Системы ПДС без ОС с многократным повторением

Классификация методов повышения верности

Рассмотрим методы повышения верности доставки сообщений пользователям системы ПДС.

Методы повышения верности весьма многочисленны и разнообразны. Проведем классификацию этих методов.

Использование избыточности

Улучшение показателей дискретного канала

Улучшение показателей канала связи

I II III

Рис. 4.2

Большинство причин снижения верности связано со свойствами каналов связи, по которым осуществляется доставка сообщений. Поэтому первую группу методовсоставляют меры эксплуатационного и профилактического характера, направленные на улучшение качественных показателей каналов связи, а так же коммутационного оборудования. Эти меры позволяют если не устранить, то во всяком случае сократить число и уменьшить интенсивность помех и искажений вызывающих ошибки при передаче сигналов. К таким мешающим факторам следует отнести:

- неравномерность амплитудно – частотной и фазовой характеристики канала;

- импульсные шумы и кратковременные перерывы связи;

- нестабильность уровня передачи;

- нестабильность несущих частот;

- температурная нестабильность параметров аппаратуры и ряд других.

Борьба с подобными факторами ведется с использованием технических и организационных мероприятий.

К техническим мероприятиям относятся, например, применение специальных корректоров амплитудно – частотной и фазо – частотной характеристик, повышение стабильности работы генераторного оборудования, применение схем АРУ, использование методов резервирования, применение квазиэлектронных и электронных систем коммутации и т.п.

Организационные мероприятия состоят в повышении культуры технического обслуживания, своевременного выявление неисправного оборудования и его элементов, в тщательном выполнении правил технической эксплуатации оборудования.

Как показывает опыт, выполнение указанных мероприятий позволяет уменьшить коэффициент ошибок в среднем в 5 раз. Однако это в большинстве случаев явно не достаточно.

Вторую группу методов составляют мероприятия по улучшению показателей дискретных каналов.

Улучшение качества передачи единичного элементаможет быть достигнуто путем повышения отношения сигнал/помеха за счет следующих мер:

– Увеличение амплитуды полезного сигнала;

– Увеличение длительности полезного сигнала;

– Увеличение спектра частот полезного сигнала;

– Применение помехоустойчивых методов модуляции.

Проанализируем возможности каждого метода.

Увеличение амплитуды– сколь-нибудь значительное увеличение амплитуды сигналов практически невозможно из за опасности возникновения влияния соседних каналов как в неуплотненных цепях, так и в каналах с различными видами уплотнения сигналов. Мощность дискретных сигналов, передаваемых по групповым трактам, так же ограничивается из-за необходимости не допустить перегрузку групповых усилителей.

Увеличение длительностиединичных элементов позволяет в некоторой мере снизить вероятность ошибки, однако, если не принимаются специальные меры, то скорость передачи снижается пропорционально увеличению длительности е. э.

(4.2)

В настоящеевремя проводится большая работа по разработке методов увеличения длительности е. э. без снижения скорости передачи. Это возможно путем применения сигналов специальной формы, так называемых взаимно ортогональных. Однако, применение таких сигналов резко усложняет аппаратуру.

Увеличение ширины спектра частот полезного сигнала– в данном направлении мало что можно сделать, поскольку полоса пропускания физических или выделенных каналов строго задана. Более полное использование представляемой полосы частот требует применения сложных корректоров, да и только лишь для некоммутируемых каналов.

Применение помехоустойчивых методов модуляции – в этом направлении сделано очень много, и применяется оборудование УПС – плата за повышение верности.

Улучшение качества приема е. э. – в этом направлении ведется большая научно-исследовательская работа по поиску новых методов приема как сигнала в целом, так и регистрации отдельных е. э. Это и оптимальные методы приема, приема в целом, многоинтервальный метод регистрации и регистрация с весовой функцией, этот перечень можно продолжить. Общий недостаток методов приема – резкое усложнение аппаратуры, недостаточно надежное обнаружение ошибок.

И, наконец, третью группу методовповышения верности составляют методы обнаружения и исправления ошибок в принятом сообщении, используя избыточность, имеющуюся или специально вводимую в передаваемое сообщение.

Использование смысловой избыточности, всегда заложенной в передаваемом сообщении, потенциально возможных для обнаружения и исправления ошибок. Однако пока не находит широкого применения, вследствие большой сложности алгоритмов и высокой трудоемкости процесса обнаружения ошибок.

Поэтому в настоящее время большое распространение получили методы повышения верности с введением избыточности в передаваемое сообщение.

Существует два принципиально разных способа введения избыточности в передаваемое сообщение.

В первом случаеколичество избыточных элементов определяется исходя из среднестатистических свойств дискретного канала, без учета помех, действующих в каждый конкретный момент времени. Такой метод используется в системах ПДС без обратной связи.

Другим методомвыступает такой, когда система ПДС в каждый момент оценивает состояние дискретного канала, и эта оценка определяет степень вводимой избыточности. Системы ПДС реализующие данный алгоритм работы, называются системами с обратной связью. Почему в этом случае система должна обладать обратной связью? Дело в том, что факт наличия ошибки может быть определен только после прохождения сообщения по дискретному каналу, то есть в приемнике, а вводить избыточность можно только в передатчике.

Возможны различные методы повышения верности путем повторения сообщений:

– Повторение во времени;

– Повторение по параллельным каналам;

– Повторение всей кодовой комбинации;

– Поэлементное повторение;

– Повторение с использованием простого кода;

– Повторение с корректирующим кодом;

– Комбинации различных методов.

Рассмотрим параметры некоторых методов.

Повторение во времени всей КК. Каждая КК передается несколько раз. На приеме производится сравнение принятых знаков (КК) и решение принимается по большинству (максоритарный принцип).

Пример передача прием решение

А А А А Б А А

С С С С С А С С Б А С и т. д.

Для принятия более определенных решений число повторных передач должно быть нечетным.

Вероятность ошибочного приемаР_ош(п), при условии симметричного дискретного канала без памяти (модель биноминальная);

Трехкратное повторение® Р_ош(п)≈3n²p₀²-2n³p₀³ (4.3)

Пятикратное повторение ® Р_ош(п)≈10n³p₀³ (4.4)

Время передачи сообщенияT_пер=ℓ*n*τ₀ (4.5)

где ℓ - число повторений;

n – длина КК (в е. э.);

τ₀ =1/В – длительность е. э.

Скорость передачи сообщений – оценивается коэффициентом замедления передачи, под которым понимается отношение времени получения КК получателем ко времени передачи этой же КК системой ПДС:

; (4.6)

где k – число информационных е. э. в КК;

если передача ведется простым (примитивным) кодом n=k и R=1/ℓ (4.7)

то есть скорость передачи уменьшается на число повторений.

Повторение во времени каждого е. э. В такой системе ПДС повторяется каждый е. э. в КК.

Вероятность ошибочного приема

3-х кратноеповторение элементов Р_ош(п)≈ 3np₀² (4.8)

5-и кратное повторение элементов Р_ош(п)≈ 10np₀³ (4.9)

то есть, получаем выигрыш не менее чем на порядок.

Время передачи и скорость передачисообщений рассчитываются по тем же формулам, что и при повторении КК.

Приведенные формулы справедливы только для случая независимых ошибок. В реальных же каналах ошибки, как правило, группируются в пачки, причем значительной длины. Поэтому приходится либо разносить во времени повторения, либо применять специальный прием декорреляции ошибок. Все это усложняет связную аппаратуру.

Недостатки.

1. большая избыточность, вследствие чего снижается пропускная способность системы ПДС;

2. низкая скорость передачи сообщений;

3. сложность решающих устройств;

4. необходимость принятия мер для декорреляции ошибок.

Для устранения перечисленных недостатков применяют метод параллельной передачи сообщения по нескольким каналам. Метод предусматривает передачу сообщения по трем каналам связи одновременно с последующим сравнением принимаемых из каждого канала комбинаций (или е. э.) и выборкой по критерию большинства. При использовании для передачи географически разнесенных каналов связи ошибки, возникающие в них будут очень близки к независимым. Поэтому приведенные выше соотношения для системы с повторением полностью справедливы.

Время задержки сообщения в системах ПДС с параллельной передачей не отличается от времени задержки при передаче простым кодом.

Большим недостатком данной системы выступает необходимость в трех независимых и желательно географически разнесенных каналах связи.

Находит применение метод параллельной передачи с использованием кодов,обнаруживающих ошибки. Использование корректирующих кодов позволяет уменьшить число необходимых параллельных каналов до двух. При обнаружении искажения в одном из каналов пользователю выдается сообщение, принятое по другому каналу. Вероятность поражения сразу в двух каналах мала, но, если такое событие произойдет, то получателю выдается сигнал ошибки