1Разработка структурной схемы устройства защиты от ошибок

1.1 Выбор способа защиты от ошибок

Основным способом повышения верности передачи дискретных сообщений является введение в передаваемую последовательность избыточности с целью обнаружения и исправления ошибок в принятой информации. Все устройства защиты от ошибок (УЗО) делятся на две группы: симплексные (без обратной связи) и дуплексные (с обратной связью).

В симплексных (односторонних) УЗО повышение верности может быть достигнуто тремя способами: путем многократного повторения символов; одновременной передачей одной и той же информации по нескольким параллельным каналам; применением кодов, исправляющих ошибки.

В процессе проектирования УЗО должны быть заданы следующие параметры: вероятность ошибочной регистрации знака P_кк; скорость передачи дискретной информацииV; допустимое время задержки выдачи сообщения потребителюt_з; время готовности к передаче (время фазирования по циклу)t_ф; вероятность ложного запуска приёмного устройстваP_лф; вероятность ошибочной регистрации единичного элемента P_о; характер группирования ошибок и тип канала связи.

Одной из главных задач проектирования УЗО является выбор способа защиты от ошибок, который при минимальных затратах обеспечит выполнение поставленных требований. Под затратами подразумевается не только стоимость аппаратуры, но и необходимые полоса частот (требуемое число каналов связи), время на передачу сообщения, а также стоимость обслуживания устройства в процессе эксплуатации.

Согласно заданию,- при группировании ошибок у пачки длинной (пять и более ошибок) у данному случае восемь, то кодирующие и декодирующие приборы получаются громоздкими, и для их декодирования нужно сравнительно много времени. В этом случае лучше использовать многократное повторение сообщения. Но при этом нужно следить за тем чтобы время задержки не превышал допустимой величины.

Для этого проведем расчет для трех кратногоповторения.

При этом вероятность реестрации знака равняеться

Такиой результат нес не устраивает, равенство не выполняется.

Максимальная задержка выдачи информации приемнику при трикратном повторении будет составлять:

Время задержки прийнятно для практических требований, не превышает припустимой величины 18 мс.

С проведенного расчета видно, что мажоритарный метод не подходит так как не виполняеться равенство по вероятности ошибочного приема кодовой комбинации, оно больше чем задано по условию. В этом случае нужно применять помехоустойчивое кодирование, для данного пакета ошибок применим циклические коды.

Выбирая помехоустойчивый код, прежде всего, необходимо учитывать его корректирующую способность, которая зависит от кодового расстояния d, численно равного минимальному числу элементов, которыми отличается любая кодовая комбинация от другой. В общем случае:

d=t_о +t_и +1, (1.1)

где t_оиt_и — число обнаруживаемых и исправляемых ошибок соответственно, причём обязательноt_о≥t_и.

d=8+8+1=17

Количество проверочных элементов rкорректирующего кода зависит от вида кода, а число информационных элементов

k=n–r, (1.2)

где n — длина двоичной последовательности, кодируемой помехоустойчивым кодом. Отношение r к n называют коэффициентом избыточности кода.

Так как d>5 для выполнения условия n будем выбирать с ряду n=1023, m=10. (1.2)

(1.3)

где m – целое число.

Тогда количество контрольных разрядов получим, r<=mt<=10*8=80 бит, а число информационных элементов

K= n-r=1023-80=943 бит.

V_еф=4800(1023-80)/1023=4800*0,922=4424,6 бит/с.

Найдем вид образующего полинома, в котором показатель степени многочлена должен бить m=10. Количество минимальных многочленов равнется минимальному кодовому расстоянию то есть восьми. Порядок последнего старшого полинома определим с виражения 2t_и-1=2*8-1=15. Воспользовавсь таблицами приводимых многочленов, выпишем минимальные полиномы 10-го степеня.

Число контрольных элементов определяется показателем степени , то есть r=80бит.

Проверим виполнение условия:

Р_{кк рассчетн}<P_кк (1.4)

Вероятность необнаруженных ошибок для кода с проверкой на чётность зависит от длины блока nи вероятности ошибочного приёма единичного элементаP₀.

(1.5)

где P₀ – вероятность ошибочного приема единичного елемента.

- число сочетаний изnпоd_min.

пусть k=300, тогда

.

Согласно неравенству (1.4) даний полином нам подходит, так как

Для обеспечения данной вероятности ошибки количество информационных символов в сообщении k=300 бит.

1.2 Разработка структурной схемы УЗО

Структурная схема УЗО для симплексного канала передачи, которая представляет собой совокупность основных блоков, реализующих заданные функции:

1) блок начальной установки (БНУ);

2) генератор тактовых импульсов (ГТИ);

3) формирователь номера блока (ФНБ);

4) устройство фазирования по циклу (УФЦ);

5) кодер;

6) блок формирования фазированной комбинации;

7) блок формирования проверочних разрядов;

8) устройство управления (УУ);

Устройство защиты от ошибок работает следующий образом. В исходном состоянии обе части УЗО находятся в состоянии ожидания вызова. После завершения процесса группового фазирования ФСО₁ передатчика генерирует сигнал запроса данных от ООД отправителя сообщения. Под действием управляющих сигналов УУ к информационной последовательности, поступающей с ООД и преобразуемой в последовательный код в БПИ, на соответствующих временных позициях добавляются кодовые комбинации номера блока, формируемые ФНБ. Данные, передаваемые в дискретный канал связи, кодируются помехоустойчивым кодом циклическим. Сформированные кодером проверочные элементы добавляются к информационным и служебным символам в конце блока. Аналогичным образом формируются последующие блоки. В конце каждого блока УУ опрашивает состояние анализатора обратного канала связи и вслучае наличия сигнала «Подтверждение» осуществляет дальнейшую передачу последующих блоков либо при наличии сигнала «Запрос» прекращает ввод информации и выдает повторно из БН блок, в котором обнаружена ошибка.происходит проверка целесности блока и осуществляет передачу в канал связи.

Структурная схема передающей части симплексного передатчика УЗО изображена на чертеже ЭлИТ 3.6.090803.097 Э1.

1.3 Разработка схемы алгоритма

Составление алгоритма функционирования является одной из важнейших задач проектирования УЗО. Если реализация УЗО предполагается аппаратно, то разработку алгоритма функционирования целесообразно производить параллельно с разработкой структурной схемы устройства защиты от ошибок. Алгоритм определяет основные функции устройства и последовательность их выполнения. При определении основных функций УЗО,- для облегчения этой задачи приведем перечень основных функций, которые являются типовыми для всех типов УЗО:

1) начальная установка блоков УЗО;

2) прием, преобразование и контроль информации, поступающей от источника на передающей стороне, и выдача ее потребителю на приемной;

3) генерирование тактовых импульсов и синхронизация (в случае работы без УПС),

4) групповое фазирование (по циклам);

5) формирование номера блока;

6) подсчет числа бит в блоке, формирование номеров блоков при передаче; 7) кодирование сообщений помехоустойчивым цыклическим кодом;

8) формирование информационных блоков и хранение их в буферных накопителях передатчика и приемника до принятия решения о приеме их с заданной верностью;

11) формирование сигналов аварийной ситуации и их индикация;

12) индикация состояния аппаратуры.

При отображении состояния аппаратуры целесообразно индицировать следующие возможные ситуации: включение питания АПД; подключение УПС к линии; вызов; передача/прием; ожидание; нет несущей; ошибка периферийного устройства; ошибка нумерации блоков; нет фазы.

В зависимости от конкретного типа устройства перечень функций может быть дополнен и расширен, а также возможно исключение части функций. Очевидно, что для реализации этих функций в УЗО с «жесткой логикой» должны находиться соответствующие блоки, а в программируемом — соответствующие подпрограммы. Например, для реализации первой функции нужен блок начальной установки устройства, который формирует импульс установки всех остальных блоков в исходное состояние (сброс в нулевое состояние или запись в элементы памяти определенной кодовой комбинации, которая должна выдаваться с блока в начале работы). Обычно начальная установка аппаратуры производится через 1-2 с после включения питания или при переключении режимов работы.

Для реализации второй функции в структурную схему передающей части необходимо ввести блок приема и преобразования вводимого сообщения, который должен обеспечить кратковременное хранение поступающих кодовых комбинаций (байтов) и преобразование их в соответствующую форму (чаще всего в последовательный код). В этом блоке может происходить также согласование уровней сигналов, поступающих с ООД, с уровнями УЗО.

Таким образом, с учетом определенных функций, которые должно выполнять устройство защиты от ошибок к заданной последовательности передачи необходимых кодовых комбинаций в канал (формата блока), составляется алгоритм функционирования УЗО.

На основании полученных функций составим алгоритм работы УЗО. В начале работы необходимо произвести установку всех блоков в нулевое состояния, либо записать в элементы памяти определённые кодовые комбинации, которые должны выдаваться с блока в начале работы. Далее необходимо установить, готов ли источник информации. Если источник информации готов, то можно начинать передачу данных. Сначала передаётся блок фазирующей комбинации (ФК), далее идёт передача информационного блока и происходит формирование номера блока (НБ). Данные, передаваемые в дискретный канал, кодируются помехоустойчивым кодом, в нашем случае этоциклический код, сформированные кодером проверочные элементы добавляются к информационным, далее происходит формирование блока служебных бит (НТ, КТ). Поступившая от ООД информационная последовательность передаётся в канал связи и дальше к приёмнику.

Блок-схема алгоритма функционирования передающей части УЗО изображена в приложении 1.