8. Адаптация в ситемах ПДС

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

В каждом состоянии канал может характеризоваться своей величиной вероятности ошибки PLош.

При известной PLош, для обеспечения заданной верности передачи можно подобрать способ ПУ кодирования. Но PLош будет изменяться. Тогда возникает противоречие:

– если выбирать код, исходя из средней величины PLош, то заданная верность будет обеспечиваться не на всех интервалах стационарности.

– если выбирать код по наихудшему состоянию (PLош max), то на других интервалах вносимая избыточность будет неоправданно большой, а скорость передачи информации (R) – маленькой.

Очевидно, что 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.

Для реализации адаптивной системы необходимо обеспечить контроль за состоянием канала. По результатам контроля принимается решение на изменение параметров СПДС.

Структурную схему адаптивной системы СПДС, в общем виде, можно представить так:

Может контролироваться: искажения формы сигналов, помеховая обстановка в сети электропитания и окружающем пространстве, коэффициент ошибок… .

По результатам контроля могут изменяться (параметры УЗО и УПС)

параметры сигналов (форма, уровень, …) на передаче
способ кодирования (избыточность)
предискажения
способ демодуляции (когерентн., некогерентн.) на приёме
способ декодирования (исправление или обнаружения ошибок)
… и другие.

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.

Рассмотрим структуру системы ПДС с ИОС

Алгоритм. Кодовые комбинации, поступающие в приёмник передаются по обратному каналу в передатчик. На передающей стороне сравниваются комбинации, которые передавались – с возвращёнными. Если они совпадают, то решающее устройство формирует сигнал на продолжение передачи и в прямой канал выдаются новые данные, а приёмник выдаёт принятые кодовые комбинации получателю. Если при сравнении обнаруживаются отличия, то передатчик вновь повторяет переданные ранее КК.

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.

Большее применение находят системы с РОС.

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

Рассмотрим более подробно систему (РОС - ОЖ)

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

Структурная схема СПД с РОС – ОЖ

Структурная схема СПД с РОС – ОЖ

Алгоритм работы:

КК выдаваемая ИС поступает в кодер, и одновременно в накопитель передачи Н пер. Кодер добавляет проверочные разряды в соответствии с алгоритмом ПУ кодирования. Далее КК модулируется (УПС) и выдаётся в прямой канал связи. Спустя некоторое время, необходимое для передачи по каналу tp , КК поступает в приёмник.

После УПС приёма информационная часть КК записываются в накопитель приёма, и одновременно с этим вся КК поступает в ПУ декодер.

Если декодер не обнаружил ошибку, то РУ принимает решение о качестве приёма и выдаёт соответствующий сигнал на УУ.

УУ – формирует сигнал для выдачи принятой порции информации получателю и команду для формирования сигнала ''подтверждения''.

Данный сигнал пройдя через ОК дешифруется ДСОС и поступает в УУ пер. По его приходу УУ передачи стирает старую комбинацию из Н пер и сигнализирует ИС о выдачи следующей порции информации (КК).

Если в результате декодирования обнаружена ошибка, то решающее устройство выдаёт соответствующий сигнал в УУ приёма. УУ стирает принятую КК из Н пр и даёт команду на формирование сигнала ''переспрос''.

После получения сигнала ''переспрос'' УУ пер запрещает ИС выдавать следующую КК, и подаёт сигнал накопителю, который посылает записанную в нём КК в декодер – повторно.

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

tpпк время распространения сигнала в прямом канале

tан –– время анализа правильности приёма

toc длительность сигнала ОС

tpoc распространение сигнала ОС

taoc анализ сигнала ОС

Следует отметить, что в системах с ОС появляются специфические искажения, в следствии 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''. Ниже изобразим временные диаграммы рассмотренных процессов.

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

  1. Повышение помехоустойчивости обратного канала.
  2. Циклическая нумерация передаваемых КК.

Каждой КК присваивается циклический номер например: 1,2,3,4, 1,2,3,4, 1,2,3, ..

Приёмник системы контролирует номера принимаемых комбинаций. И знает комбинация с каким номером должна быть получена следующей. То есть ожидаемый номер КК – известен.

Таким образом:

  • если номер полученной КК предшествует ожидаемому, то в обратный канал посылается сигнал подтверждения, что инициирует передачу следующей по номеру КК.
  • если номер принятой КК оказывается следующим за ожидаемой, то приёмник формирует сигнал ''выпадения''.

По этому сигналу передача либо прекращается, либо производится запрос на повторение предыдущей комбинации.

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 (Рппр)
  2. КК принята и в ней обнаружена ошибка (Роо)
  3. КК с ошибкой, но ошибка не обнаружена (Рнпр)

Для наглядности анализе нарисуем граф состояний рассматриваемой системы с РОС – ОЖ.

Комбинацию можно сразу принять правильно или не правильно (такие вероятности можно получить – легко), однако при обнаружении ошибок после переспросов ситуация повторяется и так далее.

Вопрос? Какова же вероятность неправильного приёма P*нп при неограниченном числе циклов переспроса?

P*нп - будет включать в себя вероятность НП в первом цикле, вероятность НП после первого, второго и т. д. переспросов.

получили бесконечную геометрическую прогрессию.

Сумма членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии:

где i – число членов Þ

т. к. Pоо 1 то P iоо0 окончательно получим .

Скорость передачи информации в системах с РОС и ОЖ

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

Причины снижения R следующие:

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

Учитывая все три фактора, для двоичного кода можно записать

найдём эти коэффициенты.

  1. коэффициенты уменьшения скорости за счёт введения проверочных элементов, очевиден
  2. = =

  3. для определения
проведём следующие рассуждения.

При передачи без избыточности, при длительности ед. эл. необходимо время k.

В системе с РОС – ОЖ n+ tож. Таким образом учитывая и избыточность и ожидание получим:

=

таким образом получим

.

3. где Pooвероятность обнаружения ошибок в КК.

Анализируя и - видим, что для ↑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.

Эти причины диктуют необходимость наращивания n.

Однако, при увеличении длины блока возрастает вероятность его поражения ошибкой (Kош), а значит увеличивается вероятность переспроса и увеличивается время необходимое для повторения длинной комбинации.

Вывод: для получения максимальной скорости R в системах с РОС и ОЖ требуется оптимизация длины блока.

Контрольные вопросы по теме:

  1. Что такое адаптивная система передачи и в чем ее преимущество перед неадаптивной.
  2. Что такое система с информационной обратной связью. Нарисуйте ее структурную схему.
  3. Что такое система с решающей обратной связью. Нарисуйте ее структурную схему.
  4. Что общего и в чем разница между системами с ИОС и РОС.
  5. Что такое "вставка" и "выпадение" в системах с решающей обратной связью и ожиданием (РОС-ОЖ). Каковы причины их возникновения.
  6. Как можно бороться с явлениями сдвига.
  7. Поясните влияние длины кодовой комбинации на скорость передачи информации в системах с решающей обратной связью и ожиданием (РОС-ОЖ).

Основы передачи дискретных сообщений


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.