2Разработка формата сообщения

2.1 Расчет длинны пакета

В процессе разработки СПД необходимо УЗО спроектировать так, чтобы обеспечить требуемую помехоустойчивость при максимальной эффективной скорости передачи данных. Помехоустойчивость и эффективная скорость зависят от избыточности передаваемых сообщений, причем с увеличением избыточности помехоустойчивость повышается, а эффективная скорость падает.

Для блочных разделимых кодов, при которых кодирование и декодирование осуществляются независимо для каждой кодовой комбинации (блока), избыточность Rопределяется по формуле:

, (2.1)

где k— количество информационных элементов;

n_б— общее число элементов в блоке;

r— число проверочных элементов.

В реальных СПД эффективная скорость будет меньше за счет передачи в канале, кроме rпроверочных элементов, дополнительной служебной информации, состоящей изn_слбит, то есть:

(2.2)

где V— скорость передачи, бит/с, численно равная для двоичных систем скорости модуляции.

Для повышения эффективности передачи данных метод кодирования следует выбирать таким образом, чтобы заданная помехоустойчивость обеспечивалась при минимальном числе проверочных элементов r, то же относится и к служебным знакам. Величинаrзависит от используемого кода, который выбирается исходя из требуемой вероятности ошибочного приема кодовой комбинации Р_кки характера ошибок в дискретном канале.

Передача сообщений от отправителя к получателю обычно осуществляется поблочно. Блок может содержать десятки и сотни символов (кодовых комбинации). Увеличение длины блока ведет к повышению числа проверочных элементовr, однакоrувеличивается значительно медленнееn_б. Поэтому, если необходимо обеспечить максимальную эффективную скорость передачи информации, то нужно увеличивать длину блока. Оптимальная величина блока определяется из графика зависимостиV_эф= φ(n_б) при фиксированных Р_о , n_слиr(это увеличение длины блока приводит к увеличению задержки выдачи информации получателю и усложняет аппаратурную реализацию СПД).

На практике рекомендуется использовать информационные блоки длиной kбит, выбираемые из ряда 120, 240, 480, 960 бит [5]. Приемлемой эффективной скоростью считаетсяV_эф= (0,90÷0,95)V, бит/с.

С целью предотвращения потери блока или вставки (повторно переданного одного и того же блока) каждому блоку при передаче следует присваивать определенный порядковый номер НБ, а на приемной стороне контролировать соблюдение очередности их поступления. При этом необязательно делать сквозную нумерацию блоков для всего передаваемого массива. Количество номеров должно быть на единицу больше числа повторяемых блоков при обнаружении ошибок, то есть достаточно через определенный цикл (3-6 блоков) циклически повторять эти номера. Например: № 1, № 2, № 3, № 4, № 1, № 2 и т. д. Это позволит уменьшить число элементов n_N, выделяемых для кодирования номеров блоков.

Кроме НБ в блок могут быть введены комбинации, обозначающие начало НТ и конец КТ блока, состоящие из n_ниn_кбит соответственно. Эти комбинации для кода, используемого для передачи данных [5], имеют стандартные значения: НТ – 0000010 и КТ – 0000011. Во многих практических случаях знаки НТ и КТ вводят в состав информации, формируемой отправителем, и нет необходимости формировать их в СПД. Тогда признаком начала блока может быть комбинация НБ, а прием номера следующего блока свидетельствует об окончании предыдущего.

В состав служебных символов блока может входить фазирующая кодовая комбинация (ФК), состоящая из lединичных элементов, которая служит для обеспечения синхронного переключения передающего и приемногораспределителей. Таким образом, формат блока сообщения в канале связи имеет вид, показанный на рис. 1. Количество служебных битn_слравно суммеn_сл =n_н+n_к+l+n_N.

Исходя из всего выше изложенного, примем следующие утверждения:

а) признаком начала блока является комбинация НБ, а прием номера следующего блока свидетельствует об окончании предыдущего;

б) количество номеров блоков должно быть на единицу больше числа повторяемых блоков при обнаружении ошибок, что позволит уменьшить число элементов n_N, выделяемых для кодирования номеров блоков;

Рисунок 2.1 – Типовой формат блока сообщения.

Оптимальная длина блока может быть найдена путем построения зависимости V_эф/V= φ(n_б) при заданных значениях Р_по ,rиn_сл.

Задаваясь рядом значений n_б = 120, 240, 480, 960 бит, а также значениемn_сл =8+3= 11 при известном Р_о =8*10^-4, и фиксированномr= 10, получим график зависимостиV_эф/V = φ(n_б),из которого и найдем оптимальное значение длины блока. Расчетная формула будет иметь вид:

Результаты расчетов сведем в таблицу и построим графики V_эф/V = φ(n_б) ( рисунок 2).

Таблица 1 – Результаты расчетов зависимостиV_эф/V= φ(n_б)

nб		Vэф/V
100		0,79
200		0,895
300		0,93
400		0,9475
500		0,958
600		0,965
700		0,97
800		0,97375
900		0,976667

Рисунок 2.2 – График зависимости V_эф/V = φ(n_б)

По графику видно, что оптимальное значение длины блока составляетn=300 бит, так как при этом соотношениеV_эф/V=0,93, что вполне устраивает условие обеспечение оптимальной скорости передачи.

2.2 Выбор способа фазирования по циклу

Устройства фазирования по циклу (УФЦ) служат для определения начала блока информации (цикла) в принимаемой последовательности цифровых сигналов, что необходимо для правильного декодирования сообщения. Фазирование по циклам представляет собой процесс принудительного установления определенного фазового соотношения между распределителями на передающей и приемной сторонах АПД, при котором первый, переданный в канал связи, бит направляется в первую ячейку приемного регистра, второй — во вторую и т. д. Для осуществления процесса фазирования на приемной стороне необходимо иметь сведения о фазе передающего распределителя. В отличие от поэлементной синхронизации эти сведения необходимо посылать на приемную часть АПД в начале передачи, либо в течение всего сеанса связи.

При непрерывной передаче сообщений или передаче больших массивов информации в результате различных возмущающих воздействий, способных нарушить синфазный режим работы системы, необходимо обеспечить систематический контроль за состоянием фазирующих устройств непрерывной передачей в канал маркерных комбинаций. В таких случаях следует применять маркерный способ фазирования.

Так как в канале передач возникают груповые ошибки применим маркерное фазирование (с непрерывной синхронизацией), при которых в течение всего сеанса связи по каналу совместно с информационными сигналами передаются специальные кодовые комбинации (маркеры), используемые для фазирования АПД по циклу.

Также различают синхронные и стартстопные способы фазирования. В синхронных — циклы фиксированной длины следуют непрерывно друг за другом, в связи с чем их начало и конец в сфазированном приемнике заранее известны. При стартстопном — цикл может начаться в произвольный момент времени, а длина его — быть произвольной. В промежутках между выдачей блоков передающий и приемный распределители находятся на «стопе». Запуск их происходит под действием команды «Старт», подаваемой перед началом блока в канал связи. Команда «Старт» может быть представлена отдельным сигналом или кодовой комбинацией.

Независимо от способа фазирования любая схема УФЦ должна содержать блок ввода в передаваемую последовательность маркерной комбинации на передающей стороне и блок выделения этой комбинации в приемнике.

Построение УФЦ зависит от многих факторов: количества бит и структуры маркера, способов размещения и передачи фазирующих комбинаций в блоке, способов их селекции и др. В то же время, УФЦ должны быть простыми и надежными в работе, обеспечивать малое время фазирования перед началом передачи информационных сообщений и после перерывов связи, обладать высокой помехоустойчивостью, исключающей установление ложной фазы, незначительно снижать пропускную способность за счет введения фазирующей информации.

В процессе проектирования устройств фазирования по циклам сделаем такой выбор:

1) способ фазирования маркерный синхронный;

2) воспользоваться синхронизирующими свойствами

3) расположить маркерную комбинацию в начале

4) количество разрядов в маркерной комбинации 8 бит структура

Длина блока составляет более 100 бит, маркерную комбинацию для более простой аппаратурной реализации целесообразно располагать в начале, а не передавать l-разрядную фазирующую комбинацию заlциклов по одному биту в блоке.

Таким образом применяем маркерный способ фазирования по циклам с одной фазирующей последовательностью в виде цельного блока в начале передаваемого сообщения.

При выборе маркерной комбинации следует иметь в виду, что ее длина оказывает определяющее влияние на вероятности ложного фазирования Р_лфи пропуска Р_пр. Вероятность Р_лфзависит от числа единичных элементов, входящих в блок. Вероятность ложного выделения маркера из информационнойпоследовательности определяется только его длиной и числом информационных элементов, включая избыточные, в передаваемом блоке информации, а вероятность ложной регистрации фазирующей комбинации на пересечении маркерных и информационных элементов блока зависит от структуры маркерной кодовой комбинации. Для уменьшения вероятности ложного выделения маркера при выборе его структуры необходимо учитывать:

1) структура маркерной комбинации не должна быть однородной, например состоящей только из одних единиц;

2) разряды начала и конца ее должны быть различными. Например, маркер вида 1011110 нецелесообразно применять, он имеет одинаковые комбинации (в начале и конце его 10);

3) структура фазирующей комбинации не должна быть строго регулярной, например вида 11110000, так как искажение даже одного разряда может привести к образованию ложной маркерной комбинации, образованной частью ее разрядов, состоящей из (l–1) бит и одного разряда двоичной последовательности, входящей в состав блока. Длину маркерной комбинации целесообразно брать кратной байту или полубайту.

С учетом этих рекомендаций и выбора соответствующей длины маркера можно обеспечить приемлемое значение вероятности ложного фазирования при однократном приеме маркерной комбинации Р_лф, которая определяется формулой:

(2.3)

где n—число разрядов в блоке, за исключением фазирующей комбинации, то есть n = n_б –l;l— количество бит в маркерной комбинации.

Тогда

(2.4)

Задаваясь рядом значений l = 4, 8, 12, …, при известных Р_{лф зад} = 0,9·10^-5 иn_б =310, получим ряд значений для вероятности ложного фазирования при однократном приеме маркерной комбинацииР_лф,из которых и найдем оптимальное значение длины маркерной комбинации.

Так как длина фазирующей комбинации должна быть кратной байту или полубайту, то принимаем ее равной l= 8 бита.

Итак, нами был выбран синхронный маркерный способ фазирования по циклу с применением маркерной комбинации длиной l= 8 бита, причем она располагается в начале блока. С учетом всех рекомендаций и выбора длины маркера маркерная комбинация будет иметь вид: 1001 1101.