Системы с обратной связью

Системы передачи с обратной связью обязательно имеют обратный канал связи, который используется для передачи сведений о качестве приёма сигналов и сообщений в прямом канале. Как правило, это двухсторонние системы. В отсутствие ошибок передача информации может осуществляться в прямом и обратном направлениях независимо. При обнаружении ошибки в любом из каналов передача информации прекращается и система переходит в режим исправления этой ошибки.

Обратной связью могут быть охвачены различные части системы передачи:

1. Обратная связь охватывает только линию связи, по обратному каналу передаются сведения о качестве принимаемого сигнала (например, о значении отношения сигнал/шум). По сигналу обратной связи могут быть изменена мощность передатчика или прекращена/восстановлена передача.

2. Обратная связь охватывает модулятор и демодулятор (первое решающее устройство). По обратному каналу передаются сведения о решениях, принимаемых демодулятором. По сигналам обратной связи передатчик может изменить характеристики передаваемых сигналов, в том числе способ модуляции или повторно передать некоторые сигналы, «стёртые» демодулятором из-за недопустимых искажений (канал со стиранием).

3. Обратная связь охватывает кодер и декодер (второе решающее устройство) помехоустойчивого кода, работающего в режиме обнаружения ошибок. По обратному каналу передаются сведения о качестве принимаемых сообщений в прямом канале. Эти сведения обычно используются для исправления ошибок методом повторной передачи сообщений, но могут быть применены и другие средства управления передатчиком, используемые в п.п. 1 и 2, в том числе прекращение передачи.

По способу использования канала обратной связи различают системы с информационной обратной связью (ИОС) и системы с решающей обратной связью (РОС).

В системах ИОС по обратному каналу передаются все принятые в прямом канале сообщения (или квитанции о них). Обнаружение ошибок производится в передатчике путём сравнения переданного сообщения и принятого по обратному каналу.

В системах РОС в прямом канале, как правило, используется помехоустойчивый код и обнаружение ошибок происходит в декодере приёмника, а по обратному каналу передаются только сигналы запроса повторения (переспроса). Системы РОС получили широкое распространение, так как более экономно используют обратный канал.

Системы РОС используют различные алгоритмы передачи сигналов и исправления ошибок. В системах с ожиданием (РОС-ОЖ) передача следующего блока данных производится только после приёма по обратному каналу сигнала подтверждения приёма или запроса повторения. В системах с блокировкой (РОС-Бл) передача в прямом канале ведётся непрерывно, но приёмник в случае обнаружения ошибки блокируется (закрывается) на время цикла повторения до повторного приёма кодового слова, принятого с ошибкой. С целью уменьшения потерь времени на исправление ошибок разработаны системы с адресным переспросом (РОС-АП), у которых запрос повторения производится по адресу ошибочного кодового слова. Адрес является преамбулой каждого кодового слова (или блока кодовых слов) при передаче в прямом канале. Используются и другие алгоритмы, предназначенные для повышения эффективности систем РОС.

Определим помехоустойчивость и скорость передачи системы РОС-Бл. Вероятность ошибки на выходе системы с переспросом имеет две составляющих . Первая - определяется вероятностью необнаруженных ошибок в прямом канале , вторая – вероятностью необнаруженных сигналов переспроса в обратном канале , в результате чего в прямом канале теряются кодовых слов на интервале блокировки приёмника. С учётом повторных обнаружений ошибок эти составляющие равны:

,

,

где - вероятность обнаружения ошибки в прямом канале.

Тогда

.(7.32)

Выражение в скобках представляет собой коэффициент увеличения вероятности ошибок из-за ошибок в обратном канале.

Средняя скорость передачи в системе РОС-Бл меньше скорости передачи кодовых слов в канале в раз, где

(7.33)

Анализ показывает, что при определённых значениях вероятности обнаружения ошибок системы с переспросом более эффективны в смысле приближения скорости передачи к пропускной способности канала. Достоинства этих систем особенно хорошо проявляются в нестационарных каналах связи, когда в дискретном канале ошибки пакетируются (например, реальные каналы с замираниями или импульсными помехами).

Дискретный канал с пакетирующимися ошибками это канал с памятью. В качестве математических моделей каналов с памятью обычно используются марковские дискретные последовательности различного порядка и с различным числом состояний. В большинстве практических приложений достаточную точность моделирования обеспечивают марковские последовательности первого порядка с двумя или тремя состояниями, которые отличаются вероятностью ошибок (рис. 7.15).

Рис. 7.15 – Граф и матрица переходных вероятностей

Для повышения помехоустойчивости в дискретном канале с памятью могут использоваться помехоустойчивые коды в режиме исправления ошибок. При этом выбор кода определяется степенью группирования ошибок. Если в канале имеют место только пакеты ошибок ограниченной длины, то могут быть применены специальные коды и декодеры, предназначенные для исправления пакетов ошибок (например, циклические коды Файра). Можно также построить коды большой длины методом перемежения коротких кодов, исправляющих ошибки кратности два или три. Длина исправляемого пакета ошибок увеличивается пропорционально числу перемежений кода.

Если кроме пакетов ошибок в канале имеют место независимые ошибки, то используются перемежители символов канала совместно с кодами, хорошо исправляющими независимые ошибки (например, коды БЧХ или свёрточные коды). В этом случае перемежитель устанавливается после кодера, а деперемежитель – перед декодером. Кроме того, следует помнить, что свёрточные коды с большой длиной кодового ограничения за счёт внутреннего перемежения могут эффективно использоваться и в каналах с пакетирующимися ошибками.