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 характеристики, коэффициент ошибок на элемент и т. п. В последнем случае целесообразно говорить об оценке качества дискретного канала, понимая под этим оценку степени пригодности капала для передачи дискретных сообщений. Для определения коэффициента ошибок могут быть использованы прямой и косвенный методы.

Прямой метод предполагает определение коэффициента ошибок путем подсчета числа ошибочных элементов в заранее известной на приеме последовательности элементов на интервале анализа

где — число ошибочных элементов на интервале анализа; N — число элементов, переданных за время Т. Коэффициент ошибок является оценкой вероятности ошибки, обозначаемой в дальнейшем

Косвенные методы оценки качества каналов основаны на использовании связи между ошибками и искажениями формы сигнала и предполагают подсчет числа искаженных сигналов с последующим определением Вне зависимости от того, какой метод применяется, ставится задача — получить за возможно короткое время оценку вероятности ошибки. Точность получаемой оценки можно характеризовать дисперсией оценки вероятности ошибки. Очевидно, что лучшим из двух рассматриваемых методов оценки качества канала будет тот, который при заданном объеме выборки (интервале анализа) дает меньшее значение дисперсии оценки.

При прямом методе по каналу требуется передавать известную на приеме последовательность, которая называется тестом. Поэтому метод часто называют тестовым. Косвенные методы не требуют передачи по каналу тестовой последовательности, и поэтому называются бестестовыми. Применение бестестовых методов оценки качества каналов более предпочтительно, так как при этом качество канала оценивается в процессе работы и по рабочим сигналам.

При передаче по дискретному каналу тестовой последовательности

где при наличии ошибок в противном случае. Полученная оценка является несмещенной, т. е. математическое ожидание случайной величины равно Дисперсия оценки определяется выражением

Оценка качества канала при использовании бестестового метода, как уже отмечалось, осуществляется по результатам приема рабочих сигналов.

Пусть для каждого из N единичных элементов на интервале анализа можно определить условную вероятность неправильного приема , где Н — означает неправильный (ошибочный) прием, a У — сигнал на приеме. Тогда

Полученная оценка является также несмещенной, и дисперсия этой оценки, как показано в [6.10], меньше, чем при тестовом методе. Таким образом, при использовании бестестового метода можно получить при заданном времени анализа меньшее значение дисперсии оценки или при заданном значении дисперсии оценки получить оценку для вероятности ошибки за меньшее время

Рассмотрим еще один простой косвенный метод оценки качества канала, основанный на подсчете числа стертых единичных элементов на интервале анализа [8.1]. Положим, что в канале действует флуктуационная помеха с известной дисперсией При этом пусть вероятность ошибки определяется формулой (см. гл. 6)

Пусть где ( - плотности распределения сигнала на выходе демодулятора при передаче «0» и «1» соответственно (рис. 8.2). Тогда

где — функция Крампа. Для заданных порога стирания А вероятность стирания единичного элемента

Вероятность ошибки является функцией а или о. Вероятность стирания зависит еще и от порога А. Определяя на интервале анализа в N элементов число стираний v, можно найти оценку для вероятности стирания элемента и из уравнения

для заданных значений о и А определить а.

Рис. 8.3. Вероятности ошибок для трех состояний канала

Подставив найденное значение а в (8.1), определим вероятность ошибки

Данные о числе стираний на интервале анализа можно также использовать для разделения состояний канала. Пусть канал может находиться в одном из L состояний, каждое из которых характеризуется вероятностью ошибки на элемент . Положим также, что стирания независимы Тогда вероятность того, что на интервале передачи N единичных элементов число стираний для состояния канала равно v, определяется формулой

где вероятность стирания элемента для состояния канала. Типичные графики зависимости в случае, когда канал может находиться в одном из трех состояний, приведены на рис. 8.3. Графики соответствуют случаю Из графиков следует, что если число стираний то наиболее вероятно, что канал находится в состоянии I (вероятность ошибки равна так как При числе стираний целесообразно считать, что канал находится в состоянии II.

Таким образом, полагаем, что первому состоянию соответствует второму и третьему При использовании данного метода оценки качества канала, как и любого другого, возможно вынесение неправильного решения о том, в каком состоянии находится канал. Например, если при выносится решение о том, что канал находится в первом состоянии, то на самом деле он, правда, с меньшей вероятностью мог находиться и в состоянии II и даже III. Для оценки качества разделения состояний канала можно использовать матрицу где вероятность принять решение о том, что канал находится в состоянии, когда в действительности имеет место состояние.

При разделении трех состояний канала

где

Идеальное разделение состояний канала соответствует случаю, когда а все остальные элементы матрицы равны нулю. Разумеется, обеспечить такое разделение невозможно.

Рассмотренные методы оценки качества каналов далеко не исчерпывают всех возможных, описанию которых посвящено немало статей и монографий [8.2, 8.3].

По месту включения устройств контроля различают адаптивные системы ПДС с устройствами контроля, включаемыми на передаче, приеме или на передаче и приеме одновременно. Чаще всего устройства контроля включаются на приеме и информация о результатах контроля (в случае необходимости) посылается по каналу обратной связи на передающий конец.

По времени анализа состояния канала различают системы ПДС с постоянным и переменным временем анализа. В последнем случае интервал анализа зависит от качества канала, при этом чем больше коэффициент ошибок, тем быстрее можно вынести решение о качестве канала Использование переменного времени анализа позволяет сократить среднее время, затрачиваемое на вынесение решения о качестве канала

Контроль может осуществляться с целью вынесения решения о качестве канала только на интервале контроля. Это, так называемый текущий контроль. Его можно трактовать как контроль качества сигнала. Примером такого контроля является определение применительно к каждой кодовой комбинации правильности ее приема. Контроль может производиться также с целью определения качества канала на участке стационарности по результатам измерений на интервале времени существенно меньшем, чем интервал стационарности При этом задачей контроля является прогнозирование состояния канала

Если текущий контроль, как правило, предназначен для улучшения условий приема сигнала, по результатам анализа которого вынесено решение о его качестве, то прогнозирование направлено на изменение в системе ПДС, обеспечивающее требуемые качественные показатели системы после принятия решения.

Использование результатов контроля. По результатам контроля могут меняться параметры УПС или УЗО либо обоих устройств одновременно. Вопросы адаптации, связанные с УПС, были рассмотрены в гл. 6.

При адаптации на уровне УЗО различают: адаптивное кодирование и адаптивное декодирование. При адаптивном кодировании в соответствии с состоянием канала меняется структура кода — соотношение между числом информационных и проверочных элементов, длина блока и т. п. Вариантом простейшего адаптивного кодирования является повторение кодовой комбинации при обнаружении в ней ошибки. Системы, в которых повторение кодовых комбинаций происходит при обнаружении в них ошибок, относятся к системам с ОС. Эти системы чаще всего применяются на практике, поэтому подробно рассматриваются ниже.

Если при неадаптивном декодировании решение о виде передаваемой кодовой комбинации принималось на приеме однозначно, так как каждому синдрому приписывалось одно наиболее вероятное сочетание ошибок, то при адаптивном декодировании каждому синдрому соответствует N вариантов сочетания ошибок, где N — число состояний канала. Таким образом, решение о принимаемой комбинации для одного и того же синдрома зависит от состояния канала.

Так как при вынесении решения о состоянии канала возможны ошибки, то и оптимальное решение о кодовой комбинации может быть принято с вероятностью, отличной от единицы и зависящей в свою очередь от качества работы устройства контроля качества канала (сигнала).