2. Методы повышения верности передачи

1. Необходимость передачи дискретной информации с повышенной верностью

Необходимость передачи дискретной информации с повышенной верностью возникает в случае, когда в передаваемых документах отсутствует внутренняя смысловая избыточность, присущая каждому языку. Такое наблюдается при передаче криптограмм (шифрованные телеграммы) и при передаче данных. В первом случае внутренняя смысловая избыточность удаляется из сообщений преднамеренно, а во втором случае она отсутствует изначально, так как данные представляют собой формализованную цифровую информацию. И в том, и в другом случае восстановить по смыслу ошибочно принятый документ не удается.

Вот почему нормы на частоту ошибок в таких случаях жестче, чем в случае передачи телеграфных смысловых сообщений. На сети передачи данных МПС принятая норма на коэффициент ошибок kош составляет 1 10-6. В то же время в существующих каналах связи измеренный коэффициент ошибок kош = 1 -2 - 1 -5 . Коэффициент ошибок kош = 1 -2 относится к случаю применения для передачи дискретной информации коммутируемых каналов с электромеханическим коммутационным оборудованием. Импульсные помехи, возникающие из-за работы электромеханических реле, приводят к частому появлению ошибок.

Коэффициент ошибок характерен для выделенных каналов, оборудованных системами с импульсно-кодовой модуляцией, работающими по кабелям с медными жилами.

Имеются каналы, оборудованные системами синхронной цифровой иерархии, работающие по волоконно-оптическим кабелям.

В них коэффициент ошибок . Но таких участков в об­щей сети связи железнодорожного транспорта еще мало.

Сравнивая нормативные и реальные значения коэффициента ошибок, можно видеть, что они отличаются друг от друга в десять и большее число раз. Вот почему для соблюдения норм на каче­ство передачи сигналов необходимо применять те или иные меры защиты от ошибок, меры повышения верности передачи.

2. Классификация методов повышении верности

Все существующие методы защиты от ошибок можно условно разбить на две группы (рис. 3).

Большинство причин снижения верности передачи связано со свойствами каналов, по которым осуществляется передача, ка­налообразующей аппаратуры и оконечных устройств передачи и приема. Каждый из видов технических средств создает какие- либо помехи для передачи дискретных сигналов. Поэтому пер­вую группу составляют методы, направленные на ослабление действия помех (пассивные методы). Они, в свою очередь, могут быть разделены на организационно-технические и электротех­нические.

Уменьшение действия помех организационно-техническими методами можно достичь защитой от них и уменьшением уровня мешающих влияний в самих источниках помех.

Методы улучшения качественных показателей каналов связи, в первую очередь, связаны с применением вместо воздушных линий связи кабельных, в которых уровень внешних помех незначителен вследствие экранирующего эффекта оболочки кабеля.

Уменьшить взаимные влияния между цепями можно скрещива­нием цепей на воздушных линиях связи и симметрированием пар и четверок в кабельных линиях.

Учитывая, что все элементы аппаратуры связи получают элект­ропитание от одного источника (в доме связи), уменьшить помехи можно снижением пульсаций выпрямленного напряжения, т.е. улуч­шением фильтрации в цепях электропитания. И, наконец, их мож­но уменьшить, повышая культуру технического обслуживания, уменьшая ошибочные действия технического персонала при пла­новых проверках аппаратуры, проводя ремонтные и профилактические работы на линиях, измеряя характеристики каналов. Опыт показывает, что данные мероприятия в совокупности повышают верность передачи в 3—5 раз.

Эффект от применения электротехнических методов основывается на знании и использовании законов электротехники и теории связи. Это, в первую очередь, относится к улучшению амплитудных и фазовых характеристик каналов и увеличению отношения мощности сигнала к мощности помехи.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в равной мере влияет на аналоговые и дискретные сигналы, снижая уровень по­лезного сигнала на приеме. Фазочастотная характеристика (ФЧХ) на передачу аналоговых сигналов влияет мало, так как человечес­кое ухо не восприимчиво к фазовым сдвигам. Неидеальность ФЧХ значительно влияет на дискретные сигналы, так как при этом из­меняется форма принимаемых импульсов, а следовательно, появ­ляются краевые искажения.

Рис. 3. Методы защиты от ошибок

Оптимальный выбор отношения мощности сигнала Рс к мощ­ности помехи Рп влияет на пропускную способность канала и, как показал Шеннон, она определяется выражением, бит/с

(8)

Однако увеличивать мощность сигнала можно до определенно­го предела, обусловленного нормами взаимного влияния цепей.

Различной помехоустойчивостью, как было показано выше, обладают и разные виды дискретной модуляции. При модуляции на постоянном токе ДПМ имеет преимущество перед ОПМ, а при использовании в качестве переносчика переменного тока большей помехоустойчивостью обладает ФМ по сравнению с AM и ЧМ. Выбор наиболее помехоустойчивого вида модуляции в той или иной ситуации даст положительный эффект.

Альтернативным решением в части помехоустойчивости яв­ляется и выбор типа оконечного устройства. В этом случае сле­дует ориентироваться на значение исправляющей способности приемников. У электронных аппаратов исправляющая способ­ность в 1,4—1,5 раза выше, чем у электромеханических. Вне за­висимости от типа у синхронных аппаратов исправляющая спо­собность выше, чем у стартстопных. Следовательно, при одном и том же уровне помех электронные синхронные аппараты обес­печат меньшую вероятность ошибки, чем электромеханические стартстопные.

Возможности этой разновидности мер также ограничены. Они позволяют повысить верность передачи в 5—7 раз. Однако, несмот­ря на кажущийся малый эффект, пренебрегать первой группой методов не следует.

Вторая группа методов предусматривает введение логической избыточности в передаваемые сообщения (активные методы). Они, в свою очередь, также имеют две разновидности. Во-первых, это статические методы защиты от ошибок, в которых вносимая логическая избыточность остается постоянной вне зависимости от помехоактивности канала. К ним относится метод многоразовой передачи, избыточность которого определяется заранее обусловленным количеством повторений и применением корректирующих кодов, каждый из которых имеет постоянную избыточность, обусловливающую его уникальные свойства. С увеличением избыточности повышается помехоустойчивость. Однако ни увеличивать число повторений, ни заменять корректирующий код с изменением условий прохождения сигналов по каналам оперативно нельзя.

Динамические методы позволяют изменять избыточность в процессе передачи в соответствии с изменением помехоактивности канала. Это адаптивные методы, позволяющие оперативно приспосабливаться к условиям прохождения сигналов. Они реализуются системами с обратной связью и требуют для своей реализации наличия двустороннего канала.

В свою очередь, системы с обратной связью представлены тремя разновидностями. Это системы с информационной обратной связью (НОС), решающей обратной связью (РОС), комбинированной обратной связью (КОС).

Методы второй группы являются наиболее действенными в борьбе с помехами и позволяют повысить верность передачи теоретически в неограниченное число раз.