале длительности единичного элемента ₀ через дискретные моменты времени _i, i=0, 1, 2, 3, , n (где n - количество отсчетов на интервале ₀ ЕЭ). Априорно задается шкала нечеткой плотности распределения моментов времени отсчетов g( _i).

2. Отсчеты u( _k), k=1, 2, 3, , n-1, соотносятся с априорной оценочной шкалой по правилу:

для решения о приеме логической «1» -

для решения о приеме логического «0» -

где - терм множеств, который характеризуется функцией принадлежности µ_Gq(u).

3. На основании экспертной оценки формируются функции принадлежности (фиг.3) µ _Gq(1)(u) и µ_Gq(0)(u), соответствующие «хорошему приему 1» и «хорошему приему 0» соответственно.

4. Выполняются процедуры свертки путем решения нечетких интегралов по правилам

5. Для увеличения достоверности приема ЕЭ на границе раздела принятия решения учитывается наличие зоны неопределенной регистрации (ЗНПР) (фиг.3) и вводится сигнал «стирание». Область ЗНПР также является нечетким множеством D_З (u):

где Supp[·] - означает носитель множества или четкое множество.

6. Принимается решение о регистрации ЕЭ по правилу

где - знак эквивалентности.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить достоверность принятия решения о регистрации ЕЭ или вынести решение о плохом качестве принятого сигнала в условиях наличиях краевых искажений принятого сигнала или дроблений.