4.16. Итеративные коды

Итеративные или матричные коды характеризуются наличием двух или более систем проверок внутри каждой КК.

Принцип построения итеративного кода рассмотрим на примере

Пример запишем КК простого кода, предназначенные для передачи, в виде матрицы:

четность

1 0 1 1 1 0

0 0 1 0 0 1

1 1 1 0 0 1

нечет. 0 1 0 0 1 0

1 1 1 1 0 0

0 0 1 1 1 0

Закодируем каждую строку этой таблицы каким - либо кодом, а затем закодируем (не обязательно этим же кодом) каждый столбец таблицы. Например, строки закодируем кодом с четным числом единиц, а столбцы – с нечетным числом единиц.

Полученная комбинация (вся таблица) есть КК простейшего двухмерного итеративного кода, проверочные разряды которого сосредоточены в правом столбце и нижней строке. Каждый информационный разряд этого кода входит в комбинацию двух кодов – кода с четным числом единиц и кода с нечетным числом единиц.

Передача КК итеративного кода обычно происходит по строкам последовательно от первой строки к последней.

Могут быть образованы и многомерные итеративные коды, систематические и несистематические итеративные коды.

Параметры итеративных кодов определяются:

гдеn_i, k_i, d_0i,- параметры итеративных кодов

S – кратность итерирования

Поэтому итеративный код из нашего примера имеет d₀ =4 и обнаруживает ошибки кратности до 3. Кроме того, этот код обнаруживает все ошибки нечетной кратности.

Метод исправления ошибок следующий. Если не выполняются проверки для i-ой строки и j-го столбца, то элемент, стоящий на пересечении этих строки и столбца, заменяется на обратный.

Итеративные коды исправляют пачки ошибок длиной l+1, где l – длина строки матрицы.

Недостатком является высокая избыточность – 15-20%. Значительно превышает избыточность циклических кодов.

Используются при программной реализации кодирования и декодирования, т.е. в системах ПДС между ЭВМ, если эти ЭВМ обеспечивают повышение верности.

5. 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.

5.1. Принципы адаптации. Классификация систем пдс с ос

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

I

II

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.