Основные параметры систем с ОС

Принципы адаптации. Классификация систем ПДС с ОС

Адаптация в системах передачи дискретных сообщений

Вспомним классификацию методов повышения верности с помощью введения избыточности. Использование кодов с исправлением ошибок мы рассмотрели. Теперь рассмотрим использование ОС для повышения верности.

Системами ПДС с ОС называются системы, в качестве которых передатчик и приемник соединены прямыми и обратными каналами связи. Передатчик при введении избыточности использует сведения о состоянии прямого канала, получаемые по каналу обратной связи.

Применение ОС выступает методом адаптации к переменному качеству дискретного канала, т.е. к ошибкам, возникающим в дискретном канале. Как мы увидим в дальнейшем, системы с ОС обладают высокой эффективностью, т.е. более лучшими значениями параметров по сравнению с другими методами повышения верности. Высокая эффективность систем ПДС с Ос привела к созданию многочисленных разнообразных систем с ОС. Проведем классификацию таких систем (рис.3.1)

1.По назначению канала ОС.

Системы с информационной обратной связью (ИОС). По ОС передаются сведения о поступающих в приемник кодовых комбинациях (или их элементах до их окончательной обработки и принятия заключительного решения). В простейшем случае осуществляется полная ретрансляция поступающих на приемную сторону кодовых комбинаций. Такие системы получили название ретрансляционных. В общем случае приемник

Рис. 5.1

вырабатывает специальные сообщения, имеющие меньший объем, чем основное сообщение, но характеризующее качество его приема. Эти специальные сообщения возвращаются передатчику. Если объем информации, передаваемой по ОС, равно объему информации, передаваемой по прямому каналу, то ИОС называется полной. Если же содержащаяся в квитанции информация отражает лишь некоторые признаки сообщения, то ИОС называется укороченной. Таким образом, по каналу Ос передается или вся полезная информация, или вся информация об ее отличительных признаках, вот поэтому такая ОС называется информационной.

Полученная по каналу ОС информация (квитанция) анализируется передатчиком. Передатчик принимает решение о передаче следующей кодовой комбинации или о повторении ранее переданных. После этого передатчик передает служебные сигналы о принятом решении, а затем соответствующие кодовые комбинации. В соответствии с принятыми служебными сигналами приемник или выдает накопленную информацию получателю, или стирает сообщение и запоминает вновь переданное.

В системах с решающей обратной связью приемник, приняв кодовую комбинацию и проанализировав ее на наличие ошибок, принимает окончательное решение. Либо принятая КК выдается пользователю, либо стирается, а по обратному каналу посылается специальный сигнал о повторной передаче (переспрос). Поэтому системы с РОС часто называют системами с переспросом или системами с автоматическим запросом ошибок (АЗО). В случае принятия КК без ошибок приемник направляет в канал ОС сигнал подтверждения (или не посылает ничего в зависимости от алгоритма), получив который передатчик передает следующую КК. Таким образом, в системах с РОС активная роль принадлежит приемнику, а по обратному каналу передаются сигналы решения – отсюда и название – решающая ОС.

В системах с комбинированной обратной связью решение о выдаче КК получателю или повторной передаче может приниматься и в приемнике, и передатчике системы ПДС, а канал ОС используется для передачи как квитанций, так и решений. Подобные системы практически не используются на практике вследствие высокой сложности алгоритмов.

2.По степени охвата обратной связью:

обратной связью могут быть охвачены разные части системы ПДС:

от УС УПС УЗО к УС

УЗО УПС Канал реш. реш.

источ- связи схема схема полу-

ка 1 2 чателя

ОС

III

Рис. 5.2. Виды ОС в системе ПДС

- канал связи (I) – при этом по каналу ОС передаются сведения о принимаемом сигнале до принятия какого-либо решения. Для контроля канала связи используются устройства типа детекторов качества, которые анализируют те или иные параметры принимаемого сигнала – амплитуду, частоту, длительность – или уровень помех. По каналу ОС могут передаваться команды на изменение параметров передаваемых сигналов: мощности, спектрального состава, темпа передачи, избыточности кода и т.п. Для этого на передающей стороне должны быть предусмотрены соответствующие органы воздействия на УЗО и УПС.

- дискретный канал (II) – в качестве анализатора обычно используют детекторы качества, контролирующие параметры дискретного сигнала, например, амплитуду или краевые искажения единичных элементов или и то, и другое. По каналу ОС передаются решения, принятые первой решающей схемой, т.е. УПС (демодулятором).

- канал передачи (III) – анализатором служит вторая решающая схема, т.е. УЗО (декодер), принимающая решение о наличии или отсутствии ошибок в принятых кодовых комбинациях. По каналу ОС передаются решения, принятые на основе кодовых комбинаций.

3.По способу организации ОС:

- системы с обратным каналом, организованным по отдельной физической линии связи; используемой редко, т.к. неэффективно используются каналы связи.

- системы, в которых обратный канал выделяется методами частотного уплотнения.

- системы, в которых обратный канал выделяется методами временного уплотнения.

- системы со структурным разделением, в которых для передачи сигнала обратной связи используется специальная кодовая комбинация, в передатчике любая разрешённая комбинация дешифруется как сигнал подтверждения, а любая неразрешённая комбинация или специально-выделенная разрешённая – как сигнал переспроса.

4.По типу дискретных каналов:

- системы ПДС, работающие по дуплексному дискретному каналу, т.е. по каналу, в котором возможна двухсторонняя одновременная работа.

- системы ПДС, работающие по полудуплексным каналам, когда двухсторонняя связь обеспечивается поочерёдно.

5.По алгоритму работы системы ПДС подразделяются:

- системы с ожиданием сигнала обратной связи. Основная особенность этих систем состоит в том, что передатчик, передав кодовую комбинацию, ожидает сигнала обратной связи. В зависимости от вида сигнала ОС, передатчик либо повторяет раннее переданную комбинацию, либо передаёт следующую кодовую комбинацию.

- системы с последовательной (непрерывной) передачей. Передатчик системы передаёт непрерывную последовательность комбинаций до обнаружения факта ошибки. После этого приёмник блокируется на определённое число предыдущих комбинаций, в том числе и комбинацию с ошибкой.

- системы с накоплением правильно принятых комбинаций. Передатчик передаёт сообщение в виде блока, в котором каждая кодовая комбинация повторяется несколько раз со сдвигом во времени. В приёмнике накапливаются правильно принятые комбинации, и, если хотя бы одна принята с ошибкой, повторяется передача всего блока. В приёмнике из вновь принятого блока отбираются комбинации, не принятые при первой передачи и т.д. После приема всех комбинаций, сообщение выдаётся получателю.

- системы с адресным переспросом. Алгоритм работы аналогичен алгоритму системы с накоплением. Однако приемник формирует и передает сложный сигнал переспроса, в котором указываются номера неправильно принятых комбинаций. Передатчик повторяет не весь блок, а лишь непринятые комбинации.

Поскольку системы с ОС достаточно эффективны, то разработано очень много разнообразных алгоритмов их работы, но они являются, как правило, модификацией уже рассмотренных выше.

6.По числу переспросов системы ПДС с ОС можно разделить:

- системы с ограниченным числом повторений, т.е. кодовая комбинация или блок комбинаций может повторяться не более определенно числа раз. В таких системах вероятность появления ошибок больше, но меньше потери времени на передачу и проще реализация аппаратуры.

- системы неограниченным числом повторений. Передача комбинаций повторяется до тех пор, пока приемник (или передатчик) не примет решение о выдаче этой комбинации пользователю.

Наибольшее распространение получили системы с решающей обратной связью, т.к. в них мал объём информации, передаваемой по каналу ОС и, кроме того, такие системы обеспечивают меньшее время доставки сообщений и более просты в реализации. В дальнейшем мы эти системы рассмотрим подробнее.

Для оценки систем с Ос используют следующие параметры:

- верность доставки сообщений, т.е. вероятность выдачи пользователю сообщения с ошибкой;

- время доставки сообщения пользователю;

- скорость передачи сообщений.

Эти параметры такие же, как для других систем ПДС. Системы ПДС с ОС характеризуются ещё рядом специфических параметров:

- вероятности вставок и выпадений кодовых комбинаций. Из – за воздействия помех в канале ОС сигналы обратной связи могут искажаться. Это приводит к тому, что некоторые комбинации, выданные источником, вообще не попадут к получателю, в то же время другие комбинации могут быть выданы получателю дважды, трижды и т.д. Действительно, если в канале ОС сигнал переспроса перейдет в сигнал подтверждения, то произойдет потеря блока, и, наоборот, если сигнал подтверждения перейдет в сигнал переспроса, то приемник будет иметь два одинаковых блока сообщения. Такие явления ведут к сдвигам комбинаций в выходной последовательности, но отношению к комбинациям входной последовательности. Для пользователей эти сдвиги не равноценны ошибкам, связанным с ошибочным приемом двоичных сигналов. Поэтому вероятности вставок и выпадений кодовых комбинаций определяются отдельно и являются важными параметрами системы с ОС.

Верность доставки сообщений характеризуется вероятностью трансформации переданной k – элементной кодовой комбинации в другую комбинацию, т.е. вероятность ошибочного приема Р_ош(k).

Время доставки сообщения или время задержки. Этот параметр в системах с ОС является случайной величиной, поскольку время доставки зависит от числа переспросов. Поэтому для оценки системы с точки зрения задержки сообщения, используют функцию распределения времени задержки F_l (t), равную вероятности задержки сообщения из l двоичных элементов на время, меньше t, т.е:

F _l (t) = Р{t(l) < t}

Кроме того, распределение времени доставки может задаваться первым и вторым моментами, т.е. математическим ожиданием M{t_пер} и дисперсией времени передачи D{t_пер} или среднеквадратическим отклонением С{t_пер}.

Скорость передачи. В системах с ОС число единичных элементов, поступающих на вход системы в единицу времени, меняется в зависимости от состояния канала связи. Поэтому различают текущую и среднюю скорость передачи.

Текущая абсолютная скорость передачи, R_абс, есть отношение числа единичных элементов N(t), поступивших пользователю за время t, к времени t.

N(t)

R_абс(t) = t - случайная величина.

Средняя абсолютная скорость есть величина, к которой сходится R_абс(t) при достаточно больших t.

Текущая относительная скорость передачиR_отн(t) есть отношение R_абс(t) к скорости модуляции, т.е:

R_абс(t) N(t)

R_отн(t) = В = B*t - случайная величина

Средняя относительная скорость передачи или просто скорость передачи R, есть величина, к которой сходится R_отн(t) при достаточно больших t. Скорость передачи R характеризует эффективность использования системой ПДС канала связи в прямом направлении.

5.3 Система ПДС с РОС – ОЖ. Алгоритм работы.

Система ПДС с решающей обратной связью и ожиданием является наиболее простой по алгоритму функционирования из всех других систем с РОС.

Изобразим алгоритм работы передатчика системы с РОЖ – ОЖ:

начало

запросить КК у

источника

сформировать

блок

записать в

накопитель

закодировать блок

помехоустойчивым

кодом

передать в

дискретный канал

посту- нет

пил ли ждать сигнала

сигнал ОС

ОС?

да

пос- пос-

да тупил нет тупил нет

ли сигнал ли сигнал

переспро- подтвер-

са? дения

да

стереть содержимое

накопителя

Рис. 5.3 Алгоритм работы передатчика системы РОС – ОЖ

Изобразим алгоритм работы приемника системы РОС – ОЖ:

начало

принять блок из

дискретного канала

сформировать

блок

декодировать

блок

ошибки нет

обнару-

жены?

да

стереть содержимое выдать блок из накопителя

накопителя получателю

сформировать сигнал сформировать сигнал

“переспроса” “подтверждения”

передать в обратный

дискретный канал

Рис. 5.4 Алгоритм работы приемника системы РОС – ОЖ

Зная алгоритм работы системы с РОС – ОЖ можно изобразить структурную схему данной системы.

5.4. Структурная схема системы ПДС с РОС – ОЖ.

ИС – источник сообщений;

Н₁ – накопитель передатчика;

УУ₁ – устройство управления передатчика;

УАС – устройство анализа сигналов решения;

ПДК – прямой дискретный канал;

ОДК – обратный дискретный канал;

Н₂– накопитель приемника;

УУ₂– устройство управления приемника;

УФС – устройство формирования сигналов решения;

ПС – получатель сообщений.

ИС Н₁Кодер ПДК Декодер Н₂ ПС

УУ₁ УАС ОДК УФС УУ₂

Передатчик дискретный приемник

канал

Рис. 5.5 Структурная схема системы с РОС – ОЖ.

Работа схемы происходит следующим образом. По команде от устройства управления передатчика (УУ) источник сообщений (ИС) выдает кодовые комбинации, которые записываются в накопитель передатчика (Н₁), где формируется блок для передачи. Далее блок поступает в кодер, где осуществляется введение избыточности, т.е. кодирование кодом, позволяющим обнаруживать ошибки. Затем закодированный блок поступает в прямой дискретный канал. В приемнике декодер определяет произошла ли ошибка при передаче блока по прямому каналу. Кроме того, принятый блок записывается в накопитель приемника (Н₂). Если в блоке ошибка не обнаружена, то устройство управления приемника выдает команду в устройство формирования сигналов решения (УФС) на формирование команды «подтверждение». УФС формирует команду и отправляет ее по обратному дискретному каналу. Кроме того, УУ₂ выдает команду на Н₂, и принятый блок передается получателю сообщений. Если в принятом блоке обнаружена ошибка, то УУ₂выдает команду в Н₂на стирание принятого блока, а также команду в УФС на формирование команды «переспрос». Передатчик, приняв по обратному дискретному каналу сигнал обратной связи, анализирует сигнал в блоке анализа сигналов решения. Если получен сигнал подтверждения, то УУ₁посылает команду в источник сообщений для выдачи следующих кодовых комбинаций и цикл передачи повторяется. Если УАС дешифририует сигнал «переспрос», то УУ₁выдает команду на Н₁для повторения предыдущего блока. Так повторяется до правильного приема блока приемником.

Изобразим временную диаграмму работы системы с РОС – ОЖ.

nτ₀t_p t_аб t_с t_p t_p