- •Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им.Проф. М.А. Бонч-Бруевича в.М. Охорзин
- •Санкт-Петербург
- •Тема 1. Основные понятия и определения в области пдс
- •1.1.Дискретность
- •Соответствующие виды сигналов:
- •1.2.Модуляция
- •1.3.Кодирование
- •1.4.Упрощенная структурная схема аппаратуры пдс.
- •Модулятор – устройство, осуществляющее модуляцию. Демодулятор осуществляет обратное преобразование. Совокупность модулятора и демодулятора образует модем.
- •1.5. Основные параметры и характеристики системы пдс
- •Тема 2. Системные характеристики систем передачи дискретных сообщений 2.1 Понятие об эталонной модели взаимодействия открытых систем
- •2.2. Понятие о телеуслугах
- •2.3 Первичные коды в системах пдс
- •2.3.1. Телеграфные коды
- •2.3.2. Коды для передачи данных
- •Тема 3. Основные характеристики уровня дискретногоканаласистем пдс
- •3.1. Понятие об искажениях дискретных сигналов
- •3.1.1. Классификация искажений
- •3.1.2.Характеристические краевые искажения
- •3.1.3 Краевые искажения типа преобладаний
- •3.1.4.Случайные искажения
- •3.2.Понятие о методах регистрации дискретных сигналов
- •3.2.1.Метод стробирования
- •3.2.2. Интегральный метод
- •Интегрирование в промежутке, меньшем длительности элементарной посылки
- •3.3 Оценка эффективности методов регистрации
- •3.3.1.Распределение краевых искажений
- •3.3.2. Распределение дроблений
- •3.3.3. Расчет вероятности ошибки при краевых искажениях
- •3.3.4.Расчет вероятности ошибки при дроблениях
- •3.4.Модели дискретных каналов
- •3.4.1.Поток ошибок в дискретном канале
- •3.4.2.Методы выявления и исследования последовательностей ошибок
- •3.4.3 Основные закономерности распределения ошибок в реальных каналах связи
- •3.4.4 Математические модели дискретных каналов с группированием ошибок
- •А. Модель неоднородного канала.
- •Б. Двухпараметрическая модель дискретного канала
- •Тема 4. Устройство синхронизации по элементам (усп).
- •4.1.Назначение и классификация
- •Основные элементы устройства , реализующего фапч:
- •4.2. Необходимость поэлементной синхронизации . Расчет времени удержания синхронизма.
- •4.3.Схема фапч с дискретным управлением.
- •4.4.Основные характеристики системы фапч.
- •Тема 5. Линейные (n,k)-коды
- •5.1. Определение помехоустойчивых кодов и их общие характеристики
- •5.1.1. Принципы построения помехоустойчивых кодов
- •5.1.2. Основные характеристики помехоустойчивых кодов
- •5.1.3 Классификация помехоустойчивых кодов
- •5.1.4.Граничные соотношения между характеристиками помехоустойчивых кодов
- •5.1.5.Задачи
- •5.2. Групповые коды и способы их описания
- •5.2.1. Основные алгебраические системы, используемые в теории кодирования
- •5.2.2. Способы представления кодовых комбинаций
- •5.2.3. Определение группового кода
- •5.2.4. Матричное описание групповых кодов
- •5.2.5. Задачи
- •5.3. Другие свойства групповых кодов
- •5.3.1. Корректирующие свойства групповых кодов
- •5.3.2. Процедуры кодирования и декодирования для группового кода
- •5.3.3. Укорочение кода
- •5.3.4. Оценка эффективности групповых кодов
- •5.3.5. Смежно-групповые коды
- •5.3.6. Задачи
- •5.4. Примеры групповых кодов
- •5.4.1. Коды с единственной проверкой на четность
- •5.4.2. Коды Хэмминга
- •5.4.3. Итеративные коды.
- •5.4.4 Задачи
- •Тема 6. Двоичные циклические (n,k) - коды
- •6.1. Основные алгебраические системы, используемые в теории кодирования.
- •6.2. Определение циклического кода
- •6.3. Построение порождающей и проверочной матриц циклических кодов.
- •6.4. Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (бчх).
- •6.5. Выбор порождающего многочлена для кода бчх
- •6.6. Эффективность двоичных кодов бчх
- •6.6.1. Задачи
- •6.7. Кодирующие и декодирующие устройства циклических кодов
- •6.7.1 Процедура кодирования и декодирования для циклических кодов
- •6.7.2. Линейные переключательные схемы, используемые в кодирующих и декодирующих устройствах циклических кодов
- •6.7.3. Схемы кодирующих устройств циклических кодов
- •6.7.4. Декодирующие устройства циклических кодов
- •6.7.5. Задачи
- •Тема 7. Коды Рида- Соломона (рс)
- •7.1. Определение и основные свойства
- •Пример 7.1
- •Пример 7.2
- •7.1.1. Расширенные рс-коды
- •Пример 7.3
- •7.1.2. Укороченные рс-коды
- •7.1.3. Отображение рс-кодов над gf(2m) на двоичные коды
- •7.1.4. Способы кодирования и декодирования рс-кодов
- •1. Многочлен локаторов ошибок:
- •2.Синдромный многочлен
- •3. Многочлен значений ошибок
- •7.2. Быстрое декодирование кодов бчх
- •7.2.1. Ключевое уравнение
- •7.2.2. Решение ключевого уравнения
- •7.2.3. Примеры решения ключевого уравнения
- •7.3.Кодирование на основе решения ключевого уравнения
- •7.4.Задачи
- •Тема 8. Непрерывные коды
- •8.1. Сверточное кодирование
- •8.2. Представление сверточного кодера
- •8.2.1. Представление связи
- •8.2.1.1. Реакция кодера на импульсное возмущение
- •8.2.1.2. Полиномиальное представление
- •8.2.2. Представление состояния и диаграмма состояний
- •8.2.3. Древовидные диаграммы
- •8.2.4. Решетчатая диаграмма
- •8.3. Формулировка задачи сверточного декодирования
- •8.3.1. Алгоритм сверточного декодирования Витерби
- •8.3.2. Пример сверточного декодирования Витерби
- •8.4. Декодирование с мягким решением
- •8.4.1. Модель канала с абгш
- •2.1.2. Передача двоичных сигналов по каналам с абгш
- •2.1.3. Алгоритм Витерби с Евклидовой метрикой
- •8.5. Связь с блоковыми кодами
- •8.5.1. Терминированная конструкция (нулевой хвост)
- •8.5.2. Усеченная конструкция (direct truncation)
- •8.5.3. Кольцевая (циклическая или циклически замкнутая) (tail-biting) конструкция
- •8.5.4. Распределение весов
- •8.6. Модифицированный граф состояний
- •8.7. Решение задач
- •8.7.1. Задачи
- •8.7.2. Решение
- •8.3.2.1. Процедура сложения, сравнения и выбора
- •8.3.2.2. Вид процедуры сложения, сравнения и выбора на решетке
- •8.3.3. Память путей и синхронизация
- •8.4. Свойства сверточных кодов
- •8.4.1. Пространственные характеристики сверточных кодов
- •8.4.1.1. Возможности сверточного кода в коррекции ошибок
- •8.4.2. Систематические и несистематические сверточные коды
- •8.4.3. Распространение катастрофических ошибок в сверточных кодах
- •8.4.4. Границы рабочих характеристик сверточных кодов
- •8.4.5. Эффективность кодирования
- •8.4.6. Наиболее известные сверточные коды
- •8.5. Задачи
- •Тема 9. Некоторые специальные классы кодов. Составные коды
- •9.1. Коды для исправления пачек ошибок
- •9.2. Коды на основе последовательностей максимальной длины
- •9.3. Коды для асимметричных каналов
- •9.3.1. Коды с постоянным весом
- •9.3.2. Коды Бергера
- •9.4 Каскадные коды
- •9.4.1. Принципы построения каскадных кодов
- •9.4.2. Режимы использования каскадных кодов
- •9.4.3. Построение двоичных каскадных кодов на основе кодов Рида–Соломона и Боуза–Чоудхури–Хоквингема
- •Пример 9.2.
- •Пример 9.3.
- •9.5. Задачи
- •Тема 10. Цикловая синхронизация
- •10.1 Назначение и классификация способов цикловой синхронизации
- •10.2. Способ установки фазы приемного распределителя путем сдвига.
- •10.3. Способ мгновенной установки фазы
- •10.3.1. Маркерный способ цикловой синхронизации на основе синхронизирующих кодовых последовательностей
- •10.4 . Способ выделения сигнала фазового запуска по зачетному отрезку
- •Тема 11. Системные методы защиты от ошибок без обратной связи
- •11.1. Классификация и основные характеристики систем повышения достоверности
- •11.1.1. Теоретические основы системных методов защиты от ошибок
- •11.1.2. Классификация системных методов защиты от ошибок
- •11.1.3 .Основные параметры и характеристики систем повышения достоверности
- •11.2. Методы повышения достоверности в однонаправленных системах
- •11.2.1.Однонаправленные системы с многократным повторением сообщений
- •11.2.2.Однонаправленные системы с исправляющим ошибки кодом
- •11.2.3.Однонаправленные системы с исправлением стираний
- •11.3. Задачи
- •Тема 12. Системные методы защиты от ошибок с обратной связью
- •12.1. Системы повышения достоверности с решающей обратной связью с непрерывной последовательной передачей сообщений и блокировкой (рос-пПбл).Общие положения
- •12.2. Описание работы системы рос-пПбл
- •12.3. Режим переспроса
- •12.4. Расчет параметров системы рос-пПбл Относительная скорость передачи
- •Расчет вероятности ошибок на выходе системы
- •12.5. Рекомендации по выбору оптимального кода
- •Охарактеризуем поток ошибок, пропущенных в приемник сообщений средней вероятностью ошибки на бит, равной и показателем группирования ошибок.
- •12.6. Выбор порождающего многочлена
- •12.7. Задачи
- •Приложение 1. Коды бчх
- •Приложение 4
- •Список использованных источников
- •Предметный указатель
- •Тема 1. Основные понятия и определения в области пдс………………..……....2
- •Тема 2. Системные характеристики систем передачи дискретных сообще……...11
- •Тема 3. Основные характеристики уровня дискретного канала пдс…………………21
- •Тема 4. Устройство синхронизации по элементам (усп)…………………………...50
- •Тема 5. Линейные (n,k)-коды…….………………………………………………………..54
- •Тема 6. Двоичные циклические (n,k) – коды…………………………………… …….105
- •Тема 7. Коды Рида- Соломона (рс)…………………………………………..………..165
- •7.1.3. Отображение рс-кодов над gf(2m) на двоичные коды…………………….170
- •Тема 8. Непрерывные коды……………………………………………..………………..185
- •Тема 9. Некоторые специальные классы кодов. Составные коды………………..……210
- •9.4.1. Принципы построения каскадных кодов…………………………………………………215
- •9.4.2. Режимы использования каскадных кодов……………………………………………….218
- •9.4.3. Построение двоичных каскадных кодов на основе кодов Рида–Соломона и Боуза–Чоудхури–Хоквингема………………..……………………………………………….…219
- •Тема 11. Системные методы защиты от ошибок без обратной связи………………..……234
- •Тема 12. Системные методы защиты от ошибок с обратной связью…..…………….244
11.2. Методы повышения достоверности в однонаправленных системах
11.2.1.Однонаправленные системы с многократным повторением сообщений
а) Системы передачи с простым кодом
В системах передачи дискретных сообщений, передаваемых комбинациями простого кода, находят применение 5, 6, 7,8 - элементные коды.
В обычном режиме (без повторения) относительная скорость передачи данных равна:
Rо = 1,
а вероятность ошибок в знаке сообщения, поступающему к пользователю, равна:
Рош=Р(≥1, n).
Расчетные формулы для Рош имеют вид:
- для канала с независимыми ошибками: Рош = 1 – (1- р)n ≈ np;
- для канала с группирующимися ошибками: Рош = n1-α p.
В этих формулах, как и ранее, приняты следующие обозначения:
- n – длина кодовой комбинации,
- р – вероятность ошибочного приема бита (битовая ошибка),
- α – показатель группирования ошибок по модели Л.П. Пуртова.
Таким образом, вероятность ошибки в знаке сообщения на выходе системы ПДС для различных каналов Рош > p , что не отвечает требованиям большинства пользователей.
Обеспечение требуемого уровня защиты от ошибок при использовании этих кодов в системах передачи данных возможно только в режиме многократного повторения. Каждая кодовая комбинация передается λ раз, где величина λ достаточно большое нечетное число. На принимающей станции выявление переданной источником комбинации производится по мажоритарному принципу, т.е. по большинству совпадения принятых значений. Возможны следующие методы анализа принятых комбинаций с целью принятия решения о переданной информации:
- решение по совпадению кодовых комбинаций (знаков сообщений),
- решение по совпадению элементов кодовых комбинаций.
Относительная скорость передачи в системах передачи данных простым кодом при λ-кратном повторении равна: Rо = 1/ λ.
Вероятность ошибки на выходе системы зависит от метода анализа принятых комбинаций.
В случае принятия решения по большинству совпадения повторяемых знаков сообщений ошибочный приём происходит в том случае, когда большинство из λ повторяемых знаков приняты с ошибками. Вероятность такого события равна:
Рошз =.
Здесь: - Р = Р(≥1, n) и вычисляется как было показано выше,
- С- биномиальный коэффициент.
В системе с анализом элементов решение производится по каждому из n элементов λ повторяемых знаков. Оценка производится по большинству его принятых значений в последовательности из λ повторяемых знаков.
В данном случае ошибочный приём происходит в том случае, когда большинство из λ повторяемых элементов на одинаковых позициях повторяемых знаков приняты с ошибками. Вероятность такого события равна:
Рошэ= .
Здесь р – битовая ошибка.
Представляет интерес сравнить эти методы по эффективности защиты от ошибок. Для этого возьмем отношение Рошз к Рошэ:
Рошз / Рошэ =/≈.
При вычислении было принято Р = np и значение суммы определялось величиной первого слагаемого. Из результатов сравнения можно сделать вывод, что анализ по элементам при λ-кратном повторении передаваемой информации в nраз дает меньшую ошибку, чем анализ по знакам. Таким образом, при мажоритарной обработке поэлементный анализ предпочтительнее, так как дает больше информации об ошибках.
б) Системы передачи с обнаруживающим ошибки кодом
В однонаправленных системах возможно применение помехоустойчивых (n,k)-кодов в режиме обнаружения ошибок. При однократной передаче кодовой комбинации относительная скорость передачи равна: Rо = k/n. Вероятность необнаруженной ошибки
в принятой комбинации (n,k)-кода на выходе декодера определяется выражением:
Рно =P(≥d, n).
Надлежащим выбором параметров (n,k)-кодов можно добиться сколь угодно малой вероятности ошибки в принимаемой кодовой комбинации. Однако, доля обнаруживаемых ошибок, равная величине Роо=P(≥1, n) - P(≥d, n), будет характеризовать информационные потери системы, проявляющиеся в выдаче получателю сигнала стирания вместо тех комбинаций, в которых были обнаружены ошибки.
Исправление ошибок при использовании помехоустойчивых (n,k)-кодов в режиме обнаружения ошибок возможно при многократной передаче кодовой комбинации (n,k)-кода. Существует ряд способов исправления ошибок в многократно принимаемой комбинации (n,k)-кода, обнаруживающего ошибки. Рассмотрим один из них, известный как метод последовательного замещения комбинаций с обнаруженными ошибками.
Суть метода состоит в следующем. Передатчик передает комбинацию (n,k)-кода λ раз.
При обработке принятой комбинации каждого повтора в декодере возможно три исхода:
- правильный прием с вероятностью Рпр = 1 - P(≥1, n),
- прием с необнаружением ошибок с вероятностью Рно =P(≥d, n),
- прием с обнаружением ошибок с вероятностью Роо = 1 - Рпр - Рно = P(≥1, n)- P(≥d, n).
В случае правильного приема или приема с необнаружением ошибок первая принятая комбинация выдается с выхода декодера к пользователю и обработка последующих повторов данной комбинации не производится. Вероятность ошибки в этом случае равна Рош1 = Рно.
Если же в первой принятой комбинации обнаружены ошибки, то в декодере анализируется принятая комбинация второго повтора. Здесь возможны те же три исхода с теми же последствиями: при правильном приеме или приеме с необнаружением ошибок комбинация второго повтора выдается с выхода декодера к пользователю и обработка последующих повторов данной комбинации не производится. Вероятность ошибки в этом случае равна Рош2 = Рно + Роо Рно.
Если же в комбинации второго повтора обнаружены ошибки, то в декодере анализируется принятая комбинация третьего повтора. Исходом этого анализа может быть либо выдача принятой комбинации пользователю, либо переход к анализу кодовой комбинации четвертого повтора. Вероятность ошибки в этом случае равна
Рош3 = Рно + Роо Рно. + РРно= Рно .
В том случае, когда обнаружение ошибок имеет место во всех λ повторах, то принятая комбинация выдается пользователю с вероятностью ошибки
Рошλ = Р+ Рно .
Относительная скорость передачи данных в рассматриваемой системе не зависит от того, на каком повторе принято решение о выдаче принятой комбинации пользователю и равна: Rо= .
Анализируя слагаемые, входящие в выражение для Рошλ , можно сделать вывод о количестве необходимых повторов в данном методе защиты от ошибок. С увеличением
λ значение Рошλ определяется величиной Рно и не может стать меньше этой величины.
Поэтому число повторов λ можно ограничить таким значением, при котором Р≤ Рно.
Рекомендуемое значение повторов λ= 2,3.