Лекція 20. Системи передачі інформації Системи передачі інформації

Структурні схеми систем передачі інформації

Системи передачі інформації (СПІ) можна розділити на дві групи: системи без зворотного зв'язку і системи зі зворотним зв'язком.

До першої групи відносяться СПІ, що використовують для передачі інформації прості (ненадлишкові) коди, і СПІ, що використовують надлишкові коди, що виявляють і виправляють помилки. СПІ з застосуванням простих кодів не можуть забезпечити високої правильності переданої інформації через низьку завадостійкість прийому повідомлень в умовах дії завад. Такі системи знаходять застосування головним чином при передачі інформації на короткі відстані при низькому рівні завад у лінії (каналі) зв'язку.

Застосування надлишкового кодування повідомлень у СПІ без зворотного зв'язку дозволяє підвищити правильність переданої інформації при роботі каналів з завадами. Особливо ефективно в цьому випадку використання надлишкових кодів, що виправляють помилки. Коригувальне кодування передбачає введення в первинний код визначеної надмірності, що залежить від коду, є постійної і не змінюється в залежності від стану каналу зв'язку.

Може виникнути випадок, коли через поганий стан каналу (високий рівень завад, переривання і т.п.) обраний для передачі надлишковий код не забезпечує заданої правильності переданої інформації. Разом з тим застосування надлишкових коригувальних кодів, що виправляють помилки, приводить або до необхідності збільшення часу передачі, або, при збереженні необхідного часу передачі, до підвищення швидкості передачі, тобто скороченню тривалості елементів кодової комбінації. В останньому випадку потрібно розширення смуги частот каналу. Крім того, зі збільшенням швидкості передачі зростає імовірність помилки елемента кодової комбінації через зменшення енергії сигналу.

У каналах з пакетним розподілом помилок вимоги до кодів, що виправляють помилки, посилюються, ускладнюється реалізація пристроїв, що кодують і декодують.

Таким чином, вибір коду для СПІ без зворотного зв'язку є досить складною задачею, що пояснює обмежене застосування подібних СПІ.

Обмежує застосування СПІ без зворотного зв'язку і відсутність адаптації їх до якості каналу зв'язку. Уведення ж перемінної надмірності коду в залежності від стану каналу на основі дії різного роду детекторів якості каналу значно ускладнює апаратуру через уведення великого числа логічних операцій при декодуванні.

Зворотні зв'язки (зз)

До другої групи СПІ (зі зворотним зв'язком) відносяться системи, у яких якість передачі інформації контролюється і керується за допомогою використання каналу зворотного зв'язку. Як правило, у таких системах застосовують коди, що виявляють помилки. Перевагою СПІ зі зворотним зв'язком є можливість підвищення правильності переданої інформації без ускладнення коду, використовуваного в системі, простою зміною функцій зворотного каналу. У таких системах по каналу А -> Б передають повідомлення від станції А до станції Б (прямий канал). Зворотний же канал у СПІ може бути використаний для посилки передавальному пристрою А зведень про фактичний прийом повідомлень на станції Б. Зворотний зв'язок у СПІ (мал. 1)застосовують для одержання зведень: 1 — про сигнали на виході прямого каналу (фіксується факт надходження сигналу з лінії зв'язку на вхід приймача чи проходження сигналом перших каскадів приймача); 2 — про фіксацію одиничних елементів сигналу демодулятором (охоплює модем); 3 — про прийняті кодові комбінації (охоплює всю систему).

Варіант 1 зворотного зв'язку фактично контролює якість прямого каналу, і в залежності від його стану передавач може змінювати умови передачі сигналів (метод кодування, вид модуляції, швидкість передачі, потужність сигналу і т.д.). Варіант 2 - зворотні зв'язки контролюють роботу модему, правильність демодуляції сигналів. Варіант 3 - зворотні зв'язки

контролюють роботу декодера. Таким чином, у варіантах 2 і 3 зворотний зв'язок контролює рішення, прийняті приймачем.

У залежності від використання зворотного зв'язку СПІ кожного з трьох типів поділяють на системи з перезапитом, з інформаційним зворотним зв'язком (ІЗЗ) і з командним зворотним зв'язком (КЗЗ).

- ВЗЗ (вирішальний зворотний зв'язок) - рішення про правильність прийнятої інформації виноситься приймачем і по зворотному каналі видається або підтвердження правильності прийому. Або запит на повторення не прийнятої інформації. Добре тим, що використовуються прості коди й у зворотному каналі швидкість передачі висока.

- ІЗЗ (інформація зворотного зв'язку) - рішення про правильність прийнятої інформації видає передавач на основі переданої і прийнятий зі зворотного зв'язку інформації. Процес повторюється доти поки інформація не збігається. З ІЗЗ можна передавати без кодів.

- КЗЗ (комбінований зворотний зв'язок) ВЗЗ і ІЗЗ.

У системах з перезапитом першого типу (мал. 2.а), де ДП — джерело повідомлення; К — кодер; М — модулятор; Кл — ключ; ЗП — запам'ятовуючий пристрій; ДМ — демодулятор; ПО — пристрій оцінки; ДК — декодер; ОП — одержувач повідомлення. На прийомній стороні по якому-небудь параметру сигналу (наприклад, частотному спектру, середній потужності і т.п.), оцінюється ступінь його спотворення і, якщо спотворення перевищать деякий припустимий рівень, сигнал стирається й у зворотний канал посилається сигнал запиту на повторення передавальною стороною переданого сигналу. Аналогічний запит передається по зворотному каналу й у випадку, якщо приймач узагалі не знайшов переданий по прямому каналі сигнал. Для забезпечення повторення неприйнятого приймачем сигналу на передавальній стороні встановлюється запам'ятовуючий пристрій ЗП. Прийомна сторона також у ряді випадків може містити ЗП.

У системах з перезапитом другого типу (мал. 2.б) сигнали, що прийшли на прийомну сторону, також оцінюються по ступеню їхнього спотворення. Однак, на відміну від аналогічних СПІ першого типу, ця оцінка виконується або ДМ із зоною ненадійності, або ДМ із зоною стирання, що дозволяє приймати рішення по сигналах з невеликим ступенем спотворення. У іншому випадку ДМ видає сигнал про неможливість ухвалення рішення, у результаті чого по зворотному каналу передається сигнал запиту про повторення стертого сигналу по прямому каналу. Повторення забезпечується установкою на передавальній стороні ЗП. Аналогічний ЗП може також встановлюватися в ряді випадків і на прийомній стороні.

У СПІ з перезапитом третього типу (мал. 2.в) передача повідомлень по прямому каналі здійснюється коригувальним кодом, що дозволяє виявляти помилки. При виявленні помилки в кодовій комбінації декодер ДК стирає її і видає в зворотний канал сигнал перезапиту. Цей сигнал може посилатися або після кожної спотвореної комбінації, або після прийому визначеного числа кодових комбінацій, серед яких є спотворена комбінація. Відповідно до цього розрізняють СПІ з перезапитом слів (комбінацій), коли по сигналу перезапиту передавач повторює тільки комбінацію,

прийняту приймачем з помилкою; і з перезапитом груп слів (комбінацій), коли повторюється група комбінацій, серед останніх можуть бути комбінації, у яких декодер приймача не знайшов помилок. Повторення комбінації (групи комбінацій) забезпечується установкою на передавальній стороні ЗП.

Системи з перезапитом у залежності від організації передачі інформації від ДП поділяються на системи з очікуванням і без очікування відповіді. У першому випадку приймач по кожному прийнятому повідомленню (групи повідомлень) передає по зворотному каналі або команду «Продовження передачі» при прийомі по прямому каналі повідомлення без спотворень, або команду «Перезапит» — при спотвореному повідомленні. При приході команди «Перезапит» передавач чергове повідомлення з ДП не виводить, а здійснює повтор повідомлення (групи повідомлень). При надходженні команди «Продовження передачі» передавач направляє в прямий канал чергове повідомлення ДП.

У системах без очікування відповіді передавач направляє в прямий канал повідомлення від ДП неперервно одне за іншим і припиняє передачу тільки при надходженні по зворотному каналу команди «Перезапит», що формується у випадку надходження по прямому каналу спотвореного повідомлення (групи повідомлень). При цьому в прямий канал посилається повідомлення (група повідомлень), до якого відноситься дана команда. Природно, що такі системи забезпечують передачу більшого числа повідомлень в одиницю часу.

По виду перезапиту розрізняють системи з безадресним і адресним перезапитом. У першому випадку при виявленні хоча б однієї помилки в групі прийнятих слів стирається вся ця група й у зворотний канал надходить команда перезапиту, по якій передавачем повторюється вся група стертих слів. У системах з адресним перезапитом стираються тільки спотворені слова в групі і слідом за командою «Перезапит» по зворотному каналу направляються їхні адреси, по яких передавач здійснює повторення по прямому каналу відповідних слів. На прийомній стороні згідно цим же адресам виробляється запис у ЗП слів, прийнятих по прямому каналу.

У СПІ з ІЗЗ першого типу (мал. 3.а) по зворотному каналу передаються сигнали, що надходять на прийомну сторону по прямому каналу. На передавальній стороні сигнали, що приходять зі зворотного каналу, чи їхньої характеристики (потужність, спектр і т.п.) порівнюються пристроєм порівняння ВУС з тими ж чи сигналами їх характеристиками, переданими в прямий канал, і за результатами порівняння приймається рішення про правильність переданого по прямому каналу сигналу. У випадку розбіжності переданого по прямому і прийнятого по зворотному каналу сигналів, передача сигналу по прямому каналу повторюється доти, поки ВУС не зафіксує збіг. ЗП на передавальній стороні служить для забезпечення можливості порівняння зазначених

сигналів.

У СПІ з ІЗЗ другого типу (мал. 3.б) демодулятор ДМ прямого каналу приймає остаточне рішення по кожнім прийнятому сигналі. Прийняті рішення передаються по зворотному каналу на передавальну сторону, де виробляється їхнє порівняння з переданими раніше по прямому каналу сигналами. Для забезпечення можливості порівняння цих сигналів на передавальній стороні установлюється ЗП. У випадку розбіжностей передавач посилає по прямому каналу спеціальну команду стирання в ЗП приймальні сторони неправильно прийнятих символів. Потім по прямому каналу знову повторюються сигнали, що відповідають раніше, стертим символам.

У залежності від застосовуваного в СПІ способу порівняння розрізняють системи з порівнянням слів (кодових комбінацій) і з порівнянням груп слів (груп комбінацій). Відповідно в першому випадку стирається одна кодова комбінація, у другому — група кодових комбінацій.

У СПІ з ІЗЗ третього типу (мал. 3.б) передача повідомлень по прямому каналу здійснюється коригувальним кодом, що дозволяє виявляти і виправляти спотворені кодові комбінації. На прийомній стороні з виходу декодера ДК виправлене повідомлення записується в ЗП й одночасно надходить у кодер зворотного каналу, де здійснюється кодування цього повідомлення тим же чи іншим кодом, після чого це повідомлення подається в дискретний модулятор зворотного каналу, з виходу якого у виді відповідних сигналів надходить у зворотний канал.

На передавальній стороні сигнали, що надходять зі зворотного каналу, демодулюються. Після виправлення декодером помилок у комбінаціях повідомлення надходить у пристрій порівняння ПП, на другий вхід якого з ЗП надходять передані раніше по прямому каналу повідомлення. По способу порівняння дані СПІ поділяються на системи з порівнянням повідомлень і з порівнянням груп повідомлень. У випадку розбіжності порівнюваних повідомлень ПП виробляє сигнал, по якому ключ Кл закривається і передача повідомлень від джерела повідомлень ДП припиняється, після чого в прямий канал передається команда стирання неправильно прийнятого приймачем повідомлення (групи повідомлень), а потім повторюється це повідомлення (група повідомлень). Команда стирання виділяється на прийомній стороні спеціальним розпізнавачем команди РКС, що формує сигнал стирання, що подається в ЗП для стирання неправильно прийнятого повідомлення (групи повідомлень). На це місце заноситься правильно прийняте повідомлення (група повідомлень), що надійшло слідом за командою стирання з прямого каналу.

Системи з ІЗЗ з порівнянням груп слів (повідомлень) поділяються на системи з безадресним і адресним стиранням. У системах з безадресним стиранням команда стирання, що надходить на передавальну сторону, стирає всю групу слів (повідомлень), що знаходяться в ЗП, а в системах з адресним стиранням — тільки визначені слова (повідомлення), що відповідають адресам, що надходять по прямому каналу слідом за командою стирання, що значно зменшує час на повторну передачу спотворених слів групи.

У залежності від організації передачі інформації від ДП системи з ІЗЗ поділяють на системи з очікуванням порівняння і без очікування порівняння. У перших нове повідомлення в прямий канал передається тільки після одержання в передавачі позитивного результату порівняння, у других — повідомлення від ДП виводяться безупинно, поки з ПП не надійде сигнал розбіжності. Після цього в прямий канал виводиться те повідомлення, до якого відноситься сигнал розбіжності. Природно, що системи без очікування порівняння забезпечують більш високу продуктивність, тобто передачу більшого числа повідомлень в одиницю часу.

У СПІ з командним зворотним зв'язком першого типу (мал. 4.а) сигнали, що приходять по прямому каналу, на прийомній стороні оцінюються пристроєм оцінки ПО по тим же параметрам, що й у СПІ з перезапитом. Однак сигнал перезапиту не виробляється, а приймається рішення про умови передачі в прямому каналі. Якщо дані умови не забезпечують відповідних якісних показників передачі повідомлень, то пристрій вироблення команд ПВК, формує команду, що посилається по зворотному каналу, про зміну відповідних параметрів переданих по прямому каналу сигналів. На передавальній стороні дана команда виділяється пристроєм прийому команд ППК і подається в модулятор, змінюючи відповідний параметр сигналу для забезпечення передачі повідомлення з необхідними якісними показниками.

У СПІ з командним зворотним зв'язком другого типу (мал. 4.б) сигнали, що надходять по прямому каналу, оцінюються демодулятором по ступеню їхнього спотворення. Для цієї мети можуть застосовуватися або демодулятори з зоною ненадійності, або багаторівневі демодулятори, що приймають по кожному сигналу остаточне рішення з визначеним ступенем правильності. Висновок

про стан прямого каналу робиться на основі сукупності прийнятих демодулятором рішень. У випадку неможливості забезпечення необхідних якісних показників передачі повідомлень при даному стані прямого каналу, ПВК виробляє і посилає по зворотному каналу команду про відповідну зміну параметрів чи сигналів використовуваного коду. По цій команді на прийомній стороні виробляється відповідна перебудова модулятора чи кодера. При зміні методу кодування на прийомній стороні виробляється відповідна перебудова декодера.

У СПІ з командним зворотним зв'язком третього типу (мал. 4.в) передача повідомлень по прямому каналу здійснюється коригувальним кодом, що виявляє і виправляє помилки. У випадку неможливості забезпечення необхідної правильності переданих повідомлень даним коригувальним кодом через високий рівень завад і спотворень у прямому каналі, чи по яких-небудь інших причинах, пристрій вироблення команд ПВК приймача приймає рішення про зміну умов передачі і видає відповідну команду по зворотному каналу. У результаті впливу цієї команди, що виділяється за допомогою пристрою прийому команд на передавальній стороні, виробляється перебудова кодера передавача. Одночасно по даній команді на прийомній стороні перебудовується на інший коригувальний код декодер приймача.

Таким чином, усі системи з командним зворотним зв'язком є адаптивними стосовно каналу зв'язку.

На основі розглянутих типів СПІ можуть також будуватися комбіновані системи, що поєднують властивості відразу декількох видів систем.

Аналіз систем з перезапитом і з ІЗЗ показує, що характерною рисою систем з перезапитом є ухвалення рішення про умови передачі повідомлень по прямому каналу на прийомній стороні, а систем з ІЗЗ — на передавальній стороні.

Розглянуті вище СПІ є системами однобічної передачі інформації, тому що зворотний канал використовується лише для поліпшення характеристик СПІ. Для забезпечення одночасної передачі повідомлень між двома об'єктами з відповідними джерелами й одержувачами повідомлень на кожнім з них потрібно використовувати два СПІ однобічної передачі інформації.