Методы повышения верности передачи дискретных данных в системах с обратной связью

Повысить верность передачи без существенного снижения пропускной способности можно, вво­дя переменную избыточность в сообщение в зависимости от со­стояния канала. Такие системы являются адаптивными, т. е. при­спосабливающимися к условиям канала. Для их построения нуж­но уметь оценивать на приемной стороне статистику ошибок в канале и пере­давать эти данные на передающую станцию. Таким образом, не­обходимо иметь дополнительный обратный канал от приемника к передающей станции и поэтому вся система связи оказывается си­стемой с обратной связью.

Системы с обратной связью делятся на три большие груп­пы:

1. Системы с решающей обратной связью (РОС).

2. Системы с ин­формационной обратной связью (ИОС).

3. Системы с комбиниро­ванной обратной связью (КОС).

Характерной особенностью всех этих систем является повторение переданной кодовой комбинации в случае обнаружения ошибки.

В системах с решающей обратной связью передаваемое сообщение кодируется кодом обнару­живающим ошибки, на приемной стороне проверяется нали­чие искажений в кодовой комбинации. Если ошибки обнаружены, то по обратному каналу посылается сигнал переспроса. Получая этот сигнал, передатчик повторяет переданную комбинацию. В слу­чае отсутствия сигнала «переспрос» по обратному каналу можно передавать полезную информацию в сторону передающей станции. Т.о. в системах с РОС решение о наличии ошибок в принятой кодовой комбинации принимает принимающая сторона.

В системах с информационной обратной связью решение о наличии ошибок (или ее отсут­ствии) принимает передающая станция. Приемник по обратному каналу передает либо принятую кодовую комбинацию (т.е. повторяет принятую им комбинацию), либо спе­циальные сигналы, имеющие меньший объем, чем принятая комбинация, но характеризующие качество приема. Эти сведения называются квитанциями. Таким обра­зом, в системах с ИОС по обратному каналу передается либо вся полезная информация, либо информация о ее отличительных признаках. Решение о правильности принятой комбинации прини­мает передающая станция.

Очевидно, что в системах с информационной обратной связью не требуется применение кодов, обнаруживающих ошибки. Поэтому реализация этих систем бо­лее проста.

Системы с комбинированной обратной связью представляют собой сочетание информацион­ной и решающей обратных связей. В таких системах решение о повторной передаче может приниматься и в приемнике, и в передатчике, а канал об­ратной связи может использоваться для передачи как квитанций, так и решений о неправильно принятой кодовой комбинации. Си­стемы с комбинированной обратной связью обладают высокой помехоустойчивостью.

В общем случае во всех системах с обратной связью для повышения верно­сти приема обычно используется помехоустойчивое кодирование.

Принципы помехоустойчивого кодирования

В простом равномерном коде число раз­рядов в кодовых комбинациях определяется числом сообщений и основанием кода. Так, если необходимо передавать 32 буквы алфавита двоичным кодом, то необходимая длина кодовой комбинации (число разрядов n) определяется как

n=log₂32 = 5.

Тогда любая пятиэлементная кодовая комбинация представляет собой букву алфавита. Если в процессе передачи такой кодовой комбина­ции произойдет ошибка в приеме даже одного элемента кодовой комбинации, то принятая кодовая комбинация будет воспринята приемником как другому буква.

В этом случае говорят, что все 32 кодовые комби­нации являются разрешенными, и возникающие ошибки просто переводят одну разрешенную комбинацию в другую, также разрешенную.

Коды, у которых все кодовые комбинации разрешены к переда­че, называются простыми или равнодоступными.

Идея помехоустойчивого кодирования состоит в том, что в передаваемую кодовую комбинацию вносят (по опре­деленным правилам) признаки разрешенной комбинации, при этом объем кодовой комбинации увеличивается, т.е. на один элемент кодовой комбинации приходится уже меньше одного бита полезной информации. Комбинация становится «избыточной».

Правила внесения избыточности, должны быть известны не только на передаче, но и на приеме. Если на приемной стороне эти признаки в кодовой комбинации не обнаруживаются, то считается, что произошла ошибка (или ошибки). В противном случае (при наличии признаков) считается, что кодовая комбинация принята правильно (является разрешенной).

Внесение избыточности при использовании корректирующих (помехоустойчивых) кодов обязательно связано с увеличением n – числа разрядов кодовой комбинации. Таким образом, все множество N₀=2ⁿ комбинаций, которое можно составить, если комбинация имеет n разрядов, можно разбить на два непересекающихся подмножества: подмножество разрешенных комбинаций, т.е. обладающих определенными признаками, и подмножество запрещенных комбинаций, этими признаками не обладающих. Помехоустойчивый код отличается от простого тем, что в канал передаются не все возможные кодовые комбинации N₀, которые можно сформировать из имеющегося числа разрядов n, а только их часть N, которая составляет подмножество разрешенных комбинаций:

.

Если в результате искажений переданная кодовая комбинация переходит в подмножество запрещенных кодовых комбинаций (N₀-N), то ошибка будет обнаружена. Однако, если совокупность ошибок в данной кодовой комбинации превращает ее в какую-либо другую разрешенную, то ошибки не могут быть обнаружены.