Цель лекции: изучение характеристик систем с обратной связью и рассмотрение структурной схемы с ОС.
Содержание:
а) характеристики систем с обратной связью и их особенности;
б) структурная схема системы с информационной обратной связью (ИОС) и решающей обратной связью (РОС), характеристики и алгоритмы работы.
12.1 Характеристики систем с обратной связью и их особенности
В системах с ОС ввод в передаваемую информацию избыточности производится с учетом состояния дискретного канала. С ухудшением состояния канала вводимая избыточность увеличивается, и, наоборот, по мере улучшения состояния канала она уменьшается.
В зависимости от назначения ОС различают системы: с решающей обратной связью (РОС), информационной обратной связью (ИОС) и с комбинированной обратной связью (КОС).
Передача с РОС аналогична телефонному разговору в условиях плохой слышимости, когда один из собеседников, плохо расслышав какое-либо слово или фразу, просит другого повторить их еще раз, а при хорошей слышимости или подтверждает факт получения информации, или, во всяком случае, не просит повторения.
Полученная по каналу ОС информация (квитанция) анализируется передатчиком, и по результатам анализа передатчик принимает решение о передаче следующей кодовой комбинации или о повторении ранее переданных. После этого передатчик передает служебные сигналы о принятом решении, а затем соответствующие кодовые комбинации. В соответствии с полученными от передатчика служебными сигналами приемник ПКпр или выдает накопленную кодовую комбинацию получателю информации, или стирает ее и запоминает вновь переданную. В системах с укороченной ИОС, естественно, меньше загрузка обратного канала, но больше вероятность появления ошибок по сравнению с полной ИОС.
В системах с КОС решение о выдаче кодовой комбинации получателю информации или о повторной передаче может приниматься и в приемнике, и в передатчике системы ПДС, а канал ОС используется для передачи как квитанций, так и решений. Системы с ОС подразделяют также на системы с ограниченным числом повторений и с неограниченным числом повторений. В системах с ограниченным числом повторений
каждая кодовая комбинация может повториться не более l раз, и в системах с неограниченным числом повторений
передача комбинаций повторяется до тех пор, пока приемник или передатчик не примет решение о выдаче этой комбинации потребителю. При ограниченном числе повторений вероятность выдачи получателю неправильной комбинации больше, но зато меньше потери времени на передачу и проще реализация аппаратуры. Заметим, что в системах с ОС время передачи сообщения не остается постоянным и зависит от состояния канала.
Системы с ОС могут отбрасывать либо использовать информацию, содержащуюся в забракованных кодовых комбинациях, с целью принятия более правильного решения. Системы первого типа получили название систем без памяти,
а второго - систем с памятью.
Обратной связью могут быть охвачены различные части системы (рисунок 12.1):
1) канал связи, при этом по каналу ОС передаются сведения о принимаемом сигнале до принятия какого-либо решения;
2) дискретный канал, при этом по каналу ОС передаются решения, принятые первой решающей схемой PC 1 на основе анализа единичных элементов сигнала;
3) канал передачи данных, при этом по каналу ОС передаются решения, принятые второй решающей схемой РС 2 на основе анализа кодовых комбинаций.
Рисунок 12.1 - Обратная связь в системе ПДС
В системах с ИОС также возможны потери верности за счет ошибок в каналах ОС. В укороченных ИОС такие ошибки возникают по причинам, аналогичным вышеизложенным, когда квитанция, соответствующая искаженному сигналу в канале ОС, трансформируется в квитанцию, соответствующую неискаженному сигналу. В результате передатчик не в состоянии обнаружить факт ошибочного приема. В полных ИОС в канале ОС возможны искажения, полностью компенсирующие искажения в прямом канале, в результате чего ошибки не могут быть обнаружены. Поэтому вопросам образования каналов ОС в системах ПДС уделяется очень большое внимание. Каналы ОС обычно образуются в каналах обратного направления связи с помощью методов частотного или временного разделения от каналов передачи полезной информации. Методы ЧРК используют обычно в системах со сравнительно небольшой удельной скоростью передачи, например, при передаче данных со скоростью 600... 1200 бит/с по каналам ТЧ. Во многих системах с РОС применяется структурный метод разделения, когда для сигнала переспроса используется специальная кодовая комбинация, а любая разрешенная кодовая комбинация в приемнике дешифруется как сигнал подтверждения и любая неразрешенная комбинация - как сигнал переспроса. Для защиты от искаженных сигналов, передаваемых по каналам ОС, применяют те же способы, что и для повышения верности полезной информации: корректирующие коды, многократную и параллельную передачи.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Характеристики системы с обратной связью и их особенности. Структурная схема системы с информационной обратной связью и решающей обратной связью, характеристики и алгоритм работы
передача сообщение коммутация
Адаптация в системах ПДС
Большинство реальных каналов связи являются нестационарными. Состояние и качество таких каналов изменяется с течением времени.
Для наилучшего использования канала необходимо менять вносимую избыточность (алгоритмы кодирования, декодирования, сигналы и т. п.) в зависимости от состояния канала.
Системы, в которых осуществляется процесс целенаправленного изменения параметров, структуры или свойств системы в зависимости от условий передачи сообщения, с целью достижения оптимального функционирования - называются адаптивными.
Адаптивные системы предполагают использование обратных связей.
Системы с обратной связью
В зависимости от назначения ОС различают системы:
с решающей ОС (РОС);
с информационной (ИОС).
Общее в алгоритме работы систем с ОС, в простейшем случае, то, что после передачи некоторой порции информации передатчик прямого канала ожидает сигнала, либо на выдачу следующей порции, либо на повторную передачу предыдущей.
Принципиальное отличие систем РОС и ИОС состоит в том, где принимается решение о дальнейшем поведении системы. В системах с РОС решение принимается на приёме, а в системах с ИОС - на передаче.
Для организации обратной связи и в тех и в других системах используется обратный канал.
Информация передаваемая по каналу с ОС - называется квитанцией.
Системы с ИОС, в которых осуществляется полная передача принятых кодовых комбинаций по обратному каналу, называются ретрансляционные.
Чаще приёмник формирует специальные сигналы, имеющие меньший объём, чем полезная информация, переданная по прямому каналу, т. е. квитанция меньше - укороченная ИОС.
Системы передачи с РОС.
Наиболее распространёнными среди систем с РОС являются:
системы с ожиданием (РОС - ОЖ);
с непрерывной передачей информации и блокировкой
с адресным переспросом
В системе РОС - ОЖ после передачи кодовой комбинации система ожидает сигнала подтверждения, и только после этого происходит передача следующей КК.
В системах РОС - ОЖ всегда присутствует задержка на время ожидания t ож. Это время складывается из нескольких интервалов:
где t p пк - время распространения сигнала в прямом канале; t ан -- время анализа правильности приёма; t oc - длительность сигнала ОС; t p oc - распространение сигнала ОС; t a oc - анализ сигнала ОС.
В системах с ОС появляются специфические искажения, вследствие ошибок в канале обратной связи. Такие искажения называют «вставками» и «выпадениями».
Причины и их возникновения:
если в результате действия помех в ОК сигнал «подтверждения» трансформировался в сигнал «переспроса», то уже принятая КК выдаётся получателю, а в канал повторно отправится этаже комбинация. Таким образом, ПС получит две последовательно идущие одинаковые комбинации - «вставка».
если произойдёт переход «переспрос» «подтверждение», то ошибочно принятая комбинация будет стёрта, но в канал пойдёт следующая. Значит ПС не получит данной комбинации - произойдёт «выпадение».
Явления вставки и выпадения получили общее название «сдвига».
Борьба с явлением ""сдвига"" в системах с РОС - ОЖ
Повышение помехоустойчивости обратного канала.
Циклическая нумерация передаваемых кодовых комбинаций
Методика расчёта вероятности неправильного приёма (без учёта искажений в канале ОС)
Приём каждой КК имеет три исхода:
КК принята верно и ошибок в ней нет (Р ппр)
КК принята и в ней обнаружена ошибка (Р оо)
КК с ошибкой, но ошибка не обнаружена (Р нпр)
Рисунок 1. Граф состояний рассматриваемой системы с РОС - ОЖ
Вероятность неправильного приёма P * нп при неограниченном числе циклов переспроса будет включать в себя вероятность НП в первом цикле, вероятность НП после первого, второго и т. д. переспросов.
Скорость передачи информации в системах с РОС и ОЖ
К основным недостаткам систем РОС - ОЖ относится значительное снижение скорости R.
Причины снижения скорости:
введение избыточных (проверочных) элементов (1);
наличие t ож - сигнала решения о качестве приёма (2);
повторные передачи KК (3).
R = B * 1 * 2 * 3
Коэффициенты уменьшения скорости за счёт введения проверочных элементов
Учитывая и избыточность и ожидание
3. При вероятности обнаружения ошибок в КК - P oo
Анализируя 1 и 3 следует, что для увеличения скорости R (или снижения потерь скорости) необходимо увеличивать длину блока n. Увеличение длины блока n:
снижает относительное количество избыточных элементов необходимых для обеспечения заданной верности;
снижает относительные потери на ожидание решения о качестве приёма.
При увеличении длины блока возрастает вероятность его поражения ошибкой (K ош ^), а значит увеличивается вероятность переспроса и увеличивается время необходимое для повторения длинной комбинации, следовательно для получения максимальной скорости R в системах с РОС и ОЖ требуется оптимизация длины блока.
2. Архитектура связи. Методы коммутации. Службы связи. Модель ВОС. Типы компьютерных сетей
Архитектура связи
Понятие связь включает в себя совокупность сетей и служб.
Служба связи - это комплекс средств, обеспечивающий представления пользователям определенных услуг.
Под комплексом средств следует понимать совокупность программных и аппаратных средств, методов обработки, распределения и передачи данных, в том числе оконечное оборудование (данных) расположенное у пользователя.
Каждая служба может иметь ряд применений, которые с позиции пользователя классифицируется как услуги.
Для транспортировки и коммутации сигналов в службах электросвязи используются вторичные сети электросвязи: телеграфные; передачи данных; факсимильной связи; автоматическая сеть телефонной связи.
Первичная сеть связи обеспечивает вторичные сети каналами связи.
Методы коммутации в сетях ПДС
Два основных принципа коммутации: непосредственное соединение; соединение с накоплением информации.
Непосредственное соединение предполагает физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами. Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).
Под коммутацией каналов понимается совокупность операций по соединению каналов для получения сквозного канала, связывающего через узлы коммутации один оконечный пункт с другим.
Достоинства КК: после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время независимо от нагрузки, поступающей от других абонентов; передачи осуществляются с фиксированной задержкой, т.е. может быть реализован режим передачи в реальном масштабе времени, что особенно важно при передаче мультимедийного трафика.
Недостатки КК: плохое использование ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами сообщений наблюдаются длительные паузы.
Коммутация с накоплением - совокупность операций приема на узлах коммутации (УК) сообщения или его части, накопления и последующей передачи сообщения или его части в соответствии с содержащимся в нем (ней) адресом.
При системе коммутации с накоплением (КН) ОП имеет постоянную прямую связь со своим УК (иногда с несколькими) и передает на него информацию, а затем эта информация поэтапно передается через узлы коммутации другим абонентам, причем в случае занятости исходящих каналов информации запоминается в узлах и передается по мере освобождения каналов в нужном направлении.
Две разновидности системы с накоплением: система коммутации сообщений (КС); система коммутации пакетов (КП).
Способ обслуживания, при котором заявка, поступившая в момент отсутствия свободных линий или приборов, ожидает их освобождения, называется обслуживанием с ожиданием.
Метод коммутации пакетов по своей идеологии совпадает с методом КС и отличается лишь тем, что длинные сообщения передаются не целиком, а разбиваются на относительно короткие части - пакеты.
Способы (режимы) передачи пакетов: режим виртуальных соединений и датаграммный режим.
Виртуальное (условное) соединение существует только в памяти управляющего компьютера.
Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации и обладает всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов.
В стандартных международных протоколах предусматривается два типа виртуальных канала: постоянный и коммутируемый.
Коммутируемый виртуальный канал (PVC - Permanent Virtual Circuits) предполагает установление и ликвидацию канала при каждом соединении, по рассмотренному выше алгоритму.
Постоянный (SVC - Switched Virtual Circuits) - закрепляется между двумя абонентами на длительный период времени, по согласованию с администрацией сети. Отпадает необходимость организации и ликвидации канала при каждой передаче.
Для коротких сообщений более эффективен датаграммный режим, не требующий довольно громоздкой процедуры установления виртуального соединения между абонентами.
Термин «датаграмма» применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов.
Получив датаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и т.д., до тех пор, пока пакет не будет принят.
Датаграмный режим используется, в частности, Internet, протоколы UDP (User Datagram Protocol) и TFTP (Trivial File Transfer Protocol).
Архитектура взаимодействия открытых систем
Появление компьютерных сетей привело к необходимости создания стандартов, определяющих принципы взаимодействия внешних пользователей с сетями и сетей между собой, т.е. стандартов взаимодействия открытых систем, ВОС.
В процессе работы сети взаимодействуют узлы, каждый из которых представляет собой иерархическую систему. Процедура взаимодействия этих узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих (равноправных) уровней участвующих сторон.
Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называется протоколом.
Уровни, находящиеся в одном узле в процессе работы, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами. Эти правила принято называть интерфейсом.
Эталонная модель ВОС является наиболее общим описанием структуры построения стандартов. Она определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и является основой обеспечения возможности параллельной разработки различных стандартов для ВОС.
Система является открытой, если она соответствует эталонной модели ВОС, стандартному набору услуг и стандартным протоколам.
Рисунок 2. Структура эталонной модели ВОС
В семиуровневой модели ВОС все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на семь взаимно подчиненных уровней. Уровень с меньшим номером представляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень только потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет.
Физический уровень осуществляет передачу неструктурированного «сырого» потока битов по физической среде (без учета деления на кодовые комбинации).
Канальный уровень решает задачи организации доступа к среде передачи, реализации механизмов обнаружения и коррекции ошибок.
Сетевой уровень отвечает за адресацию сообщений и перевод логических имен и адресов в физические адреса. Основной задачей является маршрутизация сообщений, обеспечение управления информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а так же учитывает предоставленные услуги.
Транспортный уровень принимает от вышестоящего уровня некоторый блок данных и должен обеспечить его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования.
Уровень протоколов называют уровнем сессий или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между прикладными процессами: соединение прикладных процессов для их взаимодействия, организация передачи информации между процессами во время взаимодействия, «рассоединения» процессов.
Представительский уровень определяет синтаксис передаваемой информации, т.е. набор знаков и способы их представления, которые являются понятными для всех взаимодействующих открытых систем. Представительский уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену и преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы) и расширение графических команд. Может управлять сжатием данных.
Прикладной уровень эталонной модели ВОС определяет семантику, т.е. смысловое содержание информации, которой обмениваются ОС в процессе решения некоторой заранее известной задачи. Взаимодействующие системы должны одинаково интерпретировать получаемые данные.
Прикладной (пользовательский) уровень является основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах.
Сети передачи данных, компьютерные сети
Сети передачи данных ассоциируются с термином «компьютерные сети», т.к. в качестве оконечного оборудования данных используется именно персональный компьютер.
Классификация компьютерных сетей:
Территориальной распространенности.
Ведомственной принадлежности.
Скорости передачи информации.
Типу среды передачи.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, региональными и глобальными.
Локальные сети - это сети перекрывающие территорию не более 10 квадратных километров.
Региональные - это сети расположенные на территории города или области.
Глобальные - это сети расположенные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.
По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети.
Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Это может быть локальная сеть предприятия.
Корпоративные сети. Несколько отделений одной кампании, расположенные на территории города, области, страны или государства образуют корпоративную компьютерную сеть.
Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на: низкоскоростные, среднескоростные, высокоскоростные.
По типу среды передачи разделяются на сети: коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.д.
Локальные вычислительные сети (ЛВС)
Под локальной вычислительной сетью понимают совместное подключение нескольких рабочих станций (отдельных компьютерных рабочих мест) и других устройств к общему каналу передачи данных.
Применение ЛВС обеспечивает:
Разделение ресурсов. Любая рабочая станция, подключенная к сети (при наличии прав доступа) может использовать любой сетевой ресурс. Сетевым ресурсом может быть: принтер, подключенный к серверу или одной из рабочих станций, модем, факс, жесткий диск, и т.д.
Разделение данных. Возможность доступа и управления базами данных непосредственно с рабочих станций.
Разделение программных средств. Возможность одновременного использования установленных сетевых программных средств. (Офисные программы, бухгалтерские, САПРы и т.д.). Реализация многопользовательского режима.
Разделение ресурсов процессора. Использование вычислительных мощностей сервера для обработки данных другими системами.
Интерактивный обмен информацией между пользователями сети - электронная почта, программы планирования рабочего времени, видеоконференции, ICQ…
Типы компьютерных сетей: одноранговые сети, сети на основе сервера и комбинорванные.
Топологии сети: шина (bus), звезда (star), кольцо (ring) и их комбинаций.
1. Топология «шина». Все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется магистралью или сегментом. (Пассивная топология - ПК только слушают трафик, но не ретранслируют его). Разрыв кабеля в любом месте приводит к падению сети.
2. Топология «звезда». Все ПК с помощью сегментов кабеля подключаются к концентратору.(HUB) - Хаб.
3. Топология «кольцо». ПК подключаются к кабелю замкнутому в кольцо. Каждый ПК выступает в роли репитера, то есть регенерирует сигнал (увеличивается дальность).
Литература
1. Передача дискретных сообщений: Учебник для ВУЗов / В.П. Шувалов, Н.В. Захарченко, В.О. Шварцман и др.; Под ред. В.П. Шувалова. - М.: Радио и связь, 1990 - 464 с.
2. Купинов Ю.П. и др. Основы передачи дискретных сообщений - М.: Радио и связь, 1992.
3. Цифровая связь. - М., Санк-П, Киев: Изд. дом «Вильяме», 2003.
4. Мирманов А.Б. Курс лекций по дисциплине «Технология цифровой связи» - Астана: КазАТУ, 2009. (электронный).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирование многокаскадного усилителя переменного тока с отрицательной обратной связью. Расчет статических и динамических параметров электронного устройства, его схематическое моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта Microcap 3.
курсовая работа , добавлен 05.03.2011
Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью. Выбор и расчет режима работы выходного каскада. Расчет необходимого значения глубины обратной связи. Определение числа каскадов усилителя. Выбор транзисторов предварительных каскадов.
курсовая работа , добавлен 23.04.2015
Изучение структурной схемы астатической системы управления углом рыскания с изодромной обратной связью. Анализ его устойчивости и статической точности. Расчет передаточных чисел автопилота. Произведение цифрового моделирования переходных процессов.
практическая работа , добавлен 29.03.2011
Обратная связь как связь, при которой на вход регулятора подается действительное значение выходной переменной, а также заданное значение регулируемой переменной. Изменение динамических характеристик, типовых звеньев САУ при охвате обратной связью.
лабораторная работа , добавлен 13.03.2011
Методика проектирования многокаскадного усилителя переменного тока с обратной связью. Расчет статических и динамических параметров усилителя, его моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта MicroCap III, корректировка параметров.
курсовая работа , добавлен 13.06.2010
Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью. Выбор транзистора, расчет режима работы выходного каскада. Расчёт необходимого значения глубины обратной связи. Определение числа каскадов усилителя, выбор транзисторов предварительных каскадов.
курсовая работа , добавлен 24.09.2015
Функции основных блоков структурной схемы системы передачи дискретных сообщений. Определение скорости передачи информации по разным каналам. Принципы действия устройств синхронизации, особенности кодирования. Классификация систем с обратной связью.
курсовая работа , добавлен 13.02.2012
Методы кодирования сообщения с целью сокращения объема алфавита символов и достижения повышения скорости передачи информации. Структурная схема системы связи для передачи дискретных сообщений. Расчет согласованного фильтра для приема элементарной посылки.
курсовая работа , добавлен 03.05.2015
Основные элементы принципиальной и структурной схемы проектируемой следящей системы. Математическое описание системы. Постановка задачи синтеза. Построение логарифмической частотной характеристики неизменяемой части. Синтез корректирующих устройств.
курсовая работа , добавлен 30.01.2011
Проектирование среднескоростного тракта передачи между источниками и получателями данных. Использование системы с решающей обратной связью, непрерывной передачей и блокировкой приемника для повышения верности передачи. Квадратурная амплитудная модуляция.
Ошибки в каналах обычно группируются, состояние канала может быть самым различным. Следовательно, если применять корректирующий код в СПИ(система передачи информации) без обратной связи, то при значительной плотности ошибок он будет неэффективен по помехоустойчивости, а при небольшой плотности ошибок он будет неэффективен по скорости передачи. Обычно корректирующий код рассчитывают на постоянную плотность помех, поэтому СПИ без обратной связи применяют в системах с постоянным временем задержки информации, а также если отсутствует канал обратного направления или его создание невозможно.
Необходимо избыточность, вводимую в передаваемую информацию, соразмерять с состоянием дискретного канала в каждый момент времени. Например, рост числа ошибок должен быть связан с ростом избыточности. Избыточность вводится в передатчике, а о состоянии канала можно судить по результатам приема информации. Чтобы регулировать
избыточность, надо чтобы приемник информировал передатчик о числе ошибок. Поэтому водится канал обратной связи. СПИ с каналом обратной связи делятся на системы с решающей обратной связью (РОС), системы с информационной обратной связью (ИОС) и системы с комбинированной обратной связью (КОС). В системах с РОС приемник, приняв кодовую комбинацию и выполнив ее анализ на наличие ошибок, принимает окончательное решение либо о выдаче кодовой комбинации потребителю, либо о ее стирании и посылке по обратному каналу сигнала переспроса. Системы с РОС называют системами с переспросом или системами с автоматическим запросом ошибок. В случае принятия кодовой комбинации без ошибок приемник формирует и направляет в канал обратной связи сигнал подтверждения. Передатчик, получив сигнал подтверждения, передает следующую кодовую комбинацию. Активная роль принадлежит приемнику, а по каналу обратной связи передается сигнал решения, вырабатываемый приемником. В системах с ИОС по каналу обратной связи передаются сведения о поступающих в приемник кодовых комбинациях (или их элементах) до окончательной обработки и принятия заключительного решения. Возможно, что осуществляется ретрансляция кодовой комбинации от приемника к передатчику. Такие системы называются ретрансляционными. Возможно, что приемник вырабатывает специальные сигналы, имеющие меньший объем, чем полезная информация, но характеризующие качество ее приема. Эти сигналы от приемника по каналу обратной связи также направляются к передатчику. Если количество информации, передаваемой по каналу обратной связи (квитанция), равно количество информации в сообщении, передаваемом по прямому каналу, то ИОС называется полной. Если же информация квитанции отражает лишь некоторые признаки сообщения, то ИОС называется укороченной. Полученная по каналу обратной связи квитанция анализируется передатчиком. По результатам анализа передатчик принимает решение о передаче следующей кодовой комбинации или о повторении ранее переданных комбинаций. После этого передатчик передает служебные сигналы о принятом решении, а затем соответствующие кодовые комбинации. В соответствии с полученными от передатчика служебными сигналами приемник или выдает накопленную кодовую комбинацию получателю, или стирает ее и запоминает как вновь переданную. В системах с укороченной ИОС меньше загрузка канала обратной связи, но больше вероятность появления ошибок по сравнению с системами с полной ИОС.
В системах с КОС решение о выдаче кодовой комбинации получателю или о повторной передаче может приниматься как в приемнике, так и в передатчике, а канал ОС использоваться как для передачи квитанции, так и для решения. Системы с ОС делятся на системы с ограниченным и неограниченным числом повторений. При ограниченном числе повторений вероятность ошибки больше, но меньше время задержки.
Если СПИ с обратной связью отбрасывает информацию в забракованных кодовых комбинациях, то эта система без памяти. В противном случае СПИ с обратной связью называют системой с памятью. Системы с ОС являются адаптивными системами передачи информации, т.к. передача по каналу автоматически приводится в соответствие с конкретными условиями прохождения сигналов. Каналы обратной связи образуются методами частотного или временного разделения от каналов передачи полезной информации. Для защиты от искажений сигналов, передаваемых по каналу ОС, применяют корректирующие коды, многократную и параллельную передачи. В настоящее время известны многочисленные алгоритмы работы систем с ОС. Наиболее распространенными среди них являются системы:
· РОС с ожиданием сигнала ОС;
· РОС с безадресным повторением и блокировкой приемника;
· РОС с адресным повторением.
Системы с ожиданием после передачи кодовой комбинации либо ожидают сигнал обратной связи, либо передают ту же кодовую комбинацию, но передачу следующей кодовой комбинации начинают только после получения подтверждения по ранее переданной комбинации.
Системы с блокировкой осуществляют передачу непрерывной последовательности кодовых комбинаций при отсутствии сигналов ОС по предшествующим n комбинациям. После обнаружения ошибок в (n+1)-й комбинации выход системы блокируется на время приема n комбинаций, в запоминающем устройстве приемника системы ПДС стираются n ранее принятых комбинаций и посылается сигнал переспроса. Передатчик повторяет передачу n последних переданных кодовых комбинаций.
При передаче данных по каналам связи всегда возникают ошибки. Причины их могут быть самые различные, но результат оказывается один - данные искажаются и не могут быть использованы на приемной стороне для дальнейшей обработки. Борьба с возникающими ошибками ведется на разных уровнях семиуровневой модели OSI (в основном на первых четырех). Для борьбы с возникающими ошибками известно много различных способов. Все их можно подразделить на две группы: не использующие обратную связь и использующие обратную связь.
В первом случае на передающей стороне передаваемые данные кодируются одним из известных кодов с исправлением ошибок. На приемной стороне, соответственно, производится декодирование принимаемой информации и исправление обнаруженных ошибок. Исправляющая возможность применяемого кода зависит от числа избыточных битов, генерируемых кодером. Если вносимая избыточность невелика, то есть опасность того, что принимаемые данные будут содержать необнаруженные ошибки, которые могут привести к ошибкам в работе прикладного процесса. Если же использовать код с высокой исправляющей способностью (большой избыточностью), то это приводит к необоснованно низкой реальной скорости передачи данных.
Нередко встречаются случаи, когда информация может передаваться не только от одного корреспондента к другому, но и в обратном направлении.
В таких условиях появляется возможность использовать обратный поток информации для существенного повышения верности сообщений, переданных в прямом направлении. При этом не исключено, что по обоим каналам (прямому и обратному) в основном непосредственно передаются сообщения в двух направлениях («дуплексная связь») и только часть пропускной способности каждого из каналов используют для передачи дополнительных данных, предназначенных для повышения верности.
Возможны различные способы использования системы с обратной связью в дискретном канале. Обычно их подразделяют на два типа: системы с информационной обратной связью и системы с управляющей обратной связью .
Системами с информационной обратной связью называются такие, в которых с приемного устройства на передающее поступает информация о том, в каком виде принято сообщение. На основании этой информации передающее устройство может вносить те или иные изменения в процесс передачи сообщения: например, повторить ошибочно принятые отрезки сообщения, изменить применяемый код (передав предварительно соответствующий условный сигнал и убедившись в том, что он принят), либо вообще прекратить передачу при плохом состоянии канала до его улучшения.
В системах с управляющей обратной связью приемное устройство на основании анализа принятого сигнала само принимает решение о необходимости повторения, изменения способа передачи, временного перерыва связи и передает об этом приказание передающему устройству. Возможны и смешанные методы использования обратной связи, когда в некоторых случаях решение принимается на приемном устройстве, а в других случаях на передающем устройстве на основании полученной по обратному каналу информации.
Простейшим по идее методом информационной обратной связи является метод полной обратной проверки и повторения (ОПП). В системах с информационной обратной связью передача информации осуществляется без помехоустойчивого кодирования . При этом принятый сигнал полностью ретранслируется на передающее устройство, где каждая принятая кодовая комбинация сверяется с переданной. В случае их несовпадения передающее устройство передает сигнал для стирания неправильно принятой комбинации, а затем повторяет нужную комбинацию. В качестве сигнала для стирания применяют специальную кодовую комбинацию, не используемую при передаче сообщения.
Функциональная схема такой системы показана на рис. 8.37. Передаваемое сообщение, закодированное примитивным кодом, посылают в канал и одновременно записывают в запоминающем устройстве (накопителе). Принятая кодовая комбинация сразу не декодируется, запоминается в приемном накопителе и возвращается по обратному каналу на передающую сторону, где она сравнивается с переданной комбинацией. Если они совпадают, то передается следующая кодовая комбинация, в противном случае передается сигнал стирания.
При этом методе окончательный ошибочный прием кодовой комбинации возможен лишь тогда, когда ошибки в принятой комбинации компенсируются ошибками, возникающими в канале обратной связи. Другими словами, для того чтобы некоторый символ в переданной кодовой комбинации был окончательно принят ошибочно, необходимо и достаточно, чтобы, во-первых, произошла ошибка в прямом канале и, во-вторых, при ретрансляции произошла такая ошибка, которая изменит неправильный ретранслируемый символ на действительно переданный. Это позволяет сразу вычислить вероятность необнаруженной, а следовательно, и неисправленной ошибки (в расчете на один символ):
где - вероятность ошибки в прямом канале; - вероятность противоположной ошибки в канале обратной связи.
Следовательно, если и велики, то система с полной ретрансляцией дает неудовлетворительные результаты. Практически данный метод имеет смысл в тех случаях, когда канал обратной связи обеспечивает весьма высокую верность (например, при передаче сообщений на спутник с Земли), а прямой канал имеет низкую верность (например, при передаче сообщений со спутника на Землю ввиду того, что мощность передатчика на спутнике мала). Существенным недостатком системы с полной ретрансляцией является большая загрузка канала обратной связи. Существуют и более сложные системы с информационной обратной связью, в которых используются помехоустойчивые коды.
Наиболее распространены системы с управляющей обратной связью (УОС) при использовании избыточных кодов для обнаружения ошибок (рис. 8.38). Такие системы часто называют системами с переспросом , или с автоматическим запросом ошибок , или с решающей обратной связью (РОС).
В большинстве случаев это системы дуплексные, т.е. информация в них передается в обоих направлениях. В кодере передаваемое сообщение кодируется кодом, позволяющим с большой вероятностью обнаруживать возникающие в канале ошибки. Принятый кодовый блок декодируется с обнаружением ошибок. Если ошибки не обнаружены, то декодированный отрезок сообщения поступает к получателю. При обнаружении ошибок блок бракуется и по обратному каналу передается специальный «сигнал переспроса». В большинстве систем этот сигнал представляет собой специальную кодовую комбинацию, на время передачи которой прерывается поток информации, идущей по обратному каналу. Прием сигнала переспроса вызывает повторение забракованного блока, который для этого хранится в накопителе-повторителе до тех пор, пока по обратному каналу не будет принята очередная кодовая комбинация, не содержащая переспроса.
В системах с решающей обратной связью применяются процедуры обнаружения ошибок и переспроса также называемые решающей обратной связью или обнаружением ошибок с автоматическим запросом повторения (АЗП, ARQ - Automatic Repeat Request ). В этом случае код применяется только в режиме обнаружения ошибок, что позволяет достичь очень низкой вероятности необнаруженной ошибки при незначительном уровне вводимой избыточности.
Для реализации механизма ARQ передаваемые данные организуются в специальные блоки, которые называются кадрами.