2. Обобщенная структура адаптивных систем передачи данных

Принципы адаптации. Системы связи одностороннего действия, содержащие симплексные каналы, в ряде случаев удовлетворяют требованиям к верности и скорости передачи информации. Значительно большими возможностями обладают системы связи двустороннего действия, имеющие обратный канал. Наличие такого канала позволяет осуществлять саморегулирование параметров системы – мощности сигналов, скорости передачи информации, способов кодирования и манипуляции, энергетической скрытности и др. В большинстве случаев рассматриваются каналы с постоянными параметрами, не учитывающими запаздывание сигналов и влияние помех в обратном канале на верность передаваемой информации. В существующей литературе рассматриваются вопросы построения приемников, позволяющих в условиях задан­ной (неменяющейся) помехи получить расчетную вероятность ошибки; даны рекомендации по выбору кодов, обес­печивающих при известной статистике ошибок требуемую досто­верность. Во всех случаях полагали, что канал связи стационар­ный. Однако большинство известных каналов связи относится к числу нестационарных: состояние или качество канала связи меняется во времени. Типичным примером нестационарного ка­нала являются коротковолновый радиоканал, коммутируемый проводной канал и др. Для последнего в течение суток вероят­ность ошибки на элемент может меняться от 10^–5 до 10^–2. Наи­большая вероятность ошибки на одиночный элемент наблюда­ется в начале рабочего дня – в период наибольшей активности абонентов. Для последующего правильного восприятия материалов данного пособия следует напомнить основные понятия и определения, относящиеся к каналам связи [11].

Канал электросвязи – это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающие при подключении абонентских устройств передачу информации от источника сообщений к получателю. Если информация от источника сообщений к получателю поступает в виде дискретных сигналов, то в этом случае мы сталкиваемся с понятием дискретного канала (ДК) и канала передачи данных (КПД). ДК – это совокупность устройств преобразования сигналов (модемов на передаче и приеме) и канала связи. КПД – это совокупность ДК и устройств защиты от ошибок.

Если в любой момент времени вероятность появления символа на выходе ДК зависит только от символа на входе канала для всех пар символов на входе и выходе ДК, то такой канал называется каналом без памяти.

Канал, в котором каждый символ выходной последовательности зависит как от соответствующего символа на входе, так и от прошлых входных и выходных символов, называется каналом с памятью.

Если число состояний, т. е. промежутков времени, в течение которых свойства канала неизменны, конечно, а длительность со­стояния много больше длительности сообщения, передаваемого по каналу, то такие каналы называют кусочно-стационарными, или квазистационарными. Реальные каналы связи можно, как прави­ло, отнести к классу кусочно-стационарных.

Пусть дискретный канал без памяти характеризуется значе­ниями вероятности ошибки, ,,…,, где индексL означает число состояний канала (число интервалов стационар­ности). При этом код можно выбрать исходя или из средней ве­роятности ошибки

,

или из максимального значения вероятности ошибки. В первом случае заданная верность будет обеспечена не на всех интервалах стационарности. Во втором случае потребуется введение слишком большой избыточности. Очевидно, что для наилучшего использования канала связи необходимо, в зависимости от состояния ка­нала, менять вносимую в сигнал избыточность, увеличивая ее по мере роста вероятности ошибки и уменьшая по мере снижения вероятности ошибки. Можно также менять алгоритм декодирова­ния, используя, например, при хорошем качестве канала исправ­ление ошибок и переходя в режим обнаружения ошибок с ухуд­шением качества канала. Системы, в которых осуществляется процесс целенаправленного изменения параметров, структуры или свойств системы в зависимости от условий передачи сообщения с целью достижения оптимального в том или ином смысле функ­ционирования системы, называются адаптивными.

Одной из основных проблем, возникающих при создании адап­тивных систем, является проблема контроля за состоянием кана­ла связи на заданном интервале времени. Очевидно, что интер­вал контроля должен быть меньше интервала стационарности. Второй, и не менее важной, является проблема рационального и наиболее полного использования для перестрой­ки состояния системы передачи данных (ПД) полученных сведений о состоянии канала.

Структурная схема адаптивной системы ПД представлена на рис. 1.5.

Контроль за состоянием канала связи. Методы контроля состояния канала связи различаются прежде всего используемыми критериями оценки состояния канала связи. Такими критериями могут быть вид импульсной