Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Характеристики системы с обратной связью и их особенности. Структурная схема системы с информационной обратной связью и решающей обратной связью, характеристики и алгоритм работы

передача сообщение коммутация

Адаптация в системах ПДС

Большинство реальных каналов связи являются нестационарными. Состояние и качество таких каналов изменяется с течением времени.

Для наилучшего использования канала необходимо менять вносимую избыточность (алгоритмы кодирования, декодирования, сигналы и т. п.) в зависимости от состояния канала.

Системы, в которых осуществляется процесс целенаправленного изменения параметров, структуры или свойств системы в зависимости от условий передачи сообщения, с целью достижения оптимального функционирования - называются адаптивными.

Адаптивные системы предполагают использование обратных связей.

Системы с обратной связью

В зависимости от назначения ОС различают системы:

с решающей ОС (РОС);

с информационной (ИОС).

Общее в алгоритме работы систем с ОС, в простейшем случае, то, что после передачи некоторой порции информации передатчик прямого канала ожидает сигнала, либо на выдачу следующей порции, либо на повторную передачу предыдущей.

Принципиальное отличие систем РОС и ИОС состоит в том, где принимается решение о дальнейшем поведении системы. В системах с РОС решение принимается на приёме, а в системах с ИОС - на передаче.

Для организации обратной связи и в тех и в других системах используется обратный канал.

Информация передаваемая по каналу с ОС - называется квитанцией.

Системы с ИОС, в которых осуществляется полная передача принятых кодовых комбинаций по обратному каналу, называются ретрансляционные.

Чаще приёмник формирует специальные сигналы, имеющие меньший объём, чем полезная информация, переданная по прямому каналу, т. е. квитанция меньше - укороченная ИОС.

Системы передачи с РОС.

Наиболее распространёнными среди систем с РОС являются:

системы с ожиданием (РОС - ОЖ);

с непрерывной передачей информации и блокировкой

с адресным переспросом

В системе РОС - ОЖ после передачи кодовой комбинации система ожидает сигнала подтверждения, и только после этого происходит передача следующей КК.

В системах РОС - ОЖ всегда присутствует задержка на время ожидания t ож. Это время складывается из нескольких интервалов:

где t p пк - время распространения сигнала в прямом канале; t ан -- время анализа правильности приёма; t oc - длительность сигнала ОС; t p oc - распространение сигнала ОС; t a oc - анализ сигнала ОС.

В системах с ОС появляются специфические искажения, вследствие ошибок в канале обратной связи. Такие искажения называют «вставками» и «выпадениями».

Причины и их возникновения:

если в результате действия помех в ОК сигнал «подтверждения» трансформировался в сигнал «переспроса», то уже принятая КК выдаётся получателю, а в канал повторно отправится этаже комбинация. Таким образом, ПС получит две последовательно идущие одинаковые комбинации - «вставка».

если произойдёт переход «переспрос» «подтверждение», то ошибочно принятая комбинация будет стёрта, но в канал пойдёт следующая. Значит ПС не получит данной комбинации - произойдёт «выпадение».

Явления вставки и выпадения получили общее название «сдвига».

Борьба с явлением ""сдвига"" в системах с РОС - ОЖ

Повышение помехоустойчивости обратного канала.

Циклическая нумерация передаваемых кодовых комбинаций

Методика расчёта вероятности неправильного приёма (без учёта искажений в канале ОС)

Приём каждой КК имеет три исхода:

КК принята верно и ошибок в ней нет (Р ппр)

КК принята и в ней обнаружена ошибка (Р оо)

КК с ошибкой, но ошибка не обнаружена (Р нпр)

Рисунок 1. Граф состояний рассматриваемой системы с РОС - ОЖ

Вероятность неправильного приёма P * нп при неограниченном числе циклов переспроса будет включать в себя вероятность НП в первом цикле, вероятность НП после первого, второго и т. д. переспросов.

Скорость передачи информации в системах с РОС и ОЖ

К основным недостаткам систем РОС - ОЖ относится значительное снижение скорости R.

Причины снижения скорости:

введение избыточных (проверочных) элементов (1);

наличие t ож - сигнала решения о качестве приёма (2);

повторные передачи KК (3).

R = B * 1 * 2 * 3

Коэффициенты уменьшения скорости за счёт введения проверочных элементов

Учитывая и избыточность и ожидание

3. При вероятности обнаружения ошибок в КК - P oo

Анализируя 1 и 3 следует, что для увеличения скорости R (или снижения потерь скорости) необходимо увеличивать длину блока n. Увеличение длины блока n:

снижает относительное количество избыточных элементов необходимых для обеспечения заданной верности;

снижает относительные потери на ожидание решения о качестве приёма.

При увеличении длины блока возрастает вероятность его поражения ошибкой (K ош ^), а значит увеличивается вероятность переспроса и увеличивается время необходимое для повторения длинной комбинации, следовательно для получения максимальной скорости R в системах с РОС и ОЖ требуется оптимизация длины блока.

2. Архитектура связи. Методы коммутации. Службы связи. Модель ВОС. Типы компьютерных сетей

Архитектура связи

Понятие связь включает в себя совокупность сетей и служб.

Служба связи - это комплекс средств, обеспечивающий представления пользователям определенных услуг.

Под комплексом средств следует понимать совокупность программных и аппаратных средств, методов обработки, распределения и передачи данных, в том числе оконечное оборудование (данных) расположенное у пользователя.

Каждая служба может иметь ряд применений, которые с позиции пользователя классифицируется как услуги.

Для транспортировки и коммутации сигналов в службах электросвязи используются вторичные сети электросвязи: телеграфные; передачи данных; факсимильной связи; автоматическая сеть телефонной связи.

Первичная сеть связи обеспечивает вторичные сети каналами связи.

Методы коммутации в сетях ПДС

Два основных принципа коммутации: непосредственное соединение; соединение с накоплением информации.

Непосредственное соединение предполагает физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами. Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).

Под коммутацией каналов понимается совокупность операций по соединению каналов для получения сквозного канала, связывающего через узлы коммутации один оконечный пункт с другим.

Достоинства КК: после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время независимо от нагрузки, поступающей от других абонентов; передачи осуществляются с фиксированной задержкой, т.е. может быть реализован режим передачи в реальном масштабе времени, что особенно важно при передаче мультимедийного трафика.

Недостатки КК: плохое использование ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами сообщений наблюдаются длительные паузы.

Коммутация с накоплением - совокупность операций приема на узлах коммутации (УК) сообщения или его части, накопления и последующей передачи сообщения или его части в соответствии с содержащимся в нем (ней) адресом.

При системе коммутации с накоплением (КН) ОП имеет постоянную прямую связь со своим УК (иногда с несколькими) и передает на него информацию, а затем эта информация поэтапно передается через узлы коммутации другим абонентам, причем в случае занятости исходящих каналов информации запоминается в узлах и передается по мере освобождения каналов в нужном направлении.

Две разновидности системы с накоплением: система коммутации сообщений (КС); система коммутации пакетов (КП).

Способ обслуживания, при котором заявка, поступившая в момент отсутствия свободных линий или приборов, ожидает их освобождения, называется обслуживанием с ожиданием.

Метод коммутации пакетов по своей идеологии совпадает с методом КС и отличается лишь тем, что длинные сообщения передаются не целиком, а разбиваются на относительно короткие части - пакеты.

Способы (режимы) передачи пакетов: режим виртуальных соединений и датаграммный режим.

Виртуальное (условное) соединение существует только в памяти управляющего компьютера.

Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации и обладает всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов.

В стандартных международных протоколах предусматривается два типа виртуальных канала: постоянный и коммутируемый.

Коммутируемый виртуальный канал (PVC - Permanent Virtual Circuits) предполагает установление и ликвидацию канала при каждом соединении, по рассмотренному выше алгоритму.

Постоянный (SVC - Switched Virtual Circuits) - закрепляется между двумя абонентами на длительный период времени, по согласованию с администрацией сети. Отпадает необходимость организации и ликвидации канала при каждой передаче.

Для коротких сообщений более эффективен датаграммный режим, не требующий довольно громоздкой процедуры установления виртуального соединения между абонентами.

Термин «датаграмма» применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов.

Получив датаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и т.д., до тех пор, пока пакет не будет принят.

Датаграмный режим используется, в частности, Internet, протоколы UDP (User Datagram Protocol) и TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Архитектура взаимодействия открытых систем

Появление компьютерных сетей привело к необходимости создания стандартов, определяющих принципы взаимодействия внешних пользователей с сетями и сетей между собой, т.е. стандартов взаимодействия открытых систем, ВОС.

В процессе работы сети взаимодействуют узлы, каждый из которых представляет собой иерархическую систему. Процедура взаимодействия этих узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих (равноправных) уровней участвующих сторон.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называется протоколом.

Уровни, находящиеся в одном узле в процессе работы, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами. Эти правила принято называть интерфейсом.

Эталонная модель ВОС является наиболее общим описанием структуры построения стандартов. Она определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и является основой обеспечения возможности параллельной разработки различных стандартов для ВОС.

Система является открытой, если она соответствует эталонной модели ВОС, стандартному набору услуг и стандартным протоколам.

Рисунок 2. Структура эталонной модели ВОС

В семиуровневой модели ВОС все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на семь взаимно подчиненных уровней. Уровень с меньшим номером представляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень только потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет.

Физический уровень осуществляет передачу неструктурированного «сырого» потока битов по физической среде (без учета деления на кодовые комбинации).

Канальный уровень решает задачи организации доступа к среде передачи, реализации механизмов обнаружения и коррекции ошибок.

Сетевой уровень отвечает за адресацию сообщений и перевод логических имен и адресов в физические адреса. Основной задачей является маршрутизация сообщений, обеспечение управления информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а так же учитывает предоставленные услуги.

Транспортный уровень принимает от вышестоящего уровня некоторый блок данных и должен обеспечить его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования.

Уровень протоколов называют уровнем сессий или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между прикладными процессами: соединение прикладных процессов для их взаимодействия, организация передачи информации между процессами во время взаимодействия, «рассоединения» процессов.

Представительский уровень определяет синтаксис передаваемой информации, т.е. набор знаков и способы их представления, которые являются понятными для всех взаимодействующих открытых систем. Представительский уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену и преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы) и расширение графических команд. Может управлять сжатием данных.

Прикладной уровень эталонной модели ВОС определяет семантику, т.е. смысловое содержание информации, которой обмениваются ОС в процессе решения некоторой заранее известной задачи. Взаимодействующие системы должны одинаково интерпретировать получаемые данные.

Прикладной (пользовательский) уровень является основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах.

Сети передачи данных, компьютерные сети

Сети передачи данных ассоциируются с термином «компьютерные сети», т.к. в качестве оконечного оборудования данных используется именно персональный компьютер.

Классификация компьютерных сетей:

Территориальной распространенности.

Ведомственной принадлежности.

Скорости передачи информации.

Типу среды передачи.

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, региональными и глобальными.

Локальные сети - это сети перекрывающие территорию не более 10 квадратных километров.

Региональные - это сети расположенные на территории города или области.

Глобальные - это сети расположенные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети.

Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Это может быть локальная сеть предприятия.

Корпоративные сети. Несколько отделений одной кампании, расположенные на территории города, области, страны или государства образуют корпоративную компьютерную сеть.

Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на: низкоскоростные, среднескоростные, высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети: коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.д.

Локальные вычислительные сети (ЛВС)

Под локальной вычислительной сетью понимают совместное подключение нескольких рабочих станций (отдельных компьютерных рабочих мест) и других устройств к общему каналу передачи данных.

Применение ЛВС обеспечивает:

Разделение ресурсов. Любая рабочая станция, подключенная к сети (при наличии прав доступа) может использовать любой сетевой ресурс. Сетевым ресурсом может быть: принтер, подключенный к серверу или одной из рабочих станций, модем, факс, жесткий диск, и т.д.

Разделение данных. Возможность доступа и управления базами данных непосредственно с рабочих станций.

Разделение программных средств. Возможность одновременного использования установленных сетевых программных средств. (Офисные программы, бухгалтерские, САПРы и т.д.). Реализация многопользовательского режима.

Разделение ресурсов процессора. Использование вычислительных мощностей сервера для обработки данных другими системами.

Интерактивный обмен информацией между пользователями сети - электронная почта, программы планирования рабочего времени, видеоконференции, ICQ…

Типы компьютерных сетей: одноранговые сети, сети на основе сервера и комбинорванные.

Топологии сети: шина (bus), звезда (star), кольцо (ring) и их комбинаций.

1. Топология «шина». Все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется магистралью или сегментом. (Пассивная топология - ПК только слушают трафик, но не ретранслируют его). Разрыв кабеля в любом месте приводит к падению сети.

2. Топология «звезда». Все ПК с помощью сегментов кабеля подключаются к концентратору.(HUB) - Хаб.

3. Топология «кольцо». ПК подключаются к кабелю замкнутому в кольцо. Каждый ПК выступает в роли репитера, то есть регенерирует сигнал (увеличивается дальность).

Литература

1. Передача дискретных сообщений: Учебник для ВУЗов / В.П. Шувалов, Н.В. Захарченко, В.О. Шварцман и др.; Под ред. В.П. Шувалова. - М.: Радио и связь, 1990 - 464 с.

2. Купинов Ю.П. и др. Основы передачи дискретных сообщений - М.: Радио и связь, 1992.

3. Цифровая связь. - М., Санк-П, Киев: Изд. дом «Вильяме», 2003.

4. Мирманов А.Б. Курс лекций по дисциплине «Технология цифровой связи» - Астана: КазАТУ, 2009. (электронный).

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Проектирование многокаскадного усилителя переменного тока с отрицательной обратной связью. Расчет статических и динамических параметров электронного устройства, его схематическое моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта Microcap 3.

курсовая работа , добавлен 05.03.2011


Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью. Выбор и расчет режима работы выходного каскада. Расчет необходимого значения глубины обратной связи. Определение числа каскадов усилителя. Выбор транзисторов предварительных каскадов.

курсовая работа , добавлен 23.04.2015


Изучение структурной схемы астатической системы управления углом рыскания с изодромной обратной связью. Анализ его устойчивости и статической точности. Расчет передаточных чисел автопилота. Произведение цифрового моделирования переходных процессов.

практическая работа , добавлен 29.03.2011


Обратная связь как связь, при которой на вход регулятора подается действительное значение выходной переменной, а также заданное значение регулируемой переменной. Изменение динамических характеристик, типовых звеньев САУ при охвате обратной связью.

лабораторная работа , добавлен 13.03.2011


Методика проектирования многокаскадного усилителя переменного тока с обратной связью. Расчет статических и динамических параметров усилителя, его моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта MicroCap III, корректировка параметров.

курсовая работа , добавлен 13.06.2010


Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью. Выбор транзистора, расчет режима работы выходного каскада. Расчёт необходимого значения глубины обратной связи. Определение числа каскадов усилителя, выбор транзисторов предварительных каскадов.

курсовая работа , добавлен 24.09.2015


Функции основных блоков структурной схемы системы передачи дискретных сообщений. Определение скорости передачи информации по разным каналам. Принципы действия устройств синхронизации, особенности кодирования. Классификация систем с обратной связью.

курсовая работа , добавлен 13.02.2012


Методы кодирования сообщения с целью сокращения объема алфавита символов и достижения повышения скорости передачи информации. Структурная схема системы связи для передачи дискретных сообщений. Расчет согласованного фильтра для приема элементарной посылки.

курсовая работа , добавлен 03.05.2015


Основные элементы принципиальной и структурной схемы проектируемой следящей системы. Математическое описание системы. Постановка задачи синтеза. Построение логарифмической частотной характеристики неизменяемой части. Синтез корректирующих устройств.

курсовая работа , добавлен 30.01.2011


Проектирование среднескоростного тракта передачи между источниками и получателями данных. Использование системы с решающей обратной связью, непрерывной передачей и блокировкой приемника для повышения верности передачи. Квадратурная амплитудная модуляция.

, 33. Обеспечение требований безопасности и дисциплины.doc , Лабораторные работы для дисциплины Введение в специальнорсть 14. , рабочая программа по ТХ ПМ03 17.doc , 2-4 рабочая программа 2019-2020.docx .

Лекция №14. Характеристики системы с обратной связью и их особенности. Структурная схема системы с информационной обратной связью и решающей обратной связью , характеристики и алгоритм работы.

Основная литература:

1. 
   Передача дискретных сообщений: Учебник для ВУЗов / В. П. Шувалов, Н. В. Захарченко, В. О. Шварцман и др.; Под ред. В. П. Шувалова. – М.: Радио и связь, 1990 - 464 с

1. 
   Купинов Ю.П. и др. Основы передачи дискретных сообщений -М.: Радио и связь, 1992.
2. 
   Цифровая связь. - М., Санк-П, Киев: Изд. дом «Вильяме», 2003
3. 
   Мирманов А.Б. Курс лекций по дисциплине «Технология цифровой связи» - Астана: КазАТУ, 2009. (электронный)

Ключевые слова: адаптивные, решающая, информационная, обратный канал, вставка, выпадения, сдвига.
Рассматриваемые вопросы:

1. 
   Адаптация в системах ПДС
2. 
   Системы с обратной связью
3. 
   Системы передачи с РОС.
4. 
   Скорость передачи информации в системах с РОС и ОЖ
5. 
   Методика расчёта вероятности неправильного приёма (без учёта искажений в канале ОС)

Тезисы к лекции
Адаптация в системах ПДС

Большинство реальных каналов связи являются нестационарными . Состояние и качество таких каналов изменяется с течением времени.

Для наилучшего использования канала необходимо менять вносимую избыточность (алгоритмы кодирования, декодирования, сигналы и т. п.) в зависимости от состояния канала.

Системы, в которых осуществляется процессе целенаправленного изменения параметров, структуры или свойств системы в зависимости от условий передачи сообщения, с целью достижения оптимального функционирования – называются адаптивными .

Адаптивные системы предполагают использование обратных связей.

Системы с обратной связью

В зависимости от назначения ОС различают системы:

• 
  с решающей ОС (РОС);
• 
  с информационной (ИОС).

Принципиальное отличие систем РОС и ИОС состоит в том, где принимается решение о дальнейшем поведении системы. В системах с РОС решение принимается на приёме , а в системах с ИОС – на передаче .

Для организации обратной связи и в тех и в других системах используется обратный канал .

Информация передаваемая по каналу с ОС – называется квитанцией .

Системы с ИОС, в которых осуществляется полная передача принятых кодовых комбинаций по обратному каналу, называются ретрансляционные .

Чаще приёмник формирует специальные сигналы , имеющие меньший объём, чем полезная информация переданная по прямому каналу, т. е. квитанция меньше – укороченная ИОС.
Системы передачи с РОС.

Наиболее распространёнными среди систем с РОС являются:

• 
  системы с ожиданием (РОС - ОЖ);
• 
  с непрерывной передачей информации и блокировкой
• 
  с адресным переспросом

В системах РОС – ОЖ всегда присутствует задержка на время ожидания t ож . Это время складывается из нескольких интервалов:

где t p пк – время распространения сигнала в прямом канале; t ан –– время анализа правильности приёма; t oc – длительность сигнала ОС; t p oc – распространение сигнала ОС; t a oc – анализ сигнала ОС.

В системах с ОС появляются специфические искажения, вследствие ошибок в канале обратной связи. Такие искажения называют «вставками» и «выпадениями» .

Причины и их возникновения:

• 
  если в результате действия помех в ОК сигнал «подтверждения» трансформировался в сигнал «переспроса», то уже принятая КК выдаётся получателю, а в канал повторно отправится этаже комбинация. Таким образом, ПС получит две последовательно идущие одинаковые комбинации – «вставка».
• 
  если произойдёт переход «переспрос»  «подтверждение», то ошибочно принятая комбинация будет стёрта, но в канал пойдёт следующая. Значит ПС не получит данной комбинации - произойдёт «выпадение».

Борьба с явлением ""сдвига"" в системах с РОС - ОЖ

1. 
   Повышение помехоустойчивости обратного канала.
2. 
   Циклическая нумерация передаваемых кодовых комбинаций

Методика расчёта вероятности неправильного приёма (без учёта искажений в канале ОС)

Приём каждой КК имеет три исхода:

1. 
   КК принята верно и ошибок в ней нет (Р ппр )
2. 
   КК принята и в ней обнаружена ошибка (Р оо )
3. 
   КК с ошибкой, но ошибка не обнаружена (Р нпр )

Рисунок 14.1. Граф состояний рассматриваемой системы с РОС – ОЖ
Вероятность неправильного приёма P * нп при неограниченном числе циклов переспроса будет включать в себя вероятность НП в первом цикле, вероятность НП после первого, второго и т. д. переспросов.


Скорость передачи информации в системах с РОС и ОЖ

К основным недостаткам систем РОС – ОЖ относится значительное снижение скорости R.

Причины снижения скорости :

• 
  введение избыточных (проверочных) элементов ( 1 );
• 
  наличие t ож – сигнала решения о качестве приёма ( 2 );
• 
  повторные передачи KК ( 3 ).

R = B  1  2  3

1. 
   Коэффициенты уменьшения скорости за счёт введения проверочных элементов

1. 
   Учитывая и избыточность и ожидание



3. При вероятности обнаружения ошибок в КК - P oo


Анализируя  1 и 3 следует, что для увеличения скорости R (или снижения потерь скорости) необходимо увеличивать длину блока n. Увеличение длины блока n:

• 
  снижает относительное количество избыточных элементов необходимых для обеспечения заданной верности ;
• 
  снижает относительные потери на ожидание решения о качестве приёма.

При передаче данных по каналам связи всегда возникают ошибки. Причины их могут быть самые различные, но результат оказывается один - данные искажаются и не могут быть использованы на приемной стороне для дальнейшей обработки. Борьба с возникающими ошибками ведется на разных уровнях семиуровневой модели OSI (в основном на первых четырех). Для борьбы с возникающими ошибками известно много различных способов. Все их можно подразделить на две группы: не использующие обратную связь и использующие обратную связь.

В первом случае на передающей стороне передаваемые данные кодируются одним из известных кодов с исправлением ошибок. На приемной стороне, соответственно, производится декодирование принимаемой информации и исправление обнаруженных ошибок. Исправляющая возможность применяемого кода зависит от числа избыточных битов, генерируемых кодером. Если вносимая избыточность невелика, то есть опасность того, что принимаемые данные будут содержать необнаруженные ошибки, которые могут привести к ошибкам в работе прикладного процесса. Если же использовать код с высокой исправляющей способностью (большой избыточностью), то это приводит к необоснованно низкой реальной скорости передачи данных.

Нередко встречаются случаи, когда информация может пере­даваться не только от одного корреспондента к другому, но и в обратном направлении.

В таких условиях появляется возможность использовать обратный поток информации для существенного по­вышения верности сообщений, переданных в прямом направлении. При этом не исключено, что по обоим каналам (прямому и обрат­ному) в основном непосредственно передаются сообщения в двух направлениях («дуплексная связь») и только часть пропускной способности каждого из каналов используют для передачи допол­нительных данных, предназначенных для повышения верности.

Возможны различные способы использования системы с обрат­ной связью в дискретном канале. Обычно их подразделяют на два типа: системы с информационной обратной связью и системы с управляющей обратной связью .

Системами с информационной обратной связью называются такие, в которых с приемного устройства на передающее поступает информация о том, в каком виде принято сообщение. На основании этой информации передающее устройство может вносить те или иные изменения в процесс передачи сообщения: например, повторить ошибочно принятые от­резки сообщения, изменить применяемый код (передав предвари­тельно соответствующий условный сигнал и убедившись в том, что он принят), либо вообще прекратить передачу при плохом со­стоянии канала до его улучшения.

В системах с управляющей обратной связью приемное устрой­ство на основании анализа принятого сигнала само принимает ре­шение о необходимости повторения, изменения способа передачи, временного перерыва связи и передает об этом приказание пере­дающему устройству. Возможны и смешанные методы использо­вания обратной связи, когда в некоторых случаях решение при­нимается на приемном устройстве, а в других случаях на переда­ющем устройстве на основании полученной по обратному каналу информации.

Простейшим по идее методом информационной обратной связи является метод полной обратной проверки и повторения (ОПП). В системах с информационной обратной связью передача информации осуществляется без помехоустойчивого кодирования . При этом принятый сигнал полностью ретранслируется на передающее устройство, где каждая принятая кодовая комбинация сверяется с переданной. В случае их несовпадения передающее устройство передает сигнал для стирания неправильно при­нятой комбинации, а затем повторяет нужную комбинацию. В качестве сиг­нала для стирания применяют специальную кодовую комбинацию, не исполь­зуемую при передаче сообщения.

Функциональная схема такой системы показана на рис. 8.37. Передаваемое сообщение, закодированное примитивным кодом, посылают в канал и одно­временно записывают в запоминающем устройстве (накопителе). Принятая ко­довая комбинация сразу не декодируется, запоминается в приемном накопи­теле и возвращается по обратному каналу на передающую сторону, где она сравнивается с переданной комбинацией. Если они совпадают, то передается следующая кодовая комбинация, в противном случае передается сигнал стирания.

При этом методе окончательный ошибочный прием кодовой комбинации возможен лишь тогда, когда ошибки в принятой комбинации компенсируются ошибками, возникающими в канале обратной связи. Другими словами, для того чтобы некоторый символ в переданной кодовой комбинации был окончательно принят ошибочно, необходимо и достаточно, чтобы, во-первых, произошла ошибка в прямом канале и, во-вторых, при ретрансляции произошла такая ошибка, которая изменит неправильный ретранслируемый символ на действи­тельно переданный. Это позволяет сразу вычислить вероятность необнаружен­ной, а следовательно, и неисправленной ошибки (в расчете на один символ):

где - вероятность ошибки в прямом канале; - вероятность противополож­ной ошибки в канале обратной связи.

Следовательно, если и велики, то система с полной ретрансляцией дает неудовлетворительные результаты. Практически данный метод имеет смысл в тех случаях, когда канал обратной связи обеспечивает весьма высокую вер­ность (например, при передаче сообщений на спутник с Земли), а прямой канал имеет низкую верность (например, при передаче сообщений со спутника на Землю ввиду того, что мощность передатчика на спутнике мала). Существен­ным недостатком системы с полной ретрансляцией является большая загрузка канала обратной связи. Существуют и более сложные системы с информа­ционной обратной связью, в которых используются помехоустойчивые коды.

Наиболее распространены системы с управляющей обратной связью (УОС) при использовании избыточных кодов для обнару­жения ошибок (рис. 8.38). Такие системы часто называют систе­мами с переспросом , или с автоматическим запросом ошибок , или с решающей обратной связью (РОС).

В большинстве случаев это системы дуплексные, т.е. инфор­мация в них передается в обоих направлениях. В кодере переда­ваемое сообщение кодируется кодом, позволяющим с большой вероятностью обнаруживать возникающие в канале ошибки. При­нятый кодовый блок декодируется с обнаружением ошибок. Если ошибки не обнаружены, то декодированный отрезок сообщения поступает к получателю. При обнаружении ошибок блок браку­ется и по обратному каналу передается специальный «сигнал переспроса». В большинстве систем этот сигнал представляет собой специальную кодовую комбинацию, на время передачи которой прерывается поток информации, идущей по обратному каналу. Прием сигнала переспроса вызывает повторение забракованного блока, который для этого хранится в накопителе-повторителе до тех пор, пока по обратному каналу не будет принята очередная кодовая комбинация, не содержащая переспроса.

В системах с решающей обратной связью применяются процедуры обнаружения ошибок и переспроса также называемые решающей обратной связью или обнаружением ошибок с автоматическим запросом повторения (АЗП, ARQ - Automatic Repeat Request ). В этом случае код применяется только в режиме обнаружения ошибок, что позволяет достичь очень низкой вероятности необнаруженной ошибки при незначительном уровне вводимой избыточности.

Для реализации механизма ARQ передаваемые данные организуются в специальные блоки, которые называются кадрами.

Цель лекции: изучение характеристик систем с обратной связью и рассмотрение структурной схемы с ОС.
Содержание:
а) характеристики систем с обратной связью и их особенности;
б) структурная схема системы с информационной обратной связью (ИОС) и решающей обратной связью (РОС), характеристики и алгоритмы работы.
12.1 Характеристики систем с обратной связью и их особенности
В системах с ОС ввод в передаваемую информацию избыточности производится с учетом состояния дискретного канала. С ухудшением состояния канала вводимая избыточность увеличивается, и, наоборот, по мере улучшения состояния канала она уменьшается.
В зависимости от назначения ОС различают системы: с решающей обратной связью (РОС), информационной обратной связью (ИОС) и с комбинированной обратной связью (КОС).
Передача с РОС аналогична телефонному разговору в условиях плохой слышимости, когда один из собеседников, плохо расслышав какое-либо слово или фразу, просит другого повторить их еще раз, а при хорошей слышимости или подтверждает факт получения информации, или, во всяком случае, не просит повторения.
Полученная по каналу ОС информация (квитанция) анализируется передатчиком, и по результатам анализа 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 полученными от передатчика служебными сигналами приемник ПКпр или выдает накопленную кодовую комбинацию получателю информации, или стирает ее и запоминает вновь переданную. В системах с укороченной ИОС, естественно, меньше загрузка обратного канала, но больше вероятность появления ошибок по сравнению с полной ИОС.

В системах с КОС решение о выдаче кодовой комбинации получателю информации или о повторной передаче может приниматься и в приемнике, и в передатчике системы ПДС, а канал ОС используется для передачи как квитанций, так и решений. Системы с ОС подразделяют также на системы с ограниченным числом повторений и с неограниченным числом повторений. В системах с ограниченным числом повторений каждая кодовая комбинация может повториться не более l раз, и в системах с неограниченным числом повторений передача комбинаций повторяется до тех пор, пока приемник или передатчик не примет решение о выдаче этой комбинации потребителю. При ограниченном числе повторений вероятность выдачи получателю неправильной комбинации больше, но зато меньше потери времени на передачу и проще реализация аппаратуры. Заметим, что в системах с ОС время передачи сообщения не остается постоянным и зависит от состояния канала.
Системы с ОС могут отбрасывать либо использовать информацию, содержащуюся в забракованных кодовых комбинациях, с целью принятия более правильного решения. Системы первого типа получили название систем без памяти, а второго - систем с памятью.
Обратной связью могут быть охвачены различные части системы (рисунок 12.1):
1) канал связи, при этом по каналу ОС передаются сведения о принимаемом сигнале до принятия какого-либо решения;
2) дискретный канал, при этом по каналу ОС передаются решения, принятые первой решающей схемой PC 1 на основе анализа единичных элементов сигнала;
3) канал передачи данных, при этом по каналу ОС передаются решения, принятые второй решающей схемой РС 2 на основе анализа кодовых комбинаций.

Рисунок 12.1 - Обратная связь в системе ПДС
В системах с ИОС также возможны потери верности за счет ошибок в каналах ОС. В укороченных ИОС такие ошибки возникают по причинам, аналогичным вышеизложенным, когда квитанция, соответствующая искаженному сигналу в канале ОС, трансформируется в квитанцию, соответствующую неискаженному сигналу. В результате передатчик не в состоянии обнаружить факт ошибочного приема. В полных ИОС в канале ОС возможны искажения, полностью компенсирующие искажения в прямом канале, в результате чего ошибки не могут быть обнаружены. Поэтому вопросам образования каналов ОС в системах ПДС уделяется очень большое внимание. Каналы ОС обычно образуются в каналах обратного направления связи с помощью методов частотного или временного разделения от каналов передачи полезной информации. Методы ЧРК используют обычно в системах со сравнительно небольшой удельной скоростью передачи, например, при передаче данных со скоростью 600... 1200 бит/с по каналам ТЧ. Во многих системах с РОС применяется структурный метод разделения, когда для сигнала переспроса используется специальная кодовая комбинация, а любая разрешенная кодовая комбинация в приемнике дешифруется как сигнал подтверждения и любая неразрешенная комбинация - как сигнал переспроса. Для защиты от искаженных сигналов, передаваемых по каналам ОС, применяют те же способы, что и для повышения верности полезной информации: корректирующие коды, многократную и параллельную передачи.

Системами передачи дискретной информации с обратной связью (ОС) называют системы, в которых повторение ранее переданной происходит лишь после приема сигнала ОС. Системы с обратной связью делятся на системы с решающей ОС и информационной ОС.

Системы с решающей обратной связью

В приемнике системы правильно принятые комбинации накапливаются в накопителе и, если после приема блока хотя бы одна из комбинаций не будет принята, то формируется сигнал переспроса, единый на весь блок. Повторяется снова весь блок, а в приемнике системы из блока отбираются комбинации, не принятые при первой передаче. Переспросы производятся до тех пор, пока не будет приняты все комбинации блока. После приема всех комбинаций посылается сигнал подтверждения. Получив его, передатчик передает следующий блок комбинаций (системы с адресным переспросом - РОС-АП). Эти системы во многом аналогичны системам с накоплением, но в отличие от последних приемник их формирует и передает сложный сигнал переспроса, в котором указываются условные номера (адреса) не принятых приемником комбинаций блока. В соответствии с этим сигналом, передатчик повторяет не весь блок, как в системе с накоплением, а лишь не принятые комбинации (системы с последовательной передачей кодовых комбинаций - РОС-ПП).

Известны различные варианты построения систем РОС-ПП, основными из которых являются:

Системы с изменением порядка следования комбинаций (РОС-ПП). В этих системах приемник стирает лишь комбинации, по которым решающим устройством принято решение на стирание, и только по этим комбинациям посылает на передатчик сигналы переспроса. Остальные комбинации выдаются в ПИ по мере их поступления.

Системы с восстановлением порядка следования комбинаций (РОС-ПП). От систем РОС-ПП данные системы отличаются лишь тем, что приемник их содержит устройство, восстанавливающее порядок следования комбинаций.

Системы с переменным уплотнением (РОС-ПП). Здесь передатчик поочередно передает комбинации из последовательностей, причем число последних выбирается так, чтобы ко времени передачи комбинаций на передатчике уже был принят сигнал ОС по ранее переданной комбинации этой последовательности.

Системы с блокировкой приемника на время приема комбинаций после обнаружения ошибки и повторением или переносом блока из комбинаций (РОС-ПП).

Системы с контролем заблокированных комбинаций (РОС-ПП). В этих системах после обнаружения ошибки в кодовой комбинации и передачи сигнала переспроса производится контроль на наличие обнаруженных ошибок h -1 комбинаций, следующих за комбинацией с обнаруженной ошибкой.

Системы с информационной обратной связью

Различие в логике работы систем с РОС и ИОС проявляется в скорости передачи. В большинстве случаев передача служебных знаков требуют меньших затрат энергии и времени, чем передача по прямому каналу опознавателей в системе с РОС. Поэтому скорость передачи сообщений в прямом направлении в системе с ИОС больше. Если помехоустойчивость обратного канала выше помехоустойчивости прямого, то достоверность передачи сообщений в системах с ИОС также выше. В случае полной бесшумной информационной обратной связи можно обеспечить безошибочную передачу сообщений по прямому каналу независимо от уровня помех в нем. Для этого надо дополнительно организовать корректировку искажаемых в прямом канале служебных знаков. Такой результат, в принципе, недостижим в системах с РОС распределенного типа. В случае группирующихся ошибок существенную роль играют условия, в которых передаются информационная и контрольная части кодовых комбинаций в обеих системах связи. При использовании ИОС часто имеет место единственная декорреляция ошибок в прямом и обратном каналах.

Важную роль при сравнении передачи сообщений с РОС и ИОС играют также длина используемого кода n и его избыточность s/t. Если избыточность невелика (s/n<0,3), то даже при бесшумном обратном канале ИОС практически не обеспечивает по достоверности преимущества перед РОС. Однако скорость передачи у систем с ИОС по-прежнему выше. Следует указать еще одно преимущество систем с ИОС, обусловленное различием в скорости. Каждому заданному значению эквивалентной вероятности ошибки соответствует оптимальная длина кода, при отклонении от которой скорость передачи в системе с РОС уменьшается. В системах с ИОС при s/n>0,3 передачу сообщений выгоднее вести короткими кодами. При заданной наперед достоверности скорость передачи от этого становится больше. Это выгодно с практической точки зрения, т.к осуществлять кодирование и декодирование при коротких кодах легче. С увеличением избыточности кода преимущество систем с ИОС по достоверности передачи возрастает даже при одинаковых по помехоустойчивости прямом и обратном каналах, особенно если передача сообщений и квитанции в системе с ИОС организована так, что ошибки в них оказываются некорректированными. Энергетический выигрыш в прямом канале системы с ИОС оказывается на порядок выше, чем в системе с РОС. Таким образом, ИОС во всех случаях обеспечивает равную или более высокую помехозащищенность передачи сообщений по прямому каналу, особенно при больших s и бесшумном обратном канале. ИОС наиболее рационально применять в таких системах, где обратный канал по роду своей загрузки может быть без ущерба для других целей использован для эффективной передачи квитирующей информации.

Однако общая сложность реализации систем с ИОС больше, чем систем с РОС. Поэтому системы с РОС нашли более широкое применение. Системы с ИОС применяют в тех случаях, когда обратный канал может быть без ущерба для других целей эффективно использован для передачи квитанций.