63152 (Системи документального електрозв’язку), страница 2

Тема розділу: Адаптивні системи передачі.

Лекція 2. Класифікація. Алгоритмічний опис. Системи з інформаційним зворотнім зв’язком

Зворотнім зв’язком можуть бути охоплені різні частини системи:

Рис.1

1. канал зв’язку, при цьому по ЗК передають відомості про приймальний сигнал до прийняття якогось рішення;

2. дискретний канал, при цьому по зворотньому каналу зв’язку передаються рішення, прийняті першою вирішувальною системою РС1 на основі аналізу одиничних елементів сигналу;

3. канал ПД, при цьому по ЗК передаються рішення, прийняті другою РС2 на основі кодових комбінацій.

В першому випадку для контролю каналу зв’язку такі пристрої: детектори якості, які аналізують ті чи інші параметри сигналу, який приймається (амплітуду, частоту, довжина) або рівень перешкод. При цьому по ЗК можуть передаватись команди на зміну параметрів сигналів, які передаються: потужності, спектрального складу, темпа передачі, збитковості коду. На передаючій стороні повинні бути передбачені відповідні органи дії на джерела сигналів: регулятори потужності, коректори, кодоперетворювачі, які керуються сигналами, які поступають по ЗК.

В 2-му випадку в якості аналізатора можуть використовуватися детектори якості, які контролюють амплітуду, або крайові спотворення сигналу після демодуляції, або і те і інше.

В 3-му випадку в якості аналізатора використовується сам декодер каналу, який приймає рішення про наявність або відсутність помилок в прийнятих кодових комбінаціях. Із викладеного вище витікає, що системи з ЗЗ є адаптивними: темп передачі інформації по каналах зв’язку автоматично переводиться у відповідність до конкретних умов проходження сигналів по дискретним каналам зв’язку.

Сучасні телекомунікаційні системи використовують при передачі інформації не одиничні кодові комбінації, а інформаційні пакети, блоки, або так звані кадри , які для підвищення вірності закриваються перевірочними бітами згідно правил завадостійкого коду, який тут використовується.

Системи зв’язку з зворотнім зв’язком можна класифікувати по типу зворотнього зв’язку, засобу кодування, методу перевірки прийнятих сигналів, величині коефіцієнта повторення, ємності пам’яті вирішувального пристрою і способу повторення робочих сигналів. В залежності від того, де приймається рішення – на передаючій чи на приймальній стороні – розділяють адаптивні системи ПД з інформаційним зворотним зв’язком, вирішувальним (ВЗЗ) і комбінованим ЗЗ.

Рис. 2

В системах з ІЗЗ рішення виробляється на передаючій стороні, для чого по зворотному каналу посилається квитанція сигналу , прийнятого в прямому каналі. Вирішувальний пристрій порівнює отриману квитанцію з фактично переданим сигналом , при їх співпаданні (r = 1) спеціальною командою підтверджується правильність прийому і потім передається наступний робочий сигнал. При не співпаданні (r 1) посилається команда, яка не підтверджує правильний прийом і сигнал повторюється.

Системи з ІЗЗ дозволяють одержати високу якість зв’язку при малі збитковості передачі ( мале), якщо рівень перешкод в зворотньому каналі низький. В протилежному випадку створення квитанції даже при безпомилковому прийомі робочих сигналів робочих сигналів буде визивати дублювання повідомлень. Крім цього в зворотному каналі можливі створення типу "зсуву" (дзеркальні помилки), коли спотворена квитанція відповідає неспотвореним робочим сигналам, що викликає помилкову команду підтвердження. Ці особливості системи ПД з ІЗЗ понижують їх технічні показники порівняно з другими системами зі зворотніми каналами. Їх називають ретрансляційними, є повні і укорочені.

Рис. 3

В системах ПД з ВЗЗ рішення виробляється на приймальній стороні і по зворотньому каналу посилається не квитанція, а команда запиту на повторення (прийнятий сигнал визнано недостовірним), або на передачу наступної команди (прийнятий сигнал визнано достовірним). Такі системи характеризуються значно меншою загрузкою зворотнього каналу, по якому потрібно посилати тільки два сигнали – "перезапит" і "підтвердження". Це полегшує здійснювати режим роботи систем ВЗЗ по навчальним дуплексним каналам при відносно не великому ускладненню обладнання.

В системах ПД з комбінованим ЗЗ в залежності від ступеню створення сигналів рішення може прийматись на обох сторонах, при цьому прийомний вирішувальний пристрій відкидає найменш достовірні сигнали і вимагає їх повторення, а на решту сигналів відсилає квитанцію і рішення про їх достовірність виноситься прийомним вирішувальним пристроєм.

Дуплексні системи з ВЗЗ мають змінну збитковість, яка залежить від характеру перешкод і дозволяє застосувати виявляючі коди, що підвищує середню швидкість передачі інформації, крім цього, системи ПД з ВЗЗ більш ефективні при групуванні помилок в дискретному каналі.

По засобу дублювання виявлених кодограм адаптивні системи з ЗЗ діляться на системи з адресним та безадресним повторенням. В першому випадку повторюються тільки ті елементи повідомлення, де була виявлена помилка. Для цього система повинна мати накопичувач великої ємності, який допускає довільний вибір інформації. Такий метод не отримав широкого розповсюдження. При безадресному повторенні – дублюються N елементів – від викривленого до останнього елемента повідомлення. Такий режим називають "часовим запитом".

Системи з ЗЗ діляться на системи з обмеженим числом повторювань та з необмеженим числом.

В системах з обмеженим – кожна кодова комбінація може повторюватися більше n разів, а в системах з необмеженим числом повторень передача комбінації повторюється до тих пір, поки приймач чи передавач не прийме рішення про видачу цієї комбінації одержувачу. В системах з ЗЗ час передачі повідомлення не залишається постійним і буде залежати від стану каналу зв’язку.

Наявність помилок в ЗК приводить до того, що в системах з ВЗЗ виникають специфічні втрати вірності, а саме поява лишніх кодових комбінацій – вставок та пропадання кодових комбінацій – випадання.

Вставки виникають тоді, коли приймач посилає сигнал рішення про правильність кодової комбінації, а в ЗК він трансформується в сигнал "перезапит". В цьому випадку передавач повторює попередню кодову комбінацію, а приймач сприймає її як наступну, тобто одержувачу одна і та ж КК відсилається двічі. Випадання з’являється тоді, коли вироблений приймачем сигнал перезапиту в ЗК трансформується в сигнал підтвердження правильності прийому. В цьому випадку передавач передає наступну кодову комбінацію, а попередня стирається приймачем і до одержувача не поступає.

Канали зв’язку організовуються за допомогою ЧРК, ВРК, або структурного методу розділення (для сигналу перезапиту використовується спеціальна кодова комбінація).

Найбільше застосування мають системи з ВЗЗ, а саме системи з очікуванням сигналу ЗЗ, з безперервною передачею і блокуванням приймача та з адресним повторенням.

Системи з очікуванням – після передачі КК завжди очікують будь-якого сигналу ЗЗ – підтвердження чи запиту. Після сигналу підтвердження система передає наступну КК. а при отриманні сигналу "запит" блокує передачу наступної кодової комбінації і передає повторно попередню КК. Передачу наступної КК система починає тільки після отримання сигналу підтвердження по раніше перезапитаній КК.

Система з адресним повторенням відрізняється тим, що КК з помилками помічаються умовними номерами відповідно з якими передавач здійснює повторну передачу тільки цих комбінацій.

Порівняння систем ВЗЗ та ІЗЗ. Нехай в двох системах використовується завадостійкий код (n,k). Якщо канали прямого зворотнього напрямків передачі однакові і помилки в них незалежні, то ймовірності однакової трансформації перевірочних розрядів в двох каналів в двох каналах однакові. Тому виявляюча спроможність коду не залежить від того, де відбувається порівняння перевірочних розрядів: на передаючій (в системі з ІЗЗ) або на приймальній (в системі з ВЗЗ) стороні системи.

Це означає, що при рівній завадостійкості прямого і зворотнього каналів і при умові безпомилкової передачі службових сигналів системи з ІЗЗ та ВЗЗ забезпечують однакову вірність передачі. Тобто середнє число повторних передач співпадає.

Середня швидкість передачі повідомлень по прямому каналу в системі з ВЗЗ менше, ніж в системі з ІЗЗ, оскільки в перших з корисним блоком довжиною К додатково передається n-k перевірочних символів.

Якщо завадостійкість ЗК вище, ніж прямого, то вірність передавання в системах з ІЗЗ також вище, ніж в системах з ВЗЗ.

Порівняння систем передачі по швидкості. порівняння СПД із використанням завадостійких коригуючих кодів (ЗКК) і систем з вирішальним зворотним зв'язком (ВЗЗ) здійснюється по відношенню до раніше розглянутого циклічного коду (з довжиною базових кодових слів n та довжиною іх інформаційної частки m_k чи m).

1. Для систем, що використовують завадостійкий коригуючий код (ЗКК), швидкість передачі визначається відносною швидкістю коду R_k, тобто

R_k, = m_k/n,

де n — загальне, а m_k— число інформаційних символів у базовому кодовому слові (БКС).

Дане співвідношення справедливе, поки тривалість і інтенсивність завад s такі, що виникаюча при цьому в інформації помилка не перевищує коригувальних можливостей обраного коду, для умов, коли коригуючий код обраний з умови виправлення однієї групової помилки (пакета помилок) заданої довжини в межах одного БКС. Це можливо поки граничне значення інтенсивності завад:

s_г ≤ 1/t_c,

де: t_c — час, необхідний для передачі БКС;

s_г — граничне значення інтенсивності завад, що приводять до пакетів помилок, число яких не перевищує одного пакета на БКС.

Час t_c, необхідний для передачі БКС, визначається з виразу:

t_c = n/В,

де: В — швидкість передачі даних.

2. Для ВЗЗ з очікуванням

R_оч = (m/n)∙ (1 – (s/∙ t_с)∙ (t_с + t_оч)².

Граничне значення інтенсивності завад

s_гоч = t_с/∙ (t_с + t_оч)².

В цих виразах t_оч — час очікування, який знаходиться з виразу:

t_оч = 2 t_р + t_п + t_q + t_ас,

де t_р —час поширення сигналу від передавача до приймача t_р = Д/V_с,
Д — максимальна відстань передачі (довжина лінії передачі сигналу), V_с— швидкість передачі сигналу в середовищі поширення;

t_q — час декодування (пошуку наявності помилки) прийнятого повідомлення (прийняти таким, що дорівнює 0,2t_р);

t_п — час формування і видачі сигналів квитанцій про правільне чи неправільне приймання повідомлення (прийняти таким, що дорівнює 0,1t_р);

t_ас — час прийому й аналізу сигналів квитанцій (прийняти таким, що дорівнює 0,1t_р).

1. Для ВЗЗ з обміном блоками по q = λ R_нк = (m/n)∙ (1 – (s/∙ t_б)∙ (t_б + t_оч)²,

де t_б =N/B.

Граничне значення інтенсивності завад s_гнк = t_б/∙ (t_б + t_оч)².

5. Для ВЗЗ з поcлідовним (потоковим) методом передачі

R_пп = m∙ (N_п.max — s∙ t∙ γ) /(n∙ N_п.max) = (m/n)∙ (1 - s∙ t∙ (1 + t_оч/t_с)∙ t_с /t) = =(m/n)∙ (1 - s∙ (t_с + t_оч)).

Граничне значення інтенсивності завад s_гоч = t_с/∙ (t_с + t_оч).

6. Для ВЗЗ з адресним перезапитом комбінацій (вибірковою передачею) R_АПБ = (m/n)∙ (1 — s∙ t_с).

Граничне значення інтенсивності завад s_гапб = 1/ t_с .

приклад таких залежностей наведено на рис. 4.

Порівняння систем передачі по вірності передачі інформації. Вірність (цілісність) передачі інформації можна оцінити імовірністю одержання користувачем неспотвореної (скорегованої на прийомному боці) інформації. Очевидно така подія буде мати місце, якщо:

1. Порушення цілісності інформації (викривлення) виявлено. Імовірність Р_обн такої події: Р_обн = 1 — 2^{—(n — m)}, Р_обнk = 1 — 2^{—(n — mk)}.