8.3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ, АЛГОРИТМЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ СИСТЕМ С РОС И ИОС

Система с РОС и ожиданием решающего сигнала (РОС-ОЖ).

Структурная схема РОС-ОЖ представлена на рис. 8.6, а алгоритм работы — на рис. 8.7. Работает система следующим образом.

По сигналу управляющего устройства передатчика прямого канала , источнику сообщений ИС посылается сигнал готовности аппаратуры к передаче данных По этому сигналу ИС выдает одну очередную комбинацию сообщения, которая поступает в кодер и накопитель передачи Нпер передатчика Накопитель Нпер служит для запоминания одной передаваемой комбинации с целью возможности ее повторения, если придет сигнал «Переспрос» по обратному каналу. Кодер в процессе кодирования добавляет к передаваемым информационным разрядам проверочные разряды, полученные по законам формирования разрешенных комбинаций применяемого кода, например циклического (АЗ). Пройдя через дискретные сигналы приобретают вид, удобный для передачи по используемому каналу связи.

Рис. 8.6 Структурная схема системы ПД с РОС-ОЖ

Если последний является каналом ТЧ, то сигнал на выходе УПС имеет вид модулированного колебания

В приемнике прямого канала сигнал после обратного преобразования в появится через соответствующее время распространения

Информационная часть комбинации записывается в прямого канала и одновременно эта комбинация поступает в декодер приемника прямого канала, с помощью которого производится обнаружение ошибок.

Решающее устройство РУ выдает решение о качестве принятой комбинации на . Через устройство прямого канала выдает команды в и формирователь сигнала обратной связи ФСОС передатчика обратного канала Если ошибка не обнаружена, то формируется сигнал «Подтверждение» в обратном канале и выдается команда, по которой информация из поступает потребителю ПС (см. на рис. 8.8 передачу блока 1). Для наглядности графики сигналов, относящихся к разным частям системы (относительно , разнесены на рис. 8 8. Пройдя по обратному каналу за время сигнал подтверждения распознается дешифратором сигнала обратной связи ДСОС на . С помощью через время анализа сигнала обратной связи от ИС запрашивается очередная комбинация и цикл передачи повторяется (информация в в этом случае автоматически стирается при поступлении новой порции ().

Рис. 8.7 Граф-схема алгоритма работы системы ПДС с РОС-ОЖ АЛ — запрос очередной комбинации (ЗОЮ от ИС, — запись очередной комбинации (информационной часги) в АЗ — кодирование — передача по — прием из ПК, — декодирование и запись принятой комбинации (информационной части) в — выдача комбинации из , -формирование сигнала подтверждения, — формирование сигнала переспроса, стираиие комбинации в и запрещение ее выдачи в ПС; — передача по ОК. — прием из ОК, — дешифрирование сигнала ОС, — стирание предыдущей комбинации в пер, — блокировка ИС и повторение передачи комбинации из

Если же ошибка в обнаруживается декодером, то формируется сигнал переспроса в обратном канале и выдает команду, запрещающую выдачу информации потребителю ПС из (эта информация уже не представляет интереса и она уничтожается в накопителе, т. е. «стирается»). Временная диаграмма процессов показана на рис. 8 8 при передаче комбинации 2 Пройдя по обратному каналу за время сигнал переспроса распознается ДСОС . С помощью через из накопителя Нпер хранящаяся там комбинация повторно передается в кодер и далее. А источнику сообщений ИС и поступает сигнал, запрещающий передавать очередную комбинацию. Следовательно, информация из будет повторяться до тех пор, пока не придет сигнал подтверждения. Если происходит длительное нарушение связи, в системе начинает циркулировать одна и та же комбинация — говорят, что система «зацикливается»

Рис. 8.8. Временная диаграмма работы системы с РОС-ОЖ

С целью предотвращения «зацикливания» обычно ограничивают количество таких повторов. После некоторого числа повторов одной и той же комбинации система переводится в режим «авария»

Таким образом, источнику сообщений «разрешается» выдавать только по одной комбинации с паузой между двумя соседними, равной времени ожидания ответа подтверждения по обратному каналу

Минимальное время ожидания можно легко определить на рис. 8 8:

где — длительность сигнала обратной связи.

Алгоритм работы системы с РОС-ОЖ весьма наглядно иллюстрируется графом состояний системы на рис. 8.9.

Рис. 8.9 Граф состояний системы с РОС-ОЖ НП — начало передачи. ОО — обнаруженная ошибка. НО — необнаруженная ошибка, ППр - правильный прием. ИП — искажение подтверждения. ИЗ — искажение запроса, ПП — правильное подтверждение, ПЗ — правильный запрос

Как видно из рисунка, правильный прием кодовой комбинации происходит только в следующих случаях (отмечено двойными окружностями и двойными линиями):

правильная (без ошибок) первая передача по прямому каналу и правильный прием сигнала подтверждения;

обнаружение ошибки при первой передаче, правильный прием сигнала запроса, правильная вторая передача и правильный прием второго сигнала подтверждения;

обнаружение ошибки при первой передаче, правильный прием сигнала запроса, обнаружение ошибки при второй передаче, правильный прием второго сигнала запроса, правильная третья передача и т. п.

После этого система переходит к передаче следующей кодовой комбинации. В случае необнаружения ошибки при передаче по прямому каналу и правильному приему сигнача подтверждения (отмечено штриховой линией) к ПИ поступает информация с ошибкой и система переходит к передаче следующей кодовой комбинации. Если при необнаруженной ошибке в прямом канале происходит трансформация сигнала подтверждения в сигнал запроса в обратном канале (отмечено штрихпунктирной линией), то система повторяет передачу той же кодовой комбинации, в результате чего происходит «вставка». Вставка может произойти и в том случае, когда при правильном приеме по прямому каналу в обратном канале сигнал подтверждения трансформируется в сигнал запроса.

Если при передаче по прямому каналу приемник обнаруживает ошибки и в обратном канале сигнал запроса трансформируется в сигнал подтверждения, передатчик выдает новое сообщение, а так как предыдущее сообщение стирается, то происходит «выпадение». Как видно на графе, вставки и выпадения могут происходить не только на первом цикле передачи кодовой комбинации, но и на последующих.

Рис. 8.10 Появление сдвига при работе системы ПД с РОС-ОЖ

Эти два явления, характерные для всех систем с ОС, получили общее название «сдвига».

На рис. 8.10 показана временная диаграмма работы системы с РОС-ОЖ с изменением сигнала в канале ОС. При ошибке в сигнале подтверждения (см. передачу кодовой комбинации 3) происходит вставка, при ошибке в сигнале переспроса (см. передачу кодовой комбинации 4) образуется выпадение. Для борьбы со сдвигами применяют различные способы. Наряду с общими методами повышения помехоустойчивости обратного канала наиболее радикальным оказался метод циклической нумерации передаваемых комбинаций. Используют две разновидности таких методов.

При первом методе передаваемые комбинации циклически нумеруются. Номер размещается в начале каждой комбинации или непосредственно за синхропоследовательностью, служащей для групповой синхронизации, и сохраняется за комбинацией до тех пор, пока она не будет правильно принята, т. е. при повторных передачах комбинации ее номер сохраняется Например, при передаче комбинаций 1, 2, 3, 4 и длине цикла нумерации, равного 3, в случае однократной передачи первой комбинации, трехкратной — второй и двухкратной — третьей последовательности номеров в канале имеет следующий вид - где циклические номера комбинаций.

При втором методе все комбинации, которые передаются 1 раз, имеют один и тот же номер (например, ) и только при повторениях производится циклическая нумерация, соответствующая числу повторений. Например, при трех циклических номерах, однократной передаче первой комбинации, двух повторениях второй, пяти — третьей и одном — четвертой последовательность циклических номеров в канале имеет следующий вид:

При обоих методах циклической нумерации приемник системы контролирует номера принятых комбинаций. В тех случаях, когда номер принятой комбинации предшествует ожидаемому, принятая комбинация стирается, а в канал ОС передается сигнал подтверждения. Рассмотренная ситуация возникает при трансформации сигнала подтверждения на предшествующую комбинацию в сигнал запроса, что в отсутствие циклической нумерации привело бы к вставке комбинации. Если номер принятой комбинации соответствует номеру следующей после ожидаемой, что соответствует трансформации «переспроса» в «подтверждение», то приемник системы вырабатывает специальный сигнал о выпадении комбинации. По этому сигналу передача может быть прекращена, зафиксирован факт наличия выпадения или произведен повторный запрос на повторение.

Следовательно, процесс передачи кодовой комбинации может быть закончен в течение одного цикла выдачей получателю сообщений правильной или содержащей ошибку комбинации, а может продолжаться некоторое число циклов. Таким образом, работа системы с ОС и повторением передачи блоков представляют собой случайный процесс, удобным средством исследования которого является использование вероятностных графов. Подобно широко используемым в теории электрических цепей сигнальным графам, вероятностные графы состоят из некоторого числа узлов и соединяющих их направленных ветвей. Каждый из узлов вероятностного графа соответствует одному из характерных временных моментов состояния системы в процессе ее функционирования. Каждая из направленных ветвей отображает переход системы из одного состояния в другое.

Если из одного состояния системы в другое возможны переходы за время с вероятностью за время с вероятностью и за время — с вероятностью то соответствующему ребру графа соотносят переходную функцию

Для анализа системы ПДС удобно предположить, что величины t, кратны некоторой величине где а, — целые числа. При этом в качестве единицы масштаба времени примем — время передачи одной комбинации помехоустойчивого кода Обозначив можно переходы описывать производящей функцией

Эффективность системы ПДС оценивается вероятностью выдачи ПС кодовых комбинаций с ошибками, временем задержки сообщений и скоростью их передачи.

Рис. 8.11 Вероятностный граф системы с РОС-ОЖ при идеальном канале ОС

Рис. 8.12 Вероятностный граф системы с РОС-ОЖ при канале ОС с ошибками

Рассмотрим сначала случай передачи сообщения, состоящего из S кодовых комбинаций кода , при отсутствии ошибок в канале ОС.

Соответствующий вероятностный граф, содержащий состояние системы, представлен на рис. 8.11. Каждое из S первых состояний системы соответствует передаче кодовой комбинации. Состояние характеризует окончание передачи сообщения, т. е. выдачи в ПС всех S кодовых комбинаций.

После приема сообщения каждой кодовой комбинации и принятия по ней решения на выдачу ее ПС система переходит в состояние Если же принимается решение о переспросе, система остается в состоянии r. Обозначим вероятность принятия решения о выдаче информации ПС через а решение о переспросе —

Будем считать, что эти вероятности зависят только от сигналов, соответствующих данной кодовой комбинации, и не зависят от ранее принятых решений. При этом по графу системы могут быть найдены производящая функция вероятностей перехода системы из состояния 1 в состояние за Е шагов

и производящая функция вероятностей перехода системы из состояния i в состояние за шагов:

Среднее число переданных по каналу комбинаций на одну принятую комбинацию

Поскольку число комбинаций, поступающих в ПС, в раз меньше числа передаваемых комбинаций, вероятность выдачи ПС комбинации с необнаруженной ошибкой

где — вероятность необнаруженной ошибки.

Так как скорость передачи данных, т. е. число символов выдаваемых ПС за единицу времени, в системах с ОС меняется в зависимости от состояния дискретного канала, различают текущую и среднюю скорости Текущая скорость определяется отношением числа двоичных символов, выданных с выхода системы ПС за время t, ко времени t. Средняя скорость есть величина, к которой стремится текущая скорость при достаточно больших t В соответствии с этим определением и временной диаграммой на рис 8 8

где — длительность единичного элемента; число комбинаций, выданных ПС за время — число комбинаций, переданных по каналу за время

С учетом того, что

где Время где время распространения сигнала по каналу; — длительность сигнала обратной связи; — время анализа комбинации и сигнала обратной связи

Следовательно, система с РОС-ОЖ достаточно эффективна при т. е. при работе со сравнительно длинными кодовыми комбинациями и небольшими скоростями модуляции по каналам небольшой протяженности

Время передачи сообщения длиной S кодовых комбинаций — время задержки сообщения в системе является случайной величиной и может быть охарактеризовано вероятностью задержки сообщения в системе на время, большее некоторой величины Величину цечесообразно выбрать исходя из времени, необходимого для однократной передачи всего сообщения, которое, как следует из рис 8 11, составляет

Так как при передаче сообщения возникает необходимость в повторных передачах некоторых кодовых комбинаций, время передачи всего сообщения увеличивается, что может быть учтено введением коэффициента числа повторений ,

где ,

Величину целесообразно принять в качестве Вероятность приема всего сообщения после передачи по каналу комбинаций равна вероятности перехода системы из состояния 1 в состояние за шагов

Поэтому вероятность задержки сообщения из S блоков в системе на время, большее

Вероятности равна соответствующим коэффициентам разложения производящей функции в степенной ряд:

Поэтому

С учетом получим при

Искомая вероятность задержки сообщения в системе составляет

Рассмотрим теперь бочее общий случай, когда обратный канал не идеален, т. е. в нем имеются ошибки Введем следующие обозначения — вероятность получения сигнала подтверждения при передаче сигната подтверждения, -рпп — вероятность получения сигнала запроса при передаче сигната подтверждения; — вероятность получения сигнала запроса при передаче сигнала запроса, — вероятность получения сигнала подтверждения при передаче сигнала запроса

Вероятностный граф, соответствующий передаче сообщения из S комбинаций, представлен на рис 8 12 На нем показаны стедующие состояния системы 1 — начало передачи первой комбинации сообщения; — принятие приемником системы решения о выдаче первой комбинации ПС и передача по каналу ОС сигнала подтверждения; — принятие приемником системы решения о переспросе первой комбинации и передача по каналу ОС сигната запроса; 2 — прием сигнала подтверждения по первой комбинации и передача второй комбинации или прием сигнала запроса по первой комбинации и повторная передача первой комбинации; опредепяются аналогично; — прием сигнала подтверждения по комбинации, т. е. конец передачи сообщения

Производящая функция перехода системы из состояния 1 в состояние за шагов имеет следующий вид

где переходам системы из состояния i в состояние приписана переменная а переходам из состояний i или в состояния i или — переменная у.

Вводя следующие обозначения: получим

Следовательно, производящая функция для системы с РОС-ОЖ с неидеальным обратным каналом имеет тот же вид, что и для системы с идеальным обратным каналом. Поэтому полученные выше формулы справедливы и для системы с неидеальным обратным каналом при замене в них на на

Эти выражения показывают, что при незначительных вероятностях ошибок и соответственно параметры обратного канала практически не сказываются на значениях верности, скорости передачи и временных характеристиках системы.

Эффективность использования пропускной способности канала связи в системах с РОС—ОЖ сравнительно невелика, так как прямой канал простаивает в промежутки времени между передачами отдельных комбинаций в ожидании получения сигналов решения. Поэтому такие системы используют главным образом в тех случаях, когда определяющим является требование простоты (экономичности) аппаратуры. Стремление к более полному использованию каналов привело к разработке систем, в которых отсутствуют промежутки между передачей отдельных комбинаций.