Системы без обратной связи

В зависимости от способа повышения достоверности, эти системы подразделяются, в свою очередь, на системы с повторением информации и системы с помехоустойчивыми кодами.

Системы с повторением информации являются наиболее простыми. Повышение достоверности в таких системах производится не с помощью специальных технических средств, а путём многократного повторения передаваемой информации, для чего достаточно иметь самую обычную аппаратуру, например, телеграфный аппарат. При этом способе одно и то же сообщение передаётся по нескольку раз, а на приёмном пункте оператор сравнивает между собой полученные сообщения и выбирает из них те знаки, которые совпадают. Достоверность считается высокой, если в результате трёхкратной передачи все три знака каждого разряда сообщения или, по крайней мере, два знака из трёх совпадают между собой. Если в каком-либо разряде все три знака, полученные в результате трёхкратного приёма, оказываются разными, как может случиться при передаче буквенной информации, то такую ошибку исправить нельзя. В этом случае для повышения достоверности передачи необходимо увеличить число повторений (например, не 3, а 5 раз), однако при этом скорость передачи снижается ещё больше. Процесс обработки передаваемой информации можно ускорить, если сравнение сообщений сделать автоматически. Для этого приёмный пункт должен иметь накопители, в которых сообщения запоминались бы на время, необходимое для их сравнения.

Системы с помехоустойчивыми кодами. В этих системах повышение достоверности осуществляется за счет применения специальных кодов, обнаруживающих или исправляющих ошибки.

Помехоустойчивым кодом называется такой код, который позволяет обнаруживать или обнаруживать и исправлять (корректировать) ошибки, появляющиеся при передаче из-за влияния помех. Ошибки сводятся к тому, что некоторые из передаваемых символов заменяются новыми (например, 1 на 0 или 0 на 1). При этом число искажённых символов может быть различным (так называемая кратность ошибки). Корректирующие коды предусматривают избыточность кодовой информации, т.е. наличие в кодовой комбинации дополнительных контрольных разрядов. Построение кода заключается в добавлении к кодовой группе сообщения, состоящего из m информационных разрядов, k избыточных контрольных разрядов. Назначением этих разрядов является, в первую очередь, обеспечение возможности обнаружения, а при определенных условиях и исправления возникших ошибок. Чем больше избыточность кода, тем большей корректирующей способностью он обладает. Избыточность кода принято характеризовать показателем избыточности:

D=(n-m)/n (1)

где n - число разрядов данного кода.

Простейшим примером кода, только обнаруживающего единичные ошибки, но не исправляющего их, является двоичный код с проверкой на чётность, также называемый кодом с контролем по паритету. К m информационным элементам двоичного неизбыточного кода добавляется один проверочный элемент, так что общее число элементов в коде с проверкой на чётность равно n=m+l.

Если данная кодовая комбинация содержит чётное число единиц в информационной части, то добавляется проверочный элемент 0. Для кодовых комбинаций с нечётным числом информационных единиц проверочный элемент, размещаемый в конце кодовой комбинации, будет 1 (рис. 2.).

Рис. 2.

Рис.2.

Примеры кодовых комбинаций для кода с защитой на чётность (m=6, n=6+l).

На приёмной стороне декодирующее устройство контролирует чётность информационных единиц обычно с помощью триггера со счётным входом из схемы совпадений. Если принятый проверочный элемент является 0, а число принятых информационных единиц чётное, то это разрешённая комбинация, и сигнал поступает на выход декодирующего устройства. Разрешенной комбинацией является и нечётное число информационных единиц, но с проверочным элементом 1. При этом сигнал также поступает на выход декодирующего устройства. Во всех других случаях проверочное устройство вырабатывает защитный отказ и запрещает приём кодовой комбинации, т.е. такие комбинации относятся к запрещенным. Легко убедиться, что при этом осуществляется защита от любых единичных ошибок в кодовой комбинации. Вероятность правильного приема в коде с защитой на чётность:

Р=(1-Р₀), (2)

где Р₀ - вероятность искажения элемента кода, т.е. вероятность ошибки.

Системы с обратной связью.

Недостатком системы передачи данных без обратной связи является отсутствие подтверждения о правильности приёма информации. Поэтому в таких системах для повышения достоверности приходится прибегать к избыточности. Так как в системах с повторением информации эта избыточность выражается в многократности повторений, что сильно снижает скорость передачи. В системах с корректирующими кодами повышение достоверности достигается избыточностью кодов, которые тоже имеют свои ограничения и позволяют получать высокую достоверность только при большой избыточности, существенно усложняющей аппаратуру [1,2].

В этом отношении системы с обратной связью имеют большое преимущество и позволяют получить практически полную достоверность передачи данных при оптимальной скорости передачи. Преимущества обратной связи легко проиллюстрировать на примере телефонной связи. Если во время разговора в линии произошли какие-то искажения, то непонятная фраза переспрашивается и абонемент получает повторную информацию. При необходимости сказанное можно повторить несколько раз, а при больших искажениях использовать избыточность, т.е. передавать слова по буквам, а буквы заменять именами. Следовательно, кроме повышения достоверности системы с обратной связью устанавливают и оптимальную скорость передачи, исходя из уровня помех, возникающих в канале связи.

Рассмотрим два основных типа систем передачи данных с обратной связью:

- системы с информационной обратной связью;

- системы с решающей обратной связью (существуют системы, сочетающие в себе оба эти типа связи).

В системах с информационной обратной связью передаваемая информация фиксируется приёмным пунктом и одновременно возвращается по каналу обратной связи на передающий пункт, где по ней определяется правильность приёма переданного сообщения. В случае необходимости происходит повторная передача. В системах с решающей обратной связью анализ правильности приёма информации производится не на передающем, а на приемном пункте, откуда при обнаружении ошибки по каналу обратной связи посылается запрос на повторение.

Системы с информационной обратной связью. Принцип работы системы (рис. 3.) состоит в следующем: информация от источника поступает через переключающее устройство в кодирующее (где она формируется в кодовые группы), записывается во временной накопитель (для последующего сравнения) и одновременно поступает через устройство передачи в линию связи. В приемном пункте принятая информация поступает во временной накопитель, анализатор сигнала Стирание и в канал обратной связи. Из канала обратной связи информация поступает в схему сравнения, где она проверяется на соответствие информации, хранящейся во временном накопителе. Если расхождения не обнаруживаются, передается следующее сообщение и т.д. В случае обнаружения несоответствия, схема сравнения вырабатывает сигнал ошибки, по которому специальный датчик посылает в приемный пункт сигнал Стирание, а переключающее устройство отключает источник информации и подключает временной накопитель для повторной передачи ранее переданного сообщения. По принятому на приемном пункте сигналу Стирание неверная информация во временном накопителе уничтожается и заменяется на правильную, поступившую в результате повторной передачи. Данный метод можно применять и на обычном оборудовании. В этом случае будет осуществляться не автоматически, а оператором, который при обнаружении ошибки неправильно принятую часть сообщения передаст повторно. Недостатком описанной системы является сравнительно невысокая скорость передачи, связанная с потерей времени на ожидание результатов сравнения после каждого переданного сообщения.

Системы с решающей обратной связью. В этих системах применяются корректирующие коды, причем, учитывая возможность автоматического запроса на повторную передачу, чаще всего ограничиваются кодамидля обнаружения ошибки [2]. Информация отисточника через переключающее устройство поступает в кодопреобразователь, где формируется в помехозащищенный код, а также запоминается в накопителе (рис.4.). Из кодопреобразователя информация поступает через линию связи в анализатор приемного пункта, где анализируется на ошибки и записывается в накопитель. В случае отсутствия ошибок информация поступает к потребителю, а в канал обратной связи подается сигнал Продолжение, свидетельствующий о правильной работе системы. Если в принятой информации обнаруживается ошибка, анализатор подаёт в накопитель сигнал Стирание, уничтожая неверную информацию, а сигнал Повторение - в канал обратной связи. По сигналу Повторение, принятому приемником решающих сигналов передающего пункта, переключающее устройство отключает от кодопреобразователя источник информации и подключает накопитель, с которого производится повторная передача ранее переданного сообщения. После окончания передачи переключатель возвращается в исходное состояние. В соответствии с сигналами запроса, передача одного и того же сообщения будет происходить до тех пор, пока сообщение не будет принято правильно. Здесь следует заметить, что не только передаваемая информация, но и сами решающие сигналы (Продолжение и Повторение) защищаются кодами.

Для исключения потерь времени на ожидание ответного сигнала после передачи каждого отдельного сообщения в практических системах передача очередной кодовой комбинации начинается до получения подтверждения о правильности приема. В этом случае ёмкость накопителей рассчитывается с учётом общей скорости работы и задержек в каналах связи.

Структурная схема лабораторной установки предъявлена на рис. 5. Она представляет собой систему передачи данных (СПД) с помехоустойчивым кодированием (защита кода на четность). СПД состоит из передатчика, приемника, прямого канала связи, обратного канала связи и источника помех.

В передатчике задатчиком кодовой комбинации формируется код в виде десятичного числа от 0 до 9. Данный код поступает на шифратор, преобразующий его в двоичный параллельный код. Параллельный код поступает одновременно на схему контроля чётности и на параллельно-последовательный регистр. В схеме контроля четности формируется пятый разряд проверки кода на четность. Этот разряд также поступает в параллельно-последовательный регистр. Регистр преобразует параллельный код в последовательный для дальнейшей передачи его по прямому каналу связи. Блок логического управления и синхронизации служит для синхронизации работы передатчика и приемника и управления режимом работы параллельно-последовательного регистра передатчика. На него поступает сигнал управления передачей, сигнал сброса и сигнал запроса на повторение передачи информации, поступающий по обратному каналу связи от приемника. На вход приемника поступает последовательный код. Его принимает последовательный вход параллельно-последовательного регистра. С выхода регистра параллельный двоичный код поступает на схему контроля четности и дешифратор. В схеме контроля четности происходит проверка на четность числа единиц в принятой кодовой комбинации. Сигнал проверки поступает на блок логического управления. Блок логического управления служит для управления режимом работы регистра, дешифратора и формирования сигнала запроса на повторение передачи информации. Дешифратор управляет работой семисегментного индикатора. Индикатор отображает кодовую комбинацию, в которой не обнаружено ошибки схемой контроля четности.

Источник помех имитирует воздействие помех на кодовую комбинацию по прямому каналу связи. Помеха реализуется нажатием на кнопку SB.

Принципиальная электрическая схема передатчика представлена на рис.6. Кнопочными переключателями SB2-SB11 задается кодовая комбинация. Шифратор состоит из диодов VD1-VD15 и резисторов R1-R4. Схема контроля четности собрана на микросхеме DD5. На её входы XI-X4 поступает кодовая комбинация. Если число единиц в коде четное, то на выходе Y1 (вывод 5) устанавливается 0, если нечетное, то 1. В качестве параллельно-последовательного регистра используется 8-разрядный регистр DD6. Загрузка D0-D7 асинхронная при WR=0. Когда WR=1, загруженные биты сдвигаются вправо на выходе Q7 по положительному перепаду на входе С. Блок логического управления и синхронизации содержит микросхемы DD1-DD4, DD7, управляющие режимом работы регистра DD6. Генератор синхроимпульсов собран на микросхеме DD7 К155АГЗ. Элементы

С1,C2,R5,R6 определяют период следования импульсов Т=1с. Когда Rl=R2=0, на выходе синхрогенератора Q2 импульсы отсутствуют. При R1=R2=1 на выходе Q2 появляются импульсы. Счетчик числа синхроимпульсов DD4 служит для определения конца передачи. Передача информации происходит при переключении SA1 в положение Передача. Передача заканчивается, когда будут переданы все 8 бит, записанных в D0-D7 регистра DD6, т.е. число синхроимпульсов, поступивших на вход счетчика Cl DD4 равно 8. После этого на выходе Q4 счетчика появляется 1, синхрогенератор DD7 останавливается т.к. Rl=R2=0. Кнопка Сброс SB1 предназначена для сброса счетчика DD4 в нулевое состояние R0(l)=l и повторения передачи информации. Если SA1 находится в положении Передача, светодиодный индикатор HL1 показывает режим Передача,a HL2-сигнал Запрос.

Кнопка SB 12 Помеха имитирует воздействие помех на прямой канал связи. Принципиальная электрическая схема приемника изображена на рис.7. На вход регистра DD2 поступает информация по прямому каналу связи. Принятые биты сдвигаются вправо на выходе Q по положительному перепаду сигнала синхронизации С. Режим Приём осуществляется размыканием контактов переключателя SA1, при этом загорается индикатор HL1. Принятая информация в параллельном коде поступает на входы схемы контроля четности, собранной на микросхеме DD4. Если число принятых единиц четное, то на выходе Y1 появляется 1, а на выходе Y2 появляется 0. На входе К дешифратора появится 1, и полученная информация с выходов Q0-Q3 будет дешифрирована микросхемой DD6 и отображена на семисигментном индикаторе HL3. Это будет свидетельствовать о том, что в процессе передачи информации не было одиночных ошибок. Блок логического управления содержит микросхемы DD1,DD3,DD5. Счетчик DD3 служит для определения приема информации. После прихода на вход С1 DD3 восьмого по счету импульса синхронизации на выходе Q4 появится 1.

Кнопка SB1 Сброс служит для сброса счетчика DD3 и регистра DD2 в нулевое состояние. После нажатия на неё возможен повторный прием информации.