3. Описание лабораторной установки:

Избыточное помехоустойчивое кодирование цифровой информации в зависимости от организации работы системы передачи и её условий работы может быть использовано по-разному.

Так, в радиолиниях связи чаще всего корректирующие коды используются для исправления ошибок малой кратности (1,2) при передаче дискретной информации – команд, разовых измерений, букв. При передаче непрерывной информации кодовым методом между отсчетами сообщения, как правило, существует значительная статистическая или функциональная связь. В этом случае предпочтительнее использовать корректирующую способность кода для обнаружения ошибок и стирания неправильных кодовых комбинаций (отсчётов сообщения). Возможно также совместное использование в радиолиниях исправляющей и обнаруживающей способности кода. В тех случаях, когда скорость передачи информации менее важна, чем её помехоустойчивость, применяются системы связи с обратным каналом. При этом корректирующая способность кода в большей степени используется для обнаружения ошибок. При обнаружении ошибки на приемной стороне на передающую сторону посылается сигнал на повторение неправильно принятой комбинации. Повторение производится до тех пор, пока не будет принята информация без ошибок. При этом получателю выдаются либо безошибочные кодовые комбинации, либо комбинации, в которых произошла необнаруженная ошибка. Ошибочные комбинации могут быть получены, если необнаруженная ошибка возникла при 1-й передаче, либо при повторениях с обнаружением, а при N+1 повторении возникает необнаруженная ошибка. Вероятность остаточной ошибки при этом может быть получена как и характеризует качество системы с переспросом.

(12)

Для конкретной помеховой ситуации величины зависят от свойств кода.

Основным назначением исследуемой лабораторной установки является изучение одного из методов избыточного кодирования корректирующим систематическим кодом (7,4) в системе с обратным каналом и неограниченным числом переспросов, измерение и расчет некоторых характеристик системы ().

Установка состоит из следующих основных частей:

1. 4-разрядный датчик информационного двоичного кода.

2.  Кодирующее устройство, реализующее код (7,4).

3.  Прямой канал связи для последовательного способа передачи кода.

4.  Датчик искажений в линии связи.

5.  Приемный регистр 7-разрядного кода.

6.  Схема коррекции, обнаруживающая и исправляющая ошибки.

7.  Входной регистр приемника для 4 информационных разрядов.

8. Обратный канал связи.

9. Схема регистрации ошибок в канале связи.

10. Схема индикации результатов эксперимента.

11. Схема управления и синхронизации работы установки.

Функциональная схема лабораторной работы № 6 приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Упрощенная функциональная схема лабораторной установки

Датчик информации представляет собой двоичный счетчик, который при подаче на него запускающих импульсов позволяет реализовать любую кодовую комбинацию 4~разрядного двоичного кода. Смена информации в датчике может производиться как вручную – последовательным нажатием кнопки, так и автоматически. По сигналу обнаружения ошибки, поступающему с обратного канала, смена кодовой комбинации в датчике информации запрещается.

Кодирующее устройство формирует значения трёх проверочных разрядов кода. Оно выполнено на сумматорах по модулю 2. Кодирование и запись в передающий регистр происходит в параллельном потенциальном коде.

В линии связи происходит последовательная передача кода. Для этого тактовый генератор производят последовательное считывание информации с разрядов передающего регистра, формируя кодовые посылки, следующие с частотой F = 1000 Гц. Длительность кодовой группы приблизительно в 8 раз меньше периода ее повторения. Пауза между группами кодов используется для работы схем обнаружения и исправления ошибок на приёмной стороне. Приёмный регистр линии связи преобразует последова­тельный код в параллельный, и работа последующих устройств происходит по окончании записи кода.

Датчик искажений инвертирует значение разряда кода на противоположный при совпадении импульса генератора хаотической импульсной помехи (ХИП) с соответствующим разрядом кода. Меняя интенсивность появления импульсов ХИП, можно обеспечить различное значение вероятности ошибки и её кратность. Искажения передаваемых кодов в установке можно также вводить вручную тумблерами П1–П7 "Искажения разрядов".

Схема коррекции ошибок состоит из логических схем, формирующих исправляющий вектор – сумматоров по модулю 2, дешифратора, который определяет ошибочно принятый разряд и формирует истинное значение искаженного информационного разряда. Эта же схема используется для формирования признака "обнаружения" и "необнаружения" ошибок в 7-разрядной группе, но yжe без определения номера искажённого разряда. При необнаружении ошибки по обратному каналу передается импульсный сигнал разрешения, с приходом которого код на выходе датчика информации изменяется. При обнаружении ошибки кодовая комбинация на датчика не изменяется и передается до тех пор, пока она не будет принята правильно или возникнет необнаруживаемая ошибка.

Выходной регистр приемника формирует значения информационных разрядов для получателя после схемы коррекции ошибок и выдает на индикацию значение выходного кода и номер разряда, в котором произошла одиночная ошибка.

Схема регистрации ошибок (блок сравнения) работает на принципе антисовпадения, регистрируя несовпадения передающего и принятого информационного кода без логической обработки. Таким образам, эта схема фиксирует все комбинации, поступившие на приемную сторону с ошибками.

Схема управления обеспечивает следующие режимы работы установки:

а) "ручной режим" с разовым набором информационных кодов, введением искажений в разряды и разовой передачей кода (7,4). Этот режим служит для изучения корректирующих возможностей кода и логики работы схем кодирования и декодирования. Работа в этом режиме осуществляется кнопками "Ручной набор кода" и "Передача". Состояния соответствующих регистров передатчика и приемника показываются в схеме индикации;

б) "автоматический режим" с периодической сменой информационных кодов, которая производится с частотой F = 1500 Гц. В автоматическом режиме кодовые группы передаются через линию связи с помехами, где подвергаются искажениям. На приемной стороне ошибки обнаруживаются. При включенном обратном канале ошибочно принятые комбинации повторяются.

Характеристики системы для различных режимов можно снять, фиксируя общее число обнаруженных ошибок N₀₀ и число ошибочных кодов N_общ при различном уровне помех в канале связи. Уровень помех регулируется ручкой "Интенсивность ХИП".

Регистрация числа ошибок производится двумя счетчиками импульсов, включенными параллельно, т.е. все управление ведется с одного счетчика командами "Сброс" - "Пуск". Необходимое время измерения (Т_изм = 30 с) устанавливается переключателем "Экспозиция" на обоих счетчиках.

Структурная схема Simulink-модели, соответствующая реальной установке, изображённой на рисунке 1, приведена на рисунке 2. На верхней половине рисунка 2 представлена модель передающей части вместе с каналом связи и источником помех, на нижней половине – модель приёмной части вместе с регистраторами и сравнивающими устройствами.

Рисунок 2 – Блок-схема модели для исследования статистических

характеристик систематического кода (7,4)

В передающей части информационный код формируется двоичным 4-х разрядным счётчиком либо от генератора периодически следующих импульсов Pulse Generator, либо от генератора хаотически следующих импульсов XIP Generator. Частота следования импульсов равна 1 Гц. На этой фиксированной частоте работает вся Simulink-модель установки. Весь процесс формирования кода, его прохождения через канал связи и обработки выполняется за один такт, т.е. за 1 секунду. Сформированный счётчиком и дополненный проверочными битами 7-разрядный код назван , после ручного ввода (переключателиP1-P7) ошибок – , а его изменённый образ после прохождения через канал связи с помехами –. Уровень помех задаётся в блокеPomecha установкой числового значения вероятности битовой ошибки (BER) в пределах от 0 до 1.

На приёмной стороне из принятого кода в блоке декодированияDeCoder формируется код ошибки , на основе которого в блоке дешифрацииDeshifrator определяются номера ошибочно принятых разрядов кода . Информация об ошибочно принятых разрядах в виде 4-х разрядного кодапередаётся в блок коррекцииCorrector, где у принятого кода инвертируются ошибочно переданные разряды. Код, полученный в результате коррекции, называется. В блокеAnalysis он сравнивается с переданным кодом , подсчитывается число ошибочно принятых разрядовNosh и формируется сигнал ошибки в виде числа, равного 1, если ошибки есть, и 0, если их нет.

Для сравнения откорректированного принятого кода из рабочего пространства (WS = Work Space) системы MATLAB вызывается первоначальный (истинный, не подвергавшийся ручной модификации) код .

Включение и отключение обратной связи выполняется переключателем P8.

Установка позволяет исследовать свойства систематического кода (7,4) как в пошаговом режиме, так и на определённом интервале дискретного времени. Управление режимами проводится с помощью блока Synchronization указанием числа тактов (временных шагов).

Статистические характеристики свойств кода (7,4) можно посмотреть в дополнительном окне (рисунок 3), которое вызывается при щёлке мышью по блоку Obrabotka.

Рисунок 3 – Окно вывода результатов исследования статистических характеристик систематического кода (7,4)