2.6. Системы с обратной связью

Системы без обратной связи позволяют в условиях стационарного канала получить заданную вероятность ошибки. Однако большинство реальных каналов относится к числу нестационарных – качество канала меняется во времени. При этом корректирующий код, исправляющий ошибки, можно выбрать исходя или из средней вероятности ошибки, или из максимального значения вероятности ошибки. В первом случае заданная вероятность не будет обеспечена при плохом качестве канала, во втором случае потребуется введение слишком большой избыточности. Напрашивается мысль о целесообразности изменения избыточности по мере изменения характеристик канала связи. С ухудшением качества канала вводимая избыточность увеличивается, и наоборот, по мере улучшения качества канала она уменьшается. Системы, в которых меняется избыточность с изменением качества канала, относятся к числу адаптивных. В этих системах между приемником и передатчиком помимо основного (прямого) канала имеется вспомогательный (обратный) канал.

Следует заметить, что системы без обратной связи используются обычно тогда, когда нельзя организовать обратный канал или когда предъявляются весьма жесткие требования ко времени задержки сообщений. Временем задержки кодовой комбинации называется время от момента выдачи ее первого элемента источником сообщений до момента получения последнего элемента комбинации получателем сообщений.

Системы с обратной связью характеризуются повторением кодовых комбинаций, в которых обнаружены ошибки. Решение о необходимости повторения может выноситься на приеме (системы с решающей обратной связью – РОС) или на передаче (системы с информационной обратной связью – ИОС).

Как уже отмечалось, системы с обратной связью отличаются наличием канала, по которому осуществляется «служебная» связь передатчика с приемником. В системах с РОС приемником определяется наличие в принятой комбинации ошибки или вычисляется вероятность того, что кодовая комбинация содержит ошибки. Если в кодовой комбинации обнаружены ошибки или вероятность того, что в ней содержатся ошибки, оказалась достаточно большой, то по обратному каналу посылается сигнал решения о необходимости повторения (отсюда название решающая обратная связь).

Соответствующий аналог передачи с РОС можно найти и в телефонной связи. Если вследствие действия помех не расслышано слово, то обычно просят его повторить.

В системах с ИОС принятая комбинация A_i^* возвращается на предающую сторону по обратному каналу, где она сравнивается с переданной комбинацией A_i. Последнюю можно рассматривать как эталонную комбинацию. Если комбинации A_i^* и A_i различаются, то комбинация A_i передается повторно. При разговоре по телефону также часто используют ИОС, когда в условиях сильных помех просят собеседника повторить переданное ему сообщение, чтобы убедиться, что он его воспринял правильно.

Системы с РОС получили наибольшее практическое распространение. Существуют различные разновидности таких систем.

Простейшая и довольно часто применяемая на практике структурная схема системы с РОС представлена на рис. 2.1.

Рис.2.1

Алгоритм работы системы с РОС заключается в следующем. Источник сообщений ИС выдает в кодер первую кодовую комбинацию (или блок, состоящий из нескольких кодовых комбинаций). К исходным элементам в кодере добавляются проверочные. Комбинация выдается в дискретный канал и одновременно записывается в накопитель Н₁ (накопитель передачи). После выдачи первой кодовой комбинации источник ждет ответа о том, как она принята.

Принятая кодовая комбинация декодируется. Информационные элементы записываются в накопитель приема (Н₂). Если ошибка не обнаружена, то по команде управляющего устройства приема (УУ₂) информационные элементы из накопителя Н₂ выдаются получателю сообщений ПС, а по обратному каналу выдается сигнал «Да», подтверждающий правильность приема переданной кодовой комбинации (обратный канал будем считать идеальным). По сигналу «Да» управляющее устройство передачи (УУ₁) стирает из Н₁ кодовую комбинацию и дает разрешение на выдачу следующей кодовой комбинации. Если следующая кодовая комбинация исказилась и ошибки на приеме обнаружены, то по команде УУ₂ информация из Н₂ стирается, а по обратному каналу выдается сигнал «Нет». По этому сигналу на передающем конце УУ₁ запрещает выдачу следующей кодовой комбинации от источника сообщений и дает команду о повторной выдачи из накопителя Н₁ хранящейся там кодовой комбинации. Кодовая комбинация будет повторяться до тех пор, пока не придет сигнал «Да». Очевидно, что чем больше повторений на анализируемом интервале времени, тем хуже качество канала, тем больше длится «перекачка» сообщения от источника и тем ниже скорость передачи информации. Если в системе начинает циркулировать одна и та же кодовая комбинация – говорят, что система «зацикливается». С целью предотвращения «зацикливания» обычно ограничивают количество таких повторов. После некоторого числа повторов одной и той же комбинации система переводится в режим «авария».

Рассматриваемый алгоритм работы системы называется алгоритмом с ожиданием, а сама система передачи дискретных сообщений – системой с решающей обратной связью и ожиданием (РОС-ОЖ). Такие системы довольно часто используются для передачи дискретных сообщений. Основное их достоинство – простая техническая реализация. К недостаткам следует отнести существенные потери скорости передачи информации, источником которых, помимо введенных в кодовую комбинацию проверочных элементов и переспросов, являются потери на ожидание ответа со стороны приемника.

В системах с РОС и непрерывной передачей информации отсутствуют потери на ожидание. В этих системах при обнаружении ошибок в принятой кодовой комбинации производится повторение этой комбинации и ряда других, примыкающих к ней. Для уменьшения потерь на переспросы иногда по каналу обратной связи передается адрес (номер) кодовой комбинации, которую нужно повторить. Такой метод применяется в системах с РОС и адресным переспросом. Однако непрерывная передача информации и тем более адресный переспрос требуют существенного усложнения аппаратуры передачи данных, что в свою очередь приводит к ее удорожанию и снижению надежности.

В простейших системах с ИОС для передачи информации по прямому каналу можно использовать простые коды (без избыточности) и тогда обратный канал должен иметь такую же пропускную способность, что и прямой.

В системах с РОС любого типа по обратному каналу передаются только сигналы решения и обратный канал имеет существенно меньшую пропускную способность.

Возможность использования низкоскоростного канала в качестве обратного – существенное преимущество систем с РОС, делающее их применение на практике более предпочтительным по сравнению с системами с ИОС.