2. Обнаружение ошибок. Частота появления ошибок

Обнаружение ошибок.

Ш умы на телефонной линии вызываются переходными процессами при коммутации на АТС или внешними причинами. На рисунке показана упрощённая коммутируемая сеть общего пользования (КТСОП). Вызов, полученный от одного из абонентов, проходит через коммутационное оборудование другой АТС и поступает к вызываемому абоненту. Источниками большинства шумов в телефонной сети является сама телефонная станция. На многих станциях сохранилось электронное механическое оборудование, в котором установление и разъединение абонентов соответствует замкнутым и разомкнутым контактам. При замыкании/размыкании образуются слабые разряды, являющиеся источниками электромагнитных излучений. Это приводит к наводкам в телефонных проводах, т.е. к шуму. Если учесть, что на АТС много таких контактов, то понятно, что АТС является основным источником шума.

Импульсные шумы на телефонных линиях обычно группируются, а сами группы возникают более-менее случайно. Шумы бывают и регулярные (отказ аппаратуры). Переходные электронные АТС резко уменьшают количество шумов. Электронная коммутация происходит практически без электромагнитных излучений.

Человеческий мозг хороший вычислитель. Он легко адаптируется к изменениям на линии и минимизирует влияние шумов. Искажённое слово восстанавливается по контексту. Если условия на линии ухудшились, можно попросить говорить медленно. Аналогично любые передатчики и приёмники могут изменять процедуры обмена информацией с тем, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям.

Большинство систем передачи данных используют КТСОП и они подвержены тем же шумам. Но если при передаче данных исказится хотя бы один бит, ЭВМ не сможет его восстановить, если не использовать для этой цели избыточную информацию. Не во всех системах передачи данных нужно восстанавливать эти данные, достаточно обнаружить ошибку и не учитывать (слежение за орбитой спутника, отсчёты идут каждую секунду и искажённый отсчёт можно отбросить). Если передаётся коммерческая информация, необходимо не только обнаружить ошибку, но и исправить её. Такую ошибку не исправить интерполяцией между соседними блоками данных. В коммерческой информации не обязательно существует корреляция между содержанием соседних блоков.

Частота появления ошибок.

Она зависит от скорости передачи данных. На рисунке показано влияние помехи длительностью 2 мс на данные. При передаче со скоростью 50 бит/с длительность каждого бита составляет 20 мс. Оборудование на приёме стробирует каждый бит как можно ближе к его центру, чтобы определить, что именно передано: 0 или 1. Для определения состояния бита фактически производится нечто вроде съёмки с короткой выдержкой. Если импульс шума возникает в тот момент, когда приёмник стробирует бит, то появление ошибки зависит от мгновенного состояния каждого искажённого бита. При скорости передачи 50 бит/с маловероятно, что импульс шума в 2 мс повлияет на данные, т.к. существует только один вариант из 10, что импульс шума придётся на момент стробирования бита.

При увеличении скорости до 1000 бит/с длительность бита уменьшается до 1 мс и импульс шума поразит 2 бита. Очень вероятно, что один или даже два бита будут искажены. Если увеличить скорость до 10000 бит/с, то импульс шума длительностью 2 мс будет содержать 20 бит и большая вероятность, что один или несколько бит окажутся искажёнными.

Таким образом, с увеличением скорости увеличивается вероятность ошибок. Дело усугубляется тем, что в высокоскоростных модемах используются сложные методы модуляции и вполне вероятно, что один импульс шума исказит целую цепочку бит, т.к. может нарушиться целый процесс модуляции в модеме.

Сведения о частоте появления шума владельцы линии КТСОП не афишируют и этим вопросом они начали заниматься, когда линии начали использовать для передачи данных.

Ниже приведена частота появления ошибочного бита при разных скоростях передачи:

Скорость передачи, бит/с	Частота появления ошибки
1200	1 бит на 200000 бит
2400	1 бит на 100000 бит
9600	1 бит на 1000-10000 бит

Для скорости 9600 бит/с приведён широкий диапазон частоты, т.к. качество телефонной связи в различных сетях весьма различна. Существуют воздушные линии, много парные кабели, коаксиальные кабели. Пропускная способность определяет частоту возникновения ошибок. На низких скоростях передачи система сравнительно нечувствительна к качеству линии. Проведённые исследования на разных линиях показали большой разброс возникновения ошибок. Эти изменения составляют 3-4 порядка. Такую частность появления ошибок можно ожидать от линии, которая удовлетворяет МККТТ.

Анализируя приведённую частоту возможности возникновения ошибки можно понять, почему во многих странах верхний предел скорости передачи по линиям КТСОП равен 1200 бит/с. Возникновение более одного ошибочного бита на 100-200 тысяч бит является, как правило, неприемлемым для передачи. Но во многих сетях можно использовать линии с более высокой частотой появления ошибок благодаря способу группирования ошибок, т.к. можно считать случайно распределёнными не отдельные ошибки, а их группы. При передаче данных блоками, этот способ является полезным, т.к. нет большой разницы между блоками с одним искажённым битом и блоками с 10-15 искажёнными битами.

Таким образом, при возникновении 100 случайных импульсов шума длительностью в один бит может быть поражено 100 блоков данных. Если такое число импульсов будет сгруппировано в несколько пачек на том же интервале времени, то будет искажено значительно меньше блоков данных. Отсюда следует, что с точки зрения передачи по каналам связи в системах поблочной передачи, при высокой частоте появления ошибок предпочтительно использование блоков данных малой длины.