Розробка методики оптимізації параметрів блокових завадостійких кодів за критерієм максимуму середньої відносної швидкості

дипломная работа

РОЗДІЛ ПЕРШИЙ

Принципи роботи систем зі зворотнім вирішальним звязком

Системами передачі дискретної інформації зі зворотним звязком називають системи, у яких передавач із приймачем зєднані прямим і зворотним каналами звязку й передавач при введенні надмірності використовує інформацію про стан прямого каналу, одержувану по каналу зворотного звязку.

Класифікуються системи зі зворотним звязком по наступних ознаках.

По призначенню каналу зворотному звязка розрізняють:

1. Системи з вирішальної зворотним звязком (РІС), у яких приймач по сигналу, відповідному до комбінації з n елементів, ухвалює остаточне рішення на видачу комбінації в приймач інформації ПІ або на її стирання й перепопит. Формований у приймачі сигнал підтвердження приймання комбінацій або сигнал перепопиту передається по каналу зворотного звязку в передавач системи. Залежно від цього сигналу передавач або передає нову комбінацію, отриману від датчика інформації ДІ, або повторює раніше передану. Отже, основною особливістю систем ЗВЗ є те, що в них активна роль належить приймачу, а передавач лише управляється приймачем за допомогою сигналів, переданих по каналу зворотного звязку. Канал зворотного звязку використовується в цих системах для передачі рішень, прийнятих приймачем по комбінаціях, тому такий зворотній звязок і був названий вирішальним.

2. Системи з інформаційним зворотним звязком (ІЗЗ), у яких канал зворотного звязку використовується для передачі інформації про прийняту комбінацію або про стан каналу звязки. Інформація аналізується передавачем і за результатами аналізу ухвалюється рішення на повторення раніше переданих комбінацій або передачу нових комбінацій, одержуваних від ДІ. Після цього передавач передає службові сигнали про ухвалене рішення, а потім кодові комбінації.

3. Системи з комбінованим зворотним звязком, у яких рішення про повторну передачу або видачу комбінацій у ПІ може ухвалюватися й у приймачі й у передавачі системи, а канал зворотному звязка використовується як для передачі рішень, прийнятих приймачем системи, так і для передачі інформації про прийняту комбінацію або стан каналу звязки.

Системи зі зворотним звязком так само діляться на системи з обмеженим числом повторень (у системах ЗВЗ більш поширена назва «системи з обмеженим перепопитом») і з необмеженим числом повторень. У системах з обмеженим числом повторень кожна комбінація може повторюватися не більш r раз, а в системах з необмеженим числом доти, поки не буде ухвалене рішення про видачу цієї комбінації в приймач інформації.

Системи зі зворотним звязком, у яких використовується інформація, що втримується в забракованих комбінаціях, називаються системами з памяттю. Якщо ж забраковані комбінації відкидаються, то системи називають системами без памяті.

Залежно від способу передачі сигналу зворотному звязка розрізняють:

1. Системи зі спеціальним зворотним каналом.

2. Системи, у яких зворотний канал виділяється методами частотного поділу.

3. Системи, у яких зворотний канал виділяється методами тимчасового ущільнення.

4. Системи зі структурним поділом, у яких для передачі сигналу зворотного звязка (сигналу перепопиту в системах ЗВЗ) використовується спеціальна кодова комбінація, у приймачі будь-яка розвязна комбінація ( крім виділеної для сигналу зворотного звязку) дешифрується як сигнал підтвердження, а будь-яка недозволена комбінація - як сигнал перепопиту.

5. Системи зі структурно-тимчасовим поділом, у яких для передачі сигналів зворотному звязка (наприклад, перепопиту й підтвердження в системах РІС) виділяються спеціальні розряди серед ненадлишкових елементів комбінації коригувального коду й одночасно будь-яка недозволена комбінація, сприймається приймачем як сигнал перепопиту.

По типу дискретних каналів розрізняють системи, призначені для роботи з дуплексних каналів, і системи працюючі по напівдуплексних каналах.

По способу функціонування (алгоритму роботи) системи РІС діляться на наступні класи:

1. Системи з очікуванням сигналу зворотному звязка ( ЗВЗ-ОЧ). Основна особливість цих систем полягає в тому, що передавач, передавши nуелементну кодову комбінацію, або очікує сигнал зворотного звязку або повторює раніше передану комбінацію. Наступну комбінацію він може передавати лише після приймання сигналу підтвердження по раніше переданій комбінації.

Є два варіанти системи ЗВЗ-ОЧ. У першому варіанті ( РІСсОЖ1) спочатку проводиться однократна передача комбінацій; передача чергової або повторення раніше раніше переданої відбувається лише після приймання сигналу зворотному звязка. У другому варіанті (ЗВЗ-ОЧ) відразу проводиться iакратна передача комбінацій, а передача наступної комбінації або (i + 1)-я передача раніше переданої здійснюється після приймання відповідного сигналу зворотному звязка. Повторення триває доти, поки не буде прийнятий сигнал підтвердженняпо переданій комбінації.

2. Системи з нагромадженням правильно прийнятих комбінацій ( ЗВЗ-НК). У цих системах h комбінацій коригувального коду обєднані в підблоки, а i таких однакових підблоків становлять єдиний блок, переданий одночасно передавачем системи. Отже, кожна комбінація передається i раз із розносом у часі, обумовленим числом h.

У приймачі системи правильно прийняті комбінації накопичуються в накопичувачі й, якщо після приймання блоку хоча б одна з h комбінацій не буде прийнята, то формується сигнал перепопиту, єдиний на весь блок. Повторюється знову весь блок, а в приймачі системи із блоку відбираються комбінації, не прийняті при першій передачі. Перепопити проводяться доти, поки не будуть прийняті всі комбінації блоку. Після приймання всіх h комбінацій посилає сигнал підтвердження. Одержавши його, передавач передає наступний блок комбінацій. По числу i розрізняють варіанти системи ЗВЗ-НК 1, ..., ЗВЗ-НКi.

3. Системи з адресним перепопитом ( ЗВЗ-АП). Ці системи багато в чому аналогічні системам з нагромадженням, але на відміну від останніх приймач із формує й передає складний сигнал перепопиту, у якім вказуються умовні номери (адреси) неприйнятих приймачем комбінацій блоку. Відповідно до цього сигналу передавач повторює не весь блок, як у системі з нагромадженням, а лише неприйняті комбінації.

4. Системи з адресним перепопитом і переходом у режим нагромадження при великім числі неправильно прийнятих комбінацій у блоці (ЗВЗ-АП).

5. Системи з послідовною передачею кодових комбінацій ( ЗВЗ-ПП). Дані системи характеризуються тим, що їх передавач передає безперервну послідовність комбінацій, причому чергові комбінації передаються в канал при відсутності сигналів зворотному звязка по h попереднім комбінаціям. Відомі різні варіанти побудови систем (ЗВЗ-ПП), основними з яких є:

а) Системи зі зміною порядку проходження комбінацій ( ЗВЗ-ППзп). У цих системах приймач стирає лише комбінації, по яких вирішальним пристроєм ВП ухвалене рішення на стирання, і тільки по цих комбінаціях посилає на передавач сигнали перепопиту. Інші комбінації видаються в ПІ в міру їх вступу. Передавач повторює лише комбінації, по яких прийняті сигнали перепопиту, тому на прийманні порядок проходження комбінацій, що мав місце на виході ДІ, буде іншим.

б) Системи з відновленням порядку проходження комбінацій (ЗВЗ-ППвп). Від систем ЗВЗ-ППвп дані системи відрізняються лише тим, що приймач їх містить пристрій, що відновлює порядок проходження комбінацій.

в) Системи з тимчасовим ущільненням (ЗВЗ-ППту). Тут передавач по черзі передає комбінації з h послідовностей, причому число останніх вибирається так, щоб вчасно передачі комбінації на передавачі вже був прийнятий сигнал зворотної звязку раніше переданої комбінації цієї послідовності. Відповідно до прийнятого сигналу зворотного звязку здійснюється або повторення раніше переданої або передача чергової комбінації підпослідовності. Таким чином, порядок проходження комбінацій у кожній послідовності зберігається.

г) Системи із блокуванням приймача на час приймання h комбінацій після виявлення помилки й повторенням при перепопиті блоку з h комбінацій (ЗВЗ-ППбл). У приймачі після послу виявлення помилки в комбінації здійснюється блокування виходу на час приймання h комбінацій ( тобто стирається не одна комбінація, а блок з h комбінацій) і посилає сигнал перепопиту, після приймання якого передавач повторює блок з h останніх переданих комбінацій. Завдяки цьому, за рахунок деякого зниження швидкості передачі, досягається проста реалізація системи зі збереженням на виході порядку проходження комбінацій.

д) Системи з контролем заблокованих комбінацій ( ЗВЗ-ППкз). У відмінності від систем ЗВЗ-ППкз у цих системах після виявлення помилки в кодовій комбінації й передачі сигналу перепопиту проводиться контроль на наявність виявлених помилок h-1 комбінацій, що випливають за комбінацією з виявленою помилкою. У випадку виявлення хоча б однієї помилки серед цих h-1 комбінацій стирається наступний блок з h комбінацій і здійснюється перепопит. Видача ж комбінацій у ПІ починається лише після приймання блоку з h комбінацій, що не містять виявляємими помилки.

е) Системи з аналізом комбінацій методом ковзного блоку ( ЗВЗ-ППкб). Ці системи характеризуються тим, що в них для аналізу комбінацій застосований метод ковзного блоку, при якім комбінації видаються в ПІ в тому випадку, якщо правильно прийняті комбінації блоку, що полягає з h11 комбінацій, що передують аналізованої, самої аналізованої й h2 комбінацій, що випливають за аналізованою.

6. Системи з багатоступінчастим перепопитом ( ЗВЗ-БП). У цих системах передбачається як перепопитом комбінацій, так і перепопит блоків комбінацій, тобто є кілька щаблів перепопиту.

7. Системи, що використовують для передачі інформації кілька паралельних каналів (ЗВЗ-ПК).

Системи з інформаційним зворотним звязком по способу функціонування діляться на: системи з очікуванням ( ІЗЗ-ОЧ); системи з послідовною передачею ( ІЗЗ-ПП) і системи з адресним перепопитом ( ІЗЗ-АП).

Алгоритми роботи зазначених систем аналогічні алгоритмам відповідних систем РІС.

Тому що необхідність високого рівня вірогідності переданої інформації в сучасних системах часто ставиться до передачі даних в інформаційних мережах, то завадостійкість і захист від помилок можна розглядати на рівні ланки мережі.

Рівень ланки даних намагається забезпечити надійні дані для мережного рівня, так що, потрапляючи на цей рівень, дані будуть або правильними, або позначені як помилкові. Для виявлення помилок приймачу сигналу необхідно просто помітити, що вони були додані, а для прямого виправлення помилок існує додаткова вимога - потрібно визначити їхнє розташування в прийнятім повідомленні.

Проектувальник коду не може контролювати помилки, але в нього є можливість визначити код таким чином, щоб для більшості виникаючих помилок повідомлення можна було відновити по прийнятім кодовім слову. Розпізнавання можливо доти, поки повідомлення досить відрізняються друг від друга, а число помилок не занадто велике. Завдання формування кодових слів, що досить різняться, можна розвязати шляхом додавання до повідомлення надлишкової інформації.

Прикладом добавок такого роду є акустичний алфавіт, використовуваний при читанні слів по складам у радіоканалах. Багато чого букви (англійського) алфавіту, наприклад, B, C і D, мають дуже близьке звучання, яке можна переплутати при вимові по шумливому каналу. Щоб було легше відрізнити друг від друга букви алфавіту, в акустичному алфавіті для кожної букви використовують спеціальні кодові слова.

При проектуванні коду, що виправляє помилки, надмірність, яка додається у формі додаткових символів (у двійковому коді - це двійкові символи, або біти), слід використовувати з обережністю, щоб вона була ефективною. Зокрема, надмірність повинна робити схожі кодові слова більш різними.

Відмінність між кодовими словами можна представити у вигляді відстані між ними. Корекцію помилок слід виконувати шляхом перегляду відстаней від отриманого кодового слова до всіх можливих припустимих кодових слів, і вибору найближчого кодового слова. Якщо це зроблене, то помилки завжди можна виправити, якщо вони руйнують кодові слова на відстані, яка менше, чим половина відстані між двома найближчими кодовими словами, або можна виявити, якщо вони руйнують кодові слова на відстані, яка менше, чим мінімальна відстань між двома кодовими словами.

Математичним аналогом відстані є метрика. Найпростіший і найбільш загальною метрикою для бінарних сигналів є відстань Хемминга. Відстань Хемминга між двома бітовими потоками визначається вираженням a - b, де a і b - це так звані ваги цих бітових потоків, які визначаються числом їх ненульових компонентів.

Для організації двостороннього обміну даними одержала поширення напівдуплексної двосторонньої передачі даних. Специфіка напівдуплексної ПД полягає в необхідності періодичного перемикання станцій з режиму «передача» у режим «приймання» і навпаки. Інтервали часу цих перемикань повинні враховуватися при виборі довжин кодових блоків і пакетів, на які розбиваються дані що передаються.

Для поперемінного двостороннього обміну дискретною інформацією доцільно використовувати ефективні протоколи ПД із ЗВЗ і короткими циклами повторення даних при помилках - з адресним перепопитом блоків або комбінованим перепопитом коротких пакетів. У загальному випадку сеанс переносу інформації на канальному рівні радіомережі складається з фаз обміну даними ідентифікації абонентів, циклового фазування, передачі даних і завершення сеансу звязки. Окремі фази в деяких радіосистемах можуть бути відсутні. Такий протокол напівдуплексного обміну із застосуванням алгоритму захисту від помилок реалізований в апаратурі. При роботі системи ПД середня швидкість ПД визначається формулою

(1.6)

де

N - число блоків(k+r, k)-коду в пакеті даних(r - число перевірочних розрядів);

s - число службових розрядів ( з k інформаційних), використовуваних в алгоритмі перепопиту помилкових даних;

Nф - число розрядів у фазуючій послідовності (рекурентні);

z = T1B, T1 - час затримки, у який входить час перемикання станції з режиму «приймання» у режим «передача» (T2) і час затримки сигналу в лініях радіозвязку й трактах АПД, T1=T2+z1+z2; B - швидкість модуляції;

M[о] - математичне очікування числа передач фрагмента даних (його довжина визначається алгоритмом перепопиту) до приймання на нього сигналу «підтвердження».

Величина M[о] є функцією параметрів алгорітма захисту від помилок, завадостійкого (n, k)-коду і якості дискретних каналів (у прямому й зворотному напрямках). При фіксованім числі перевірочних розрядів r оптимальна з погляду максимуму середньої відносної швидкості ПД довжина інформаційної частини кодового блоку k0 перебуває з рівняння

(1.7)

Делись добром ;)