Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Устройство управления и тактирования задает необходимый ритм работы декодера. Во многих системах, кроме основного (прямого) канала, с помощью которого сообщение передается от источника к потребителю, имеется обратный канал для вспомогательных сообщений, которые позволяют улучшить качество передачи сообщений по прямому каналу. Наиболее распространены системы с обратной связью, в которых для обнаружения ошибок применяют избыточные коды.
Такие системы называются системами с решающей обратной связью, или системами с переспросом. В качестве кодов часто используют коды с проверкой на четность, простейшие итеративные коды, циклические коды и др. Они позволяют хорошо обнаруживать ошибки прн сравнительно небольшой избыточности и простой аппаратурной реализации. Передаваемое сообщение кодируется избыточным кодом.
Полученная комбинация передается потребителю и одновременно запоминается в накопителе-повторителе. Принятая последовательность символов декодируется с обнаружением ошибок. Если при этом ошибки не обнаружены, то сообщение поступает потребителю. В противном случае сообщение бракуется и по обратному каналу передается специальный сигнал переспроса По этому сигналу проводится повторная передача забракованной кодовой комбинации, которая извлекается из накопителя-повторителя. Можно показать, что если в обратном канале ошибки отсутствуют, то остаточная вероятность ошибочного приема кодовой комбинации имеет вид Р, = Р„,/(1 — Р, ), где Реа — вероятность необнаруженной ошибки (вероятность того, что переданная кодовая комбинация перешла в другую разрешенную); Реа — вероятность обнаружения ошибки (вероятность того, что вместо переданной 596 9.5.
Помехоуе~пойчивое кодирование и декодирование кодовой комбинации принята какая-либо запрещенная кодовая комбинация). Вероятности Рве и Рвв можно найти, если известны свойства канала и задан код. Соответственно, эквивалентная вероятность ошибки имеет вид Р, = Р„,1И(1 — Р, ), где к — число информационных символов в кодовой комбинации. Среднее число передач одного сообщения определяется следующим образом: Д„= 1/(1 — Рв,„5. Несмотря на то, что обратный канал можно сделать весьма помехоустойчивым (обычно скорость передачи информации в обратном канале значительно меньше, чем в прямом), тем не менее, существует конечная вероятность того, что сигнал переспроса будет принят как сигнал подтверждения, и наоборот. В первом случае сообщение не поступает потребителю, а во втором случае оно поступает дважды.
Одним из средств борьбы с ошибками в обратном канале, приводящими к потере сообщения, является использование несимметричного правила декодирования, при котором вероятность ошибочного приема сигнала переспроса существенно меньше вероятности ошибочного приема сигнала подтверждения. Например, сигнал переспроса передается кодовой комбинацией из и единичных символов, а сигнал подтверждения — комбинацией из н нулей. При приеме кодовой комбинации, содержащей хотя бы одну единицу, решение принимается в пользу сигнала переспроса.
Очевидно, что в этом случае вероятность ошибочного приема сигнала переспроса можно получит сколь угодно малой. Для того чтобы к потребителю не поступали лишние сообщения, обусловленные ошибочным приемом сигналов подтверждения, передаваемые кодовые комбинации либо снабжаются номерами, либо дополняются опознавательными символами, по которым можно узнать, передается кодовая комбинация в первый раз или она повторяется. При этом принятая повторная комбинация при отсутствии сигнала переспроса стираегся и не поступает потребителю. Возможны и другие способы борьбы с ошибками такого рода. Системы с решающей обратной связью весьма эффективны в случае каналов с замираниями. При ухудшении состояния канала увеличивается частота переспроса (уменьшается скорость передачи информации), но вероятность ошибочных сообщений, поступающих потребителю, практически не увеличивается.
При улучшении состояния канала частота переспроса уменьшается. Таким образом, система как бы автоматически приспосабливается к состоянию канала связи, используя все его возможности в отношении передачи информации. Следует заметить, что применение решающей обратной связи, конечно, не увеличивает пропускной способности прямого канала, но позволяет 597 9. Радиотехнические системы нередачи информации более простыми средствами по сравнению с длинными кодами приблизить скорость передачи информации к пропускной способности канала. 9.5.4.
Сигнально-кодовые конструкции. Прием сигналов в целом Как известно 1131], многопозиционные сигналы, такие как сигналы многократной ФМ и сигналы АФМ, обеспечивают высокую удельную скорость передачи информации (высокую частотную эффективность) при уменьшении энергетической эффективности, а помехоустойчнвые коды позволяют повышать энергетическую эффективность при снижении удельной скорости передачи. Сочетание методов многопозиционной модуляции и помехоустойчивого кодирования дает возможность повысить либо энергетическую эффективность без уменьшения частотной, либо частотную эффективность без снижения энергетической, а в ряде случаев — оба параметра. Задача заключается в формировании таких сигнальных последовательностей, которые можно достаточно плотно разместить в многомерном пространстве (для обеспечения высокой частотной эффективности) и в то же время разнести на достаточно большие расстояния (для обеспечения высокой энергетической эффективности).
Такие последовательности, построенные на базе помехоустойчивых кодов и многопозиционных сигналов с плотной упаковкой, называются сигнально-кодовыми конструкциями. В качестве помехоустойчивого кода обычно используются каскадные, итеративные и сверточные коды, а в качестве многопознционных сигналов— сигналы многократной ФМ и сигналы АФМ. Для согласования кодека двоичного помехоустойчивого кода и модема многопозиционных сигналов используется манипуляционный код, при котором большему расстоянию по Хэммингу между кодовыми комбинациями соответствует большее расстояние между соответствующими им сигналами.
Этому требованию частично удовлетворяет код Грея. Возможны и другие способы такого преобразования. На рис. 9.35 показана структурная схема одной из возможных систем с многоуровневой ФМ и помехоустойчнвым кодированием. Сформированные на выходе помехоустойчнвого кодера комбинации преобразуются в кодере Грея в последовательность кодовых комбинаций длины т, которые и определяют начальную фазу радиоимпульса фиксированной длительности на выходе фазового модулятора.
На приемной стороне принятый сигнал сначала синхронно детектируется фазовым модулятором. Полученная при этом последовательность символов преобразуется декодерами Грея и помехоустойчивого кода в сообщение. Применение сигнально-кодовых конструкций позволяет существенно приблизиться к границе эффективности, определяемой пропускной способностью канала.
598 9.5. Помехоуетойчивое кодирование и декодирование Рис. 9.35. Структурная схема СПИ при использовании сигиальио-кодовых коиструкпий До сих пор предполагалось, что кодовые комбинации принимаются посимвольно, т. е. на приемной стороне вначале выносится решение о каждом символе кодовой комбинации, а затем по совокупности и принятых символов принимается решение о том, какая кодовая комбинация была передана.
При избыточных кодах такая двухэтапная процедура принятия решения оказывается неоптимальной. Объясняется это тем, что процесс демодуляции является необратимой операцией и может сопровождаться потерей информации. Действительно, после принятия решения о символе ни соответствующий элемент сигнала, ни фактическое значение результата обработки этого символа (значение апостериорной вероятности или функции правдоподобия) в дальнейшем процессе приема (при декодировании) не принимаются во внимание. В то же время их учет мог бы привести к уменьшению вероятности ошибочного декодирования кодовой комбинации. Вся информация, содержащаяся в принимаемом сигнале, будет наиболее полно использована, если отказаться от посимвольного приема и демодулировать кодовую комбинацию в целом.
Для идеализированного двоичного канала с постоянными параметрами и помехой типа гауссовского белого шума оптимальный алгоритм «приема в целом» совпадает с алгоритмом (3.42), если все 2" возможных сигналов в точности известны, или с алгоритмом (3.15), если начальная фаза сигнала, соответствующего кодовой комбинации, случайна, но сохраняется в процессе приема всей кодовой комбинации. При этом сигнал в;(г) понимают как сигнал, соответствующий всей кодовой комбинации.
Можно показать, что при использовании кода с избыточностью помехоустойчивость «приема в целом» выше помехоустойчивости поэлементного приема с исправлением ошибок, однако уступает помехоустойчивости поэлементного приема с обнаружением ошибок и переспросом по обратному каналу. При использовании кода без избыточности «прием в целом» не имеет преимушеств по сравнению с поэлементным приемом.
599 9. Радиотехнические системы передачи информации В общем случае вычислить вероятность ошибочного приема кодовой комбинации трудно. Однако иногда, например при использовании ортогональных, биортогональных и симплексных кодов, эту вероятность можно выразить через интегралы, которые можно определить численными методами. Недостатком «приема в целом» является то, что он требует значительно более сложной аппаратуры по сравнению с поэлементным приемом. В частности, для его реализации требуется 2" корреляторов. Очевидно, что при достаточно эффективном коде (такой код является длинным) «прием в целом» технически нереализуем. Например, если используется (и, к)-код с /с = 10, то демодулятор, реализующий «прием в целом», будет состоять из 1024 корреляторов или согласованных фильтров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
