книги из ГПНТБ / Теория и техника передачи данных и телеграфия учебник

бинации. Поэтому часто симметричные ошибки называются

§ 5.2. Методы выявления и исследования

последовательностей ошибок

5.2.1.Общие положения

Ошибки в каналах связи появляются в результате воздейст­ вия различного рода случайных помех. Поэтому последователь­ ность ошибок является случайной последовательностью, а ее ха­ рактеристики—случайными величинами. Основной метод изуче­ ния последовательности ошибок — статистический метод.

Сущность данного метода заключается в том, что с помощью специальных приборов производятся исследования каналов раз­ личного типа. В процессе исследований выявляются и накапли­ ваются последовательности ошибок за длительный промежуток времени. Обработка и обобщение полученных статистических данных позволяют установить и изучить закономерности появле­ ния ошибок в каналах связи. Знание этих закономерностей, в свою очередь, позволяет научно обоснованно определять наибо­ лее эффективные меры борьбы с ошибками.

Для получения достоверных статистических результатов объ­ емы выборок последовательности ошибок должны быть такими, чтобы они охватывали все характерные состояния канала. Опыт­ ным путем установлено, что для получения достоверных стати­ стических данных каналы, образованные проводными, радиоре­ лейными и тропосферными линиями связи, должны испытываться в течение нескольких суток непрерывно, а коротковолновые ра­ диоканалы — по нескольку суток в различное время года. При этих условиях объем выборки может достигать 106 —109 и более элементов по каждому каналу. Испытаниям подвергаются дейст­ вующие каналы в обычных условиях эксплуатации. Первичные характеристики каналов должны соответствовать установленным нормам и периодически контролироваться в процессе испытания.

Сущность общепринятого метода выявления последователь­ ности ошибок в дискретном канале заключается в следующем. На вход канала подается испытательная двоичная последова­ тельность Л и (испытательный тест). На выходе дискретного ка­ нала из принятой последовательности Л и поэлементно вычи­ тается Л и , в результате чего образуется последовательность оши­ бок <§. На рис. 5.2а изображена структурная схема, реализую­ щая рассмотренный метод. В том случае, когда необходимо вы­ явить лишь последовательность модулей ошибок Е, на выходе дискретного канала достаточно произвести поэлементное сложе­ ние по модулю 2 последовательностей Л и и Л и (рис. 5.26).

Статистическая структура испытательной последовательности Л и должна быть достаточно близка к структуре передаваемой информации. Этому условию удовлетворяют двоичные последо­ вательности, вырабатываемые рекуррентными регистрами. Бла­ годаря этому, а также вследствие простоты реализации рекур­ рентные регистры получили наибольшее распространение в ка­ честве генераторов испытательной последовательности Л и [11,40].

В зависимости от задач статистических измерений ошибки могут непосредственно подсчитываться с помощью счетчиков или

L .

Рис. 5.2.

на практике нашли применение измерительные приборы различ­ ного типа.

5.2.3. Измеритель частости ошибок

Структурная схема прибора для измерения частости ошибок приведена на рис. 5.2в. Передающая часть прибора состоит из генератора тактовых частот, определяющего скорость передачи двоичных элементов, и датчика испытательного теста. Приемная часть прибора включает в себя регистрирующее устройство РУ, устройство фазирования по посылкам УФП, генератор тактовых частот, датчик испытательного теста, аналогичный датчику пере­ дающей части, устройство фазирования по циклу, схему срав­ нения и устройство регистрации ошибок.

При работе прибора на схему сравнения подаются две оди­ наковые и согласованные по времени последовательности, кото­ рые сравниваются поэлементно. Если вследствие воздействия помех в канале значение элемента принимаемой двоичной после­ довательности изменится, то на вход устройства регистрации ошибок поступит сигнал о наличии ошибки.

Существует несколько вариантов реализации устройства ре­ гистрации ошибок. В простейшем случае в качестве такого уст­ ройства используется счетчик, подсчитывающий общее количе-

<ст,во ошибок за определенное время t. В этом случае опреде­ ляется частость ошибок за все время испытания канала:

Полученные результаты позволяют определить, в какой мере удовлетворяет канал связи поставленным требованиям по досто­ верности передачи дискретной информации, и оценить зависи­ мость частости ошибок от типа канала, вида модуляции, протя­ женности канала и т. п. Такого вида приборы обычно исполь­ зуются для контроля качества каналов.

Устройство регистрации ошибок может состоять из несколь­ ких счетчиков, с помощью которых, кроме ошибок, подсчитывается число комбинаций фиксированной длины с одной, двумя, тремя и т. д. ошибками, число двойных смежных ошибок, трой­ ных и т. п. Полученные результаты дают дополнительные сведе­ ния о степени искажения комбинаций и о распределении ошибок в комбинациях определенной длины.

Однако данный вариант реализации прибора, как и вариант прибора с подсчетом только частости ошибок, не позволяет полу­ чить полных статистических данных, на основании которых можно оценить эффективность различных способов повышения достоверности и выбрать наиболее эффективные из них. Наи­ большими возможностями для получения любых статистических характеристик последовательности ошибок обладают приборы, у которых регистрация ошибок осуществляется в виде времен­ ной последовательности на перфорированной или магнитной ленте. Это позволяет путем статистической обработки последо­ вательное ги ошибок с помощью специальных анализирующих устройств или Э В М получать любые статистические характери­ стики.

' Кроме того, подобный метод измерений дает возможность осуществлять моделирование различных методов повышения до­ стоверности и производить их сравнительный анализ на одной "И той же последовательности ошибок, т. е. в одних и тех ж е усло­

Структурная схема прибора, позволяющего выявить и заре­ гистрировать поток ошибок, изображена на рис. 5.3. В состав прибора входят передатчик, приемник и трехдорожечный магни­ тофон. Основной особенностью рассматриваемого прибора [53] является стартетодный принцип записи последовательности оши- •бок: при отсутствии ошибок магнитная лента не продвигается, а запускается только при наличии ошибок в канале связи. Эта

особенность обеспечивает экономию магнитной ленты, значитель­ ное сокращение времени обработки ленты и возможность дли­ тельных испытаний каналов связи как с малой, так и с большой величиной интенсивности ошибок в канале.

ill Буферные регистры

Рис. 5.3.

В качестве передатчика использован рекуррентный регистрсдвига, который вырабатывает псевдослучайную последователь­ ность нулей и единиц с периодом в 511 элементов. Кроме гогог предусмотрена возможность передачи в канал связи любой восьмиэлементной постоянной комбинации.

Выходное устройство передатчика и входное устройство при­ емника обеспечивают работу прибора как по телеграфным, так и по телефонным каналам с устройством ЧМ и ОФМ. Тактовые импульсы приемного и передающего устройства формируются с помощью задающего генератора с делителем частоты, обеспе­ чивающим необходимые скорости работы. Синфазная работа всех элементов приемника по отношению к передатчику обеспе­ чивается устройством фазирования по посылкам. Принимаемыеиз канала посылки регистрируются с помощью регистрирующегоустройства и подаются на анализирующее устройство и устрой-

ство фазирования по циклу. Эталонные импульсы для сравнения с принимаемыми вырабатываются рекуррентным датчиком, кото­ рый построен так же, как и передающий, и запускается в фазе

сним устройством фазирования по циклу.

Врезультате на анализирующее устройство поступают две последовательности импульсов: из канала и эталонная, которые сравниваются поэлементно. Анализирующее устройство по­ строено таким образом, что на его выходе образуются сигналы как при ошибках обоих видов (0-> 1 и 1 ->0), так и при безоши­ бочной работе (правильные «О» и «1») .

Если ошибки отсутствуют, то сигналы о безошибочном приеме каждого элемента поступают на счетчик правильно принятых элементов. После определенного количества элементов, принятых без ошибки Luv, счетчик выдает в устройство управления магни­ тофоном сигнал, по которому на магнитофон подается сигнал «Стоп» и продвижение ленты прекращается.

При поступлении с анализирующего устройства первого сиг­ нала ошибки с устройства управления магнитофона поступает сигнал «Пуск», по которому магнитофон начинает продвижение магнитной ленты. Кроме того, со счетчика правильно принятых элементов в буферные регистры сдвига сбрасывается число без­ ошибочных элементов между двумя ошибками. Каждый сигнал ошибки, в зависимости от его вида, регистрируется на одном из счетчиков ошибок и поступает в буферные регистры сдвига. Емкость регистров выбирается с таким расчетом, чтобы к мо­ менту появления сигналов ошибок на выходах регистров ско­ рость продвижения магнитной ленты достигла номинальной вели­ чины. Одновременно с сигналами ошибок для записи поступают синхроимпульсы. Таким образом обеспечивается запись времен­ ной последовательности ошибок, выявленных анализирующим устройством прибора.

Вид записи ошибок и синхронизирующих импульсов на маг­ нитную ленгу поясняется рис. 5.4. Запись производится по трем

ности различных способов борьбы с ошибками. Статистическая обработка последовательностей ошибок в этом случае направ­ лена на решение следующих основных задач:

—определение общих характеристик последовательности ошибок: объем выборки, число ошибок в выборке, частость оши­ бок, изменение частости ошибок во времени и др.;

—получение различных статистических характеристик с целью выявления определенных закономерностей. Например,

распределение безошибочных интервалов, распределение ошибок в кодовых комбинациях различной длины, вероятность появле­ ния комбинаций с ошибками в зависимости от длины комбина­ ции и.др.

2. Для оценки эффективности различных способов борьбы с ошибками непосредственно на полученных последовательно­ стях ошибок, которые наиболее достоверно отражают реальный дискретный канал. В этом направлении решаются следующие основные задачи:

—моделирование различных узлов аппаратуры передачи данных (кодирующих и декодирующих устройств, устройств цик­ лового фазирования и др . );

—моделирование различных методов повышения достовер­ ности с целью определения оптимальных параметров аппаратуры передачи данных;

—моделирование алгоритмов функционирования трактов пе­ редачи данных для определения степени соответствия выбран­ ного алгоритма заданным требованиям;

—моделирование сетей передачи данных с целью оптимиза­ ции параметров сети.

Для статистической обработки последовательности ошибок с целью получения конкретной статистической характеристики могут быть использованы специальные устройства [53]. Обра­ ботка последовательности ошибок с помощью специальных ана­ лизирующих устройств требует большой затраты времени и труда. Анализирующие устройства для получения более слож ­ ных статистических характеристик (в особенности для модели­ рования различных методов повышения достоверности) стано­ вятся достаточно сложными и практически превращаются в спе­ циализированные ЭВМ . Поэтому обработка последовательности ошибок с помощью анализирующих устройств находит примене­ ние только в том случае, когда необходимо получить простейшие статистические характеристики.

Всесторонние исследования последовательности ошибок воз­ можны только с помощью ЭВМ. Для статистической обработки последовательности ошибок на Э В М необходимо предварительно преобразовать ее в последовательность чисел и ввести массивы этих чисел во внешнюю память ЭВМ . С этой целью можно ис­ пользовать специализированные или универсальные ЭВМ . В пер­ вом случае задается фиксированная программа, в соответствии

с которой считываемая с магнитной ленты последовательность ошибок преобразуется в цифровую форму и набивается на пер­ фокартах. Во втором случае функции преобразования последо­ вательность ошибок возлагаются на универсальную Э В М .

Преобразование последовательности ошибок сводится к под­ счету числа элементов между двумя ошибками и формированию числа, знак которого соответствует виду ошибки. Образованное таким образом число со своим знаком запоминается в очередной ячейке оперативной памяти ЭВМ . Число, считываемое с магни­ тофона, запоминается в ячейке памяти со своим знаком, опреде­ ляемым видом ошибки. После заполнения оперативной памяти производится остановка магнитофона, а массив чисел с опера­ тивной памяти переписывается в НМЛ .

а также решение других задач, требующих знания последова­ тельности сшибок реальных каналов, сводится к операциям над числами по разработанным алгоритмам и программам.

В качестве примера на рис. 5.7 приведен алгоритм для полу­ чения зависимости вероятности появления искаженных комби­ наций с различным количеством ошибок от числа элементов в комбинации п. Согласно алгоритму из последовательности Е вы­ деляется блок длины п и производится подсчет числа единиц, попавших в этот блок. Если в блоке было т единиц, то осущест­ вляется запись единицы в счетчики N0, Nu Nm. Если в аяа-

лизируемом блоке нет ни одной единицы, т. е. комбинация не искажена, то запись производится только в счетчик N0.

После просмотра всей выборки последовательности Е пока­

женные комбинации данной длины п. Затем изменяется значе­ ние п, вновь вводится та ж е последовательность Е и цикл повто­ ряется. После произведенной обработки всех значений п резуль­ таты выводятся на печать.

^Выделение очередного $лока <Яи/нь> л

Рис. 5.7.

Необходимо отметить, что интересующие зависимости полу­ чаются для одного и того ж е состояния канала (для одной и той же последовательности ошибок Е). В этом состоит основная цен­ ность и объективность полученных статистических данных.

§5.3. Основные закономерности распределения ошибок

вреальных каналах связи

Одним из основных параметров последовательности ошибок является частость появления ошибок pL. Частость появления