З вирішальною зворотним зв'язком(РОС).
Перші два алгоритми широко використовуються в односторонніх системах
передачі дискретної		інформацією,	у яких для	передачі	інформації
в якомусь напрямку використовується канал зв'язку тільки даного напряму-
ня. У таких системах передавач не отримує інформацію про зміну спів-
стояння каналу зв'язку і тому працює в одному заздалегідь заданому режимі. На
вхід передавача надходить послідовність двійкових символів, яку
він перетворює на надмірну. У системах, що використовують блокові коди,
побутність	вводиться		перетворення	вступників
К-елементних	комбінацій вn-елементні (n³K).				передачі n -

елементних комбінацій по каналу зв'язку до них вносяться помилки. Вирішальний пристрій системи ототожнює прийняту n-елементну комбінацію з однією з 2К переданих або видає сигнал стирання.

Оцінка системи може бути зроблена Р ЗШ (K ) - ймовірністю помилкового прийому, P СТ - ймовірністю виявлення помилки іР ПР - ймовірно-

ністю правильного прийому. Методика визначення зазначених ймовірностей наведена у .

Алгоритми передачі з ІОС і РОС розглянемо більш -по дробово, оскільки найчастіше знаходять застосування практично.

4.3. Системи передачі цифрової інформаціїзі зворотним зв'язком

4.3.1. Класифікація систем із зворотним зв'язком.Системами передачі дискретної інформації зі зворотним зв'язком називають системи, в яких передавач з приймачем з'єднані прямим і зворотним каналами зв'язку, і передавач при введенні надмірності використовує інформацію про стан прямого каналу, що отримується каналом зворотного зв'язку.

Залежно від призначення ОС розрізняють системи: з вирішальним зворотним зв'язком (РОС), інформаційним зворотним зв'язком (ІОС) та комбінованим зворотним зв'язком (КОС).

У системах з РОС приймач за сигналом, що відповідає комбінації з n елементів, приймає остаточне рішення на видачу комбінації в приймач інформації (ПІ) або на її стирання та перепитування. Формований у приймачі сигнал підтвердження прийому комбінації або сигнал перепиту передається каналом зворотного зв'язку передавачу системи. Залежно від цього останній або передає нову комбінацію, отриману від датчика інформації (ДІ), або повторює передану раніше. Отже, основною особливістю системи РОС і те, що у них рішення належить приймачеві, а передавач лише управляється приймачем з допомогою сигналів, переданих каналом зворотний зв'язок. Канал зворотний зв'язок використовують у цих системах передачі рішень, прийнятих приймачем по комбінаціях, тому така ОС і було названо вирішальної.

У системах з ІОС зворотний канал використовується для передачі інформації про прийняту комбінацію або стан каналу зв'язку. Інформація аналізується передавачем, і за результатами аналізу приймається рішення про повторення раніше переданих комбінацій або передачу нових комбінацій, що отримуються від ДІ. Після цього передавач передає службові сигнали про прийняте рішення, а потім кодові комбінації.

Системи з комбінованим зворотним зв'язком - це системи, в яких рішення про повторну передачу або видачу комбінації в ПІ можуть прийматися і в приймачі, і в передавачі, а канал ОС використовується як для передачі рішень, прийнятих приймачем системи, так і для передачі інформації про прийняту комбінації або стан каналу зв'язку.

Системи з ОС також поділяються на системи з обмеженим числом повторень та необмеженим числом повторень.

В системах з обмеженим числом повторень кожна комбінація може повторюватися не більше r разів, а в системах з необмеженим числом повторень доти, доки не буде прийнято рішення про видачу цієї комбінації до приймача інформації.

Системи з ОС, у яких використовується інформація, що міститься у забракованих комбінаціях, називаються системами з пам'яттю. Якщо ж забраковані комбінації відкидаються, системи називаються системами без пам'яті.

В Залежно від способу передачі сигналу ОС розрізняють:

– системи зі спеціальним зворотним каналом;

– системи, у яких ОК виділяється методами частотного поділу;

– системи, у яких ОК виділяється методами тимчасового ущільнення;

– системи зі структурним поділом, у яких передачі сигналу ОС використовується спеціальна кодова комбінація, у приймачі будь-яка дозволена комбінація (крім виділеної для сигналу ОС) дешифрується як сигнал підтвердження, а будь-яка недозволена комбінація – як сигнал перепиту.

За типом дискретних каналів розрізняють системи, призначені для роботи по дуплексних каналах, і системи, що працюють на напівдуплексних каналах.

По способу функціонування системи із зворотним зв'язком поділяються такі класи: з очікуванням сигналу ОС; з безадресним повторенням та блокуванням приймача; з адресним повторенням.

Системи з очікуванням після передачі кодової комбінації або ожи-

дають сигнал зворотного зв'язку, або передають ту ж кодову комбінацію (блок), але передачу наступної кодової комбінації (блоку) починають тільки після отримання підтвердження раніше переданої комбінації.

Системи з блокуванням здійснюють передачу безперервної послідовності кодових комбінацій за відсутності сигналів ОС по попередніх комбінаціях. Після виявлення помилок в(h +1)- й комбінації вихід системи блокується на час прийомуh комбінацій, що запам'ятовує

пристрої приймача стираються h раніше прийнятих комбінацій, і надсилається сигнал перепиту. Передавач повторює передачу останніх переданих кодових комбінацій.

Системи з адресним повторенням відрізняє те, що кодові комбінації з помилками відзначаються умовними номерами, відповідно до яких передавач здійснює повторну передачу цих комбінацій.

Зворотним зв'язком можуть бути охоплені різні частини системи

– канал зв'язку, при цьому по каналу ОС передаються відомості про сигнал, що приймається до прийняттябудь-якого рішення;

– дискретний канал, причому по каналу ОС передаються рішення, прийняті УПСПЗМ на основі аналізу одиничних елементів сигналу;

– канал передачі даних, при цьому каналом ОС передаються рішення, прийняті ПЗВПЗМ на підставі аналізу кодових комбінацій.

Рис. 4.2. Зворотній зв'язок у системі передачі дискретної інформації

У першому випадку для контролю каналу зв'язку використовують пристрої типу детектора якості, які аналізують ті чи інші параметри сигналу, що приймається (амплітуду, частоту, тривалість) або рівень перешкод. При цьому по каналу ОС можуть передаватися команди на зміни параметрів сигналів, що передаються: потужності, спектрального складу, темпу передачі, надмірності коду і т.п. На передавальній стороні повинні бути передбачені відповідні органи на джерела сигналів: регулятори потужності, коректори, кодоперетворювачі, керовані сигналами, що надійшли по каналах ОС.

У другому випадку як аналізатор також зазвичай використовують -де тектори якості, що контролюють амплітуду, або крайові спотворення сигналу після демодуляції, або і те, і інше.

У третьому випадку аналізатором служить ПЗВ, що приймає рішення про наявність або відсутність помилок у прийнятих кодових комбінаціях.

З викладеного випливає, що системи з ОС є адаптивними: темп передачі інформації по каналах зв'язку автоматично приводиться у відповідність до конкретних умов проходження сигналів.

4.3.2. Система з РОС та очікуванням вирішального сигналу (РОС-ОЖ).

Основна особливість цих систем полягає в тому, що передавач, передавши n-елементну комбінацію, або чекає сигнал зворотного зв'язку, або повторює передану раніше комбінацію. Наступну комбінацію він може переда-

вати лише після прийому сигналу підтвердження раніше переданої комбінації.

Схема алгоритму та часова діаграма, за допомогою яких пояснюється послідовність операцій у системі з очікуванням, представлені на рис. 4.3

Рис. 4.3. Схема алгоритму роботи системи ПДС із РОС-ОЖ

При надходженні кодової комбінації з датчика інформації проводиться запис комбінації накопичувач і одночасне кодування і передача її в канал зв'язку. Прийнята комбінація може бути прийнята правильно, з невиявленою помилкою або помилкою. Імовірності цих

результатів визначаються коригуючим кодом (загалом вирішальним пристроєм). Подальша поведінка системи не визначена однозначно, а залежить від результату аналізу прийнятої комбінації пристроєм виявлення помилок. За відсутності помилок або при невиявлених помилках приймається рішення про видачу комбінації в ПІ та одночасно формується сигнал підтвердження прийому, який передається каналом зворотного зв'язку. Після прийому сигналу підтвердження передавач отримує від ДІ наступну кодову комбінацію і передає в канал зв'язку. Якщо кодова комбінація містить помилку, що виявляється, то при прийомі такої комбінації приймається рішення про стирання і формується сигнал перепиту, який передається по каналу зворотного зв'язку. При прийомі сигналу перепиту повторно передається комбінація, що зберігається у накопичувачі.

На рис. 4.4 показаний прийом без перепиту (комбінації 1 та 3) та прийом після одного перепиту (комбінація 2).

Рис. 4.4. Тимчасові діаграми роботи системи з РОС-ОЖ

Сигнали підтвердження та перепиту, що передаються по каналу ОС, піддаються впливу перешкод. Тому можливі такі випадки, коли під час передачі сигналу підтвердження буде прийнято сигнал перепиту і навпаки. У першому випадку в ПІ буде видана та сама комбінація, тобто. матиме місце вставка комбінації, тоді як у другий випадок одне з комбінацій, отриманих від ДІ, нічого очікувати видано ПІ, тобто. відбудеться випадання комбінації

Рис. 4.5. Поява зсуву під час роботи системи ПДС з РОС-ОЖ

На рис. 4.6 показано структурну схему системи з очікуванням. К-елементна комбінація, що надходить з джерела інформації (ІІ) через суматор (схему АБО) записується в накопичувач і одночасно кодується за допомогою кодуючого пристрою (КУ), після чого отримана n-елементна комбінація подається на вхід ДКС. З виходу ДКС ця комбінація надходить на вхід вирішального пристрою (РУ), як якого може використовуватися, наприклад, пристрій виявлення помилок коригувального коду, пристрій аналізу сигналу і т.д. У РУ приймається одне із двох рішень: або інформаційна частина комбінації видається в ПІ, або комбінація стирається.

Одночасно з надходженням комбінації в РУ проводиться її декодування (тобто виділення інформаційної частини) у декодувальному пристрої (ДКУ) та запис отриманої k-елементної комбінації на накопичувач. При прийомі рішення видачу комбінації в ПІ у блоці управління формуються управляючі сигнали, з допомогою яких k -элементная комбінація зчитується з накопичувача і через ключ (схему І) подається на вхід приймача інформації. Одночасно СУ подає керуючий імпульс на вхід пристрою формування сигналу зворотного зв'язку (УФС), в якому формується сигнал підтвердження прийому комбінації, що подається на вхід зворотного зв'язку (КОС). З виходу КОС сигнал надходить на вхід декодера сигналу ОС (ДСОС).

Якщо сигнал дешифрований як сигнал підтвердження, то на вхід БО приймача системи подається відповідний імпульс. БУ здійснює запит від ІІ наступної комбінації, яка так само, як і попередня, надходить на вхід системи та передається в канал зв'язку. Ключ у цьому випадку закритий і раніше передана комбінація, що зберігається в накопичувачах, стирається при надходженні нової.

Рис. 4.6. Структурна схема передачі дискретної інформації з РОС-ОЖ

При прийомі РУ рішення на стирання комбінації, що зберігається в приймальному накопичувачі, комбінація стирається, а в УФС формується сигнал перепиту, який передається по каналу зворотного зв'язку. При дешифруванні ДСОС сигналу, що надходить на його вхід як сигналу перепиту, на вхід БУ надходить відповідний імпульс. СУ здійснює управління елементами передавача системи таким чином, що проводиться повторна передача комбінації, що зберігається у накопичувачі передавача.

Швидкість передачі системи R з очікуванням визначається надмірністю застосовуваного коду, часом очікування результатів аналізу кодової комбінації втратою часу на перепити. Відповідно до часової діаграми запишемо формулу для поточної відносної швидкості передачі:

				N ПР
		t ОЖ

де K – число інформаційних елементіву кодовій комбінації; n – загальна кількість елементів у кодовій комбінації; t 0 = 1/B;

B – швидкість модуляції, бод;

t ОЖ = 2 t P + t OC + t AІ + t AOC;

t P – час поширення сигналу каналом зв'язку; t OC - тривалість сигналу ОС;

t AІ – час аналізу кодової комбінації; t AOC – час аналізу сигналів ОС;

N ПР - число комбінацій, виданих у ПІ за час t;

N ПЕР – число комбінацій, переданих каналом зв'язку під час t . Позначаємо

N ПЕР - N ПР = N CT ,

де N СТ - число комбінацій, що стираються РУ системи за час t. Тоді

N П = N ПЕ - N C = 1 - N C.

N ПЕ N ПЕ N ПЕ

При досить великих значеннях t величина N СТ / N ПЕР сходиться за ймовірністю величини P СТ (n ) – ймовірності стирання комбінації вирішальним пристроєм системи. Отже,

				P(n)).
		t ОЖ

Можливість помилкового прийому комбінації для системи з очікуванням

	P ОШ	(K) =		P ОШ
			1 - P CT (n)

де P ЗОШ (n) - ймовірність видачі на вхід РУ комбінації з помилкою. Ймовірності вставок та випадень, що визначаються вибраним способом

передачі та прийому сигналів підтвердження J та перепиту w 1 рівні:

P ВСТ » P (w / J);

P ВИП » P СТ (n) P (J / w).

4.3.3. Системи передачі дискретної інформації з ІОС-ОЖ. У системі

мах з ІОС рішення на повторення або видачу в ПІ комбінації (блоку) приймається на передавачі за результатами аналізу переданої комбінації, а також за інформацією про комбінацію, прийняту приймачем системи каналом зворотного зв'язку. Можливі різні варіанти побудови систем із ІОС. Розглянемо найпростіший варіант.

На рис. 4.7 та 4.8 наведено схему алгоритму та тимчасову діаграму роботи системи з інформаційним зворотним зв'язком.

Отримана від ДІ комбінація записується в накопичувач і одночасно передається до каналу зв'язку. Прийнята комбінація записується у приймальний накопичувач. Слід зазначити, що при прийомі можливі два результати – прийом комбінації a i , ідентичної переданої, та прийом комбінації a j , відрізняю-

ся від переданої. Прийнята комбінація зазнає деякого перетворення, а результат перетворення f (a i ) по каналу ОС посилається пере-

датчику. Прикладом перетворення може бути лінійне кодування. У цьому випадку f (a i ) буде вектором, компоненти якого є надлишковим.

ними елементами кодової комбінації, отриманої кодуванням a i (системи

ми з укороченою ОС).

Відомий окремий випадок, коли f (a i) = a i, тобто. коли каналом ОС посилається назад прийнята комбінація. Системи, в яких f (a i ) = a i називає-

ють системами з порівнянням, або системи зі зворотною перевіркою (системи з повним інформаційним зв'язком).

У передавачі системи із переданої		комбінації також формуються
f 1 (a i ) , після чого проводиться порівняння та,		якщо f (a i ) = f 1 (a i ) приймається
рішення про правильність прийому a i , а якщо	f (a i ) ¹ f 1 (a i ) – рішення про прання-
ні a i на прийомі та повторної передачі a i .	Прийняте рішення за допомо-

ному каналу (або по основному при вжитті спеціальних заходів розділі-

Рис. 4.7. Схема алгоритму роботи системи з ІОС

	t бл t р t аі t ос t р	t з t сл
З накопичувача
Вихід ДКС
	f (1)	f(j)		f(2)
Вихід КОС	f (1)	f(j)		f(2)

Передача

Рис. 4.8. Тимчасові діаграми роботи системи передачі дискретної інформації з ІОС

ня інформації та сигналів) передається на приймач. При отриманні сигналу підтвердження правильності прийому комбінації a i остання передається в

ПІ, а прийому сигналу стирання – стирається.

Структурна схема системи з ІОС-ОЖ представлена ​​на рис. 4.9. Система працює в такий спосіб. За командою готовності блоку управління (БО) передавача джерело інформації (ІІ) через ключ (К1) передає в дискретний канал (ДКС) комбінацію з К розрядів. Ця комбінація одночасно запам'ятовується у накопичувачі.

Рис. 4.9. Структурна схема системи передачі дискретної інформації з ІОС-ОЖ

На прийомі прийнята комбінація записується в накопичувач і одночасно надходить у формувач сигналу зворотного зв'язку (ФСОС). Нехай у системі застосовується укорочена ОС. Тоді ФСОС формує перевірочних розрядів, які по каналу ОС (КОС) поміщається на передавальну сторону.

Прийнята на передавальній стороні r-розрядна комбінація надходить на один із входів пристрою порівняння (УС). На другий вхід УС з кодера передавача надходить відповідна кодова комбінація як результат кодування комбінації, що зберігається в накопичувачі. Таким чином, УС порівнює порозрядно дві r-розрядні комбінації, що відповідають одній і тій же інформаційній k-розрядній послідовності. Якщо в результаті порівняння виявиться, що помилка не виявлена, то УС видає відповідний сигнал на блок управління, який у свою чергу дасть команду формувачу кодових комбінацій (ФКК) передати сигнал приймання в бік приймача. Після цього БУ дозволяє ІІ видати чергову комбінацію для передачі в ДКС ​​і стирає попередню НК1.

Отримавши підтвердження з виходу аналізатора(А), формувач сигналу «Норма» видає команду на виведення інформаційної комбінації, що зберігається в НК2, приймачеві інформації (ПІ) через К2 і приймач приступає до

прийому з ДКС наступної комбінації, що надходить слідом за сигналом підтвердження.

Якщо при порівнянні в УС виявиться помилка. То УС дає відповідний сигнал БУ, який видає команду ФКК на передачу у бік приймача службового сигналу стирання, за яким з НК1 повторюватиметься передача попередньої комбінації. При цьому К1 закривається та блокується надходження нової комбінації з ІІ. Отримавши сигнал стирання, А закриває К2 і стирає інформацію, що зберігається в НК2, записуючи туди ж комбінацію, що надійшла вдруге за сигналом стирання. Знову проводиться формування сигналу ОС, який передається КОС, і т.д. І так буде продовжуватися доти, поки приймач не надійде сигнал підтвердження.

При повній ІОС у приймачі та передавачі відсутні кодери, і зворотним каналом на УС надходить вся інформація, прийнята приймачем. Вочевидь, що з повної ИОС зворотний канал повинен мати таку ж пропускну здатність, як і прямий.

З рис. 4.8 видно, що час очікування

t ОЖ = 2 t Р + t АН + t ОС + t C + t СЛ,

де t ОС - тривалість r-розрядної комбінації при укороченій ІОС або

тривалість К-розрядної комбінації при повній ІГЗ;

t СЛ - тривалість службового сигналу, що передається по прямому ДКС.

Таким чином, як випливає з виразу, ефективність використання каналу зв'язку в системі з ІОС-ОЖ погіршується при збільшенні довжини інформаційного блоку і протяжності лінії зв'язку.

4.3.4. Порівняння систем передачі цифрової інформації зРОС-ОЖ

та ІОС-ОЖ. У системі з РОС прямому каналу передається інформація комбінації довжиною n одиничних елементів, а, по каналу ОС – службові комбінації. У системі з ІОС по прямому каналу передаються інформаційні комбінації довжиною К одиничних елементів та команди рішення по каналу ОС

– перевірочні комбінації завдовжки n-К або До одиничних елементів. Виберемо

як порівняння системи з РОС та ІОС, що використовують завадостійкий код (n, K). Якщо канали прямого і зворотного напрямів передачі однакові і помилки у яких незалежні, то ймовірності трансформації перевірочних розрядів в обох каналах однакові.

Тому виявляюча здатність коду не залежить від того, де відбувається порівняння перевірочних розрядів: на передавальної (в системі з ІОС) або на приймальній (у системі РОС) стороні системи. Отже, при рівній безпомилковій передачі службових сигналів системи з ІОС та РОС забезпечують однакову ймовірність передачі. Звідси випливає, як і середнє число повторних передач (перепитів) обох системах збігається.

Середня швидкість передачі повідомлень по прямому каналу в системах з РОС менше, ніж у системах з ІОС, оскільки в перших з кожним повідомленням довжиною додатково передається щеn-К=r перевірочних одиничних елементів. У системах з ІОС ці перевірочні елементи передаються зворотним каналом. Якщо перешкодостійкість зворотних каналів вище, ніж прямого, то можливість передачі в системах з ІОС також вище, ніж у системах з РОС. Таке положення може мати місце, наприклад, при передачі інформації зі штучного супутника Землі (ІСЗ) на Землю, коли зворотний канал може бути організований за допомогою потужного передавача та високоефективної антени. У разі помилок, що групуються, в системах з ІОС часто виникає природна (за рахунок рознесення в часі передачі по прямому і зворотному каналу) декореляція помилок у прямому і зворотному каналах. У системах з РОС інформаційні та перевірочні символи передаються разом і така декореляція відсутня. Вірність інформації в обох типах аналізованих систем значною мірою визначається властивостями обраного коду, що виявляє помилки. При пакетному розподілі помилок вірність визначається як властивостями коду, а й часом блокування. Пояснюється це тим, що приймач, виявляючи першу помилку пакета, блокується h кодових комбінацій, завдяки чому частина помилок цього пакета їм не сприймається. Таким чином, збільшення ємності накопичувача передавача призводить до деякого збільшення достовірності передачі. Однак при цьому знижується пропускна здатність системи, так як при запиті приймач блокується більший час.

Не вигідні і короткі кодові комбінації, оскільки забезпечення заданих коригувальних властивостей ставлення До /n у яких менше, ніж у довгих кодових комбінаціях, тобто. більша відносна адаптивність. Тому існують оптимальні значення довжин кодів, які для каналів з певними характеристиками та заданими швидкостями модуляції забезпечують максимальну швидкістьпередачі інформації.

Дослідження показали, що при заданій ймовірності передачі оптимальна довжина коду в системах з ІОС дещо менша, ніж у системах з РОС, що здешевлює реалізацію пристроїв кодування та декодування. Проте загальна складність реалізації систем з ІОС більша, ніж систем з РОС. Тому системи з РОС знайшли ширше застосування. Системи з ІОС застосовують у тих випадках, коли зворотний канал може бути без шкоди для інших цілей ефективно використаний для передачі комбінацій. На закінчення слід зазначити, що при побудові систем на мікроконтролерах питання про складність може не ставитися, оскільки багато завдань при цьому вирішуються програмними методами, не ускладнюючи апаратуру ПК та КП.

4.3.5. Порівняння ефективності систем з РОС та виправленням помилок кодом. Для порівняння систем введемо коефіцієнт ефективності, що враховує як корисний ефект (зменшення ймовірності помилкового прийому), так і витрати на його досягнення:

K ЕФФ = log(a/g),

де a = P ЗОШ. ПР/P ЗОШ. КОРР - виграш у захисті від помилок;

P ЗОШ. ПР - можливість помилки при використанні простого коду;

P ОШ , КОРР – ймовірність помилки при використанні коригуючого

g = g І + g C; g І , g З - інформаційна і схемна надмірності соответ-

Величина g І = R ІЗБ/R ПР визначається відносним зниженням скоро-

сті передачі з допомогою використання надлишкового коду. У цьому вважається, що смуга каналу залишається незмінною. Схемна надмірність g C = m (C ПД / C 0),

де З ПД – обсяг апаратури із застосуванням коригуючого коду;

Об'єм апаратури при використанні такого коду зростає приблизно

1,5 рази. Отже, g C »1,5.

Приклад 4.1. Порівняти ефективність застосування коду Хеммінга (7,4), що забезпечує виправлення однієї помилки, та системи з РОС. Приймемо, що

помилки незалежні та P = 10-2. У разі простого коду

		1 - (1 - P ) K		0,04 ;
ЗОШ. ПР
у разі коду Хеммінгу
	1 - (1 - P ) n - nP (1 - P ) n - 1				»0,003.
ЗОШ. ІЗБ

Отже, виграш у вірності

a = 0,04/0,003 » 13 .

При цьому витрати збільшуються на

g І			r ö							g C = 1,5.
	= ç1
			K ø

Тоді g = g І + g C = 3,25.

Звідси коефіцієнт ефективності у разі застосування коду, що виправляє помилки,

ЕФФ. ОС

ЕФФ. КІД

K ЕФФ. КОД = log(a/g) = log(13/3,25) » 2 .

Тепер розглянемо ефективність застосування системи із РОС. У цій системі використовуються коди виявлення помилок. Виходитимемо з того, що помилково прийнятий знак надійде споживачеві тільки в тому випадку, коли помилка на прийомі не буде виявлена. Відомо, що ймовірність виявлення помилок коригуючим кодом набагато вище, ніж ймовірність їхнього виправлення. Навіть за незалежних помилок співвідношення між цими ймовірностями досягає кількох порядків. Ще вище це співвідношення при пакетних помилках. Тому величина а, що визначає корисний ефект, сильно зростає в порівнянні з кодом, що виправляє помилки. Природно, що й витрати як у частині додаткового зниження пропускної спроможності з допомогою перепитів, і з допомогою збільшення обсягу апаратури. Проте, зазвичай, виграш значно перекриває витрати.

При використанні коду (7,4) у режимі виявлення помилок можна показати, що виявляються всі одно-, дво-, п'яти- та шестиразові помилки, а

також 80% всіх трьох-і чотириразових помилок. Тому при P = 10-2
					дорівнюєP
ятність невиявленої							» 0,65 × 10-5.
						Н . ЗОШ
a = 0,04 / 0,65 × 10-5 » 6000 .
Розглянемо витрати:
	= (1 +
				N - N × PОШ

де N – кількість надісланих повідомлень;

N / (N - N × P ЗОШ ) – кількість повідомлень, що підлягають перепиту.

В даному випадку P ЗОШ = 1 - (1 - P 1) n = 0,07. Отже

1,88 .

У цьому випадку g C = 2,5, звідки g = g І + g C = 1,88 + 2,5 = 4,38;

K ЕФФ. КОД = log (a / g) = log (6000 / 4,38) » 10,2.

Отже, порівняно із системою зв'язку, що використовує для підвищення достовірності код із виправленням одиночної помилки, система зі зворотним зв'язком дає виграш K/K=10,2/2=5,1 раза.

4.3.6. Основні переваги та недоліки систем із зворотним зв'язком. До

ним можна віднести:

- Пристосованість (адаптація) до умов каналу, що змінюються, тобто. число повторення неправильно прийнятих комбінацій має повністю визначатися станом каналу та автоматично підтримуватись на рівні, необхідному для достовірного проходження повідомлень;

– можливість використання тільки кодів, що виявляють помилки;

– простота схемної реалізації пристроїв, що кодують, порівняно з пристроями, що реалізують кодування з виправленням помилок.

Єдиним недоліком систем з ОС є зменшення швидкості передачі у тих випадках, коли помилки відсутні, а зворотний канал використовується недостатньо ефективно, так як він призначається тільки для корекції помилок.

5. БОРТОВА ІНФОРМАЦІЙНО-ТЕЛЕМЕТРІЧНА

Бортові радіоелектронні системи, що використовуються в даний час на літальних апаратах різних типівхарактеризуються високою складністю. Це тим, що різко зросла складність завдань, вирішуваних бортовими радіоелектронними засобамисучасних літальних апаратів Як для безпілотних, так і для пілотованих літальних апаратів характерно те, що такі завдання, як керування польотом, наведення, навігація, контроль стану бортових систем та керування ними, які раніше вирішувалися на Землі або за її участю, виконуються безпосередньо на борту різними радіоелектронними системами .

Успішне виконання завдань, що стоять перед бортовими радіоелектронними системами літальних апаратів, можливе за наявності відповідної інформаційно-телеметричної системи, яка призначена для збирання та подання різноманітної інформації в процесі польоту та її розподілу між підсистемами літального апарату, підготовки необхідної інформації для передачі на Землю,якщо це потрібно, для відображення екіпажу. При цьому кількість різноманітних джерел повідомлень, інформація з яких контролюється інформаційно-телеметричною системою, може досягати десятків тисяч, причому ці джерела розподілені у всьому обсязі, який займає літальний апарат.

Велика кількість та розосередженість джерел повідомлень та бортових підсистем по всьому об'єму літального апарату виключають можливість використання окремих провідних або кабельних зв'язків для кожного джерела та відповідного споживача інформації насамперед тому, що обсяг та вага необхідної кабельної мережі стає надмірно більшою.

Крім того, застосування індивідуальних ліній зв'язку в кожній підсистемі ускладнює організацію їх взаємодії, монтаж, налагодження та можливу модернізацію обладнання, створює великі труднощі в нарощуванні ін-

формаційно-телеметричної системи. Тому сучасні інформаційно-телеметричні системи літальних апаратів будуються за магістрально-модульним принципом. Він полягає в тому, що в бортовій частині інформаційно-телеметричної системи використовується єдина інформаційна магістраль (або кілька магістралей), за якою здійснюється необхідний обмін інформацією за допомогою ущільнення каналів (мультиплексування) цієї магістралі. При цьому елементи інформаційно-телеметричних систем виконуються у вигляді окремих модулів, що дозволяє спростити їх монтаж, налагодження, модернізацію та забезпечити легкість нарощування системи. Використання єдиної інформаційної магістралі надає гнучкості структурі інформаційно-телеметричної системи, спрощує організацію взаємодії підсистем, дозволяє різко зменшити вагу, кількість та сумарну довжину провідних з'єднань. Іншим важливим принципом, який використовується в сучасних інформаційно-телеметричних системах, є ієрархічний принцип. Відповідно до нього окремі блоки системи об'єднуються на кількох (зазвичай на трьох-чотирьох) рівнях ієрархії, причому один блок вищого рівня ієрархії керує декількома блоками нижчестоящого рівня, збирає від них і передає їм необхідну інформацію.

Використання ієрархічного принципу організації переслідує кілька цілей. Вони полягають у тому, щоб найкращим чином розподілити ресурси системи, забезпечивши найменшу її складність, швидкодію та ємність пам'яті, і водночас забезпечити необхідну оперативність та точність аналізу всієї інформації, що збирається. Обсяг інформації, що збирається на борту літального апарату інформаційно-телеметричної системи, дуже великий, і його безпосередня обробка, необхідна для формування на борту відповідних сигналів, що управляють, не може бути здійснена. Однак інформація, що збирається, значною мірою надмірна. Надмірність має як статистичний, і програмний характер.

Статистична надмірність викликана тим, що повідомлення, які у процесі польоту інформаційно-телеметричної системою, здебільшого нестаціонарні, та його інформативність змінюється у часі у досить широких межах. Оскільки зміна в часі цієї інформативності апріорно невідома, то частота опитування джерел повідомлень вибирається виходячи з їхньої максимальної інформативності, що призводить до появи статистичної надмірності. Програмна надмірність виникає тоді, коли інформація від будь-якого джерела зовсім не потрібна на даній фазі польоту літального апарату, проте, використовувана програма опитування складена так, що це джерело опитується.

У сучасних інформаційно-телеметричних системах використовуються різноманітні методи зменшення статистичної надмірності, звані методами стиснення даних, такі, як поліноміальне передбачення та інтерполяція, адаптивна комутація та ін. Зокрема, для багатьох технічних параметрів, контрольованих на борту літального апарату, достатньо здійснювати лише поточний контроль, при якому за допомогою

порівняння поточного значення параметра з його верхнім та нижнім допуском виноситься рішення про те, «у нормі» або «не в нормі» цей параметр, Програмна надмірність усувається відповідним підбором програм комутації джерел.

Використання ієрархічного принципу побудови інформаційно-телеметричних систем дозволяє здійснити усунення зазначеної вище надмірності безпосередньо в місцях збору інформації, не завантажуючи інформаційну магістраль та підсистеми, розташовані на більш високих ієрархічних рівнях, надмірною інформацією. Для цього локальна група джерел, що збирають інформацію з якогось агрегату або підсистеми літального апарату, об'єднується в уніфікований блок-локальний елемент. У локальному елементі здійснюється подання інформації, що збирається джерелами, у стандартній цифровій формі, скорочення статистичної та програмної надмірності та ущільнення повідомлень, зібраних від джерел, що обслуговуються. Для усунення програмної надмірності в блоці пам'яті локального елемента можуть зберігатися кілька різних програм опитування джерел, що обслуговуються, що передбачають різні частоти опитування і різний склад обслуговуваних джерел. Вибір тієї чи іншої програми опитування може здійснюватися за командою більш високого ієрархічного рівня або за командою із Землі. У пам'яті локального елемента зберігаються також різні константи, необхідні для забезпечення його функціонування, такі, як допуски на параметри, що піддаються допусковий контроль, значення апертур на параметри, що піддаються поліноміального статистичного стиснення, і т.п.

Зазвичай, у сучасних інформаційно-телеметричних системах використовується тимчасове ущільнення із незакріпленими каналами, тобто. тимчасове поділ каналів з кодовою ознакою. Для ВРК – КП необхідно розрівнювання у часі нерегулярного потоку зібраної інформації, тобто. буферизація даних, для чого у складі локального елемента є відповідний буферний пристрій. Крім того, необхідно датування зібраної інформації, для чого локальному елементі генеруються відповідні мітки часу, що забезпечують необхідну точність тимчасової прив'язки зібраної інформації.

У локальному елементі може також здійснюватися завадостійке кодування зібраної інформації, що забезпечує її захист від внутрішньосистемних перешкод та можливих збоїв у роботі апаратури. При цьому зазвичай використовуються найпростіші методи кодування, що дозволяють виявляти помилки за допомогою контролю кодових слів на парність (непарність).

Зв'язок локальних елементів між собою та з вищим ієрархічним рівнем здійснюється за допомогою інформаційної магістралі. Однотипні джерела інформації, які обслуговуються одним локальним елементом, можуть бути об'єднані в кілька груп, кожна з яких складає канальний елемент. Канальні елементи пов'язані між собою усередині локального елемента місцевою інформаційною магістраллю. Технічною основою

для побудови локальних елементів у час є однорідні чи уніфіковані обчислювальні елементи, реалізовані з допомогою мікропроцесорів.

Таким чином, локальні елементи становлять другий рівень ієрархії у системі інформаційно-телеметричного забезпечення, на якому здійснюється відбір та подання інформації, що збирається на першому рівні ієрархії – рівні джерел інформації. При цьому обсяг інформа-

ції, що надходить з локального елемента на більш високий ієрархічний рівень, істотно менше обсягу інформації, що надходить на нього, з нижчого ієрархічного рівня. Тим самим звільняються ресурси вищого

ієрархічного рівня на вирішення найбільш відповідальних завдань. На рівні ієрархії системи інформаційно-телеметричного забезпечення перебуває бортова обчислювальна система. На основі аналізу даних про стан контрольованих підсистем та інформації, що отримується від екіпажу або наземного пункту управління, бортова обчислювальна система управляє інформаційним потоком в інформаційній магістралі та організує роботу локальних елементів шляхом завдання порядку обміну інформацією та програм опитування джерел у локальних елементах. У більшості випадків у бортових обчислювальних системах використовуються 16-розрядні (рідше 32-розрядні) бортові цифрові обчислювальні машини продуктивністю до 106 опер. При цьому крім завдань інформаційно-телеметричного забезпечення бортова обчислювальна система виконує інші завдання, наприклад, завдання управління польотом, наведення, навігації, діагностики бортових підсистем та ін. За типом організації обчислень бортові обчислювальні системи можуть бути централізованими і децентралізованими. Перший тип організації бортовий обчислювальної системиприпускає

централізацію всіх обчислювальних функцій в одній досить потужній бортовій обчислювальній машині. Подібна централізація дозволяє з максимальною ефективністю використовувати наявні обчислювальні ресурси, однак у разі модифікації або розширення функцій системи потрібен радикальний перегляд використовуваного математичного забезпечення, що пов'язане з великими витратамичасу та коштів. Тому централізовані бортові обчислювальні системи застосовують, переважно, там, де передбачається одноразове використання математичного забезпечення без модифікацій у процесі експлуатації, наприклад, у бортових системах космічних апаратів.

При організації бортової обчислювальної системи за децентралізованим типом обчислювальні функції розподіляються між декількома бортовими обчислювальними машинами, призначеними для вирішення цілком певних завдань та працюючими незалежно. Це дозволяє розробляти, налагоджувати та модифікувати окремі обчислювальні машини одночасно і незалежно одна від одної. Розподіл задач по машинах проводиться з урахуванням властивостей задач і необхідної обчислювальної потужності, і звичай-

Проте одній машині доручається обмежене коло однотипних завдань, що дозволяє значно спростити і знизити витрати на математичне забезпечення. Слід зазначити, що витрати на математичне забезпечення можуть у кілька разів перевищувати вартість самих обчислювальних машин, Тому остання обставина є дуже важливою. Крім того, у децентралізованих бортових обчислювальних системах можна використовувати різні методизбільшення надійності та різні кратності резервування окремих машин з урахуванням важливості розв'язуваних ними завдань. Крім того, при ви-

ході з ладу однієї або кількох бортових обчислювальних машин їх функції повністю або частково можуть виконати інші машини, що забезпечує меншу вразливість бортової обчислювальної системи.

Структурна схема, що пояснює структуру бортової інформаційно-телеметричної системи, представлена ​​на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Структурна схема бортової телеметричної системи

Крім розглянутих вище локальних елементів (ЛЕ) та бортової обчислювальної системи (БВС) до її складу входить блок магнітного запису (БМЗ), у якому, зокрема, записується інформація, призначена передачі на Землю під час відсутності радіозв'язку літального апарату з наземним пунктом управління .

У разі пілотованого літального апарату до складу бортової інформаційно-телеметричної системи входить також блок контролю та індикації (БКІ), який забезпечує екіпажу спостереження та управління роботою окремих підсистем літального апарату, а також проведення необхідних експериментальних досліджень. У сучасних бортових інформаційно-телеметричних системах літальних апаратів блок контролю та індикації виконується на багатофункціональних дисплеях, що дозволяє значною мірою вирішити проблему обмеженості об'єму кабіни екіпажу та

зменшити навантаження на екіпаж, звільняючи його від нагляду за багатьма однофункціональними індикаторами.

На екрани дисплеїв від бортової обчислювальної системи виводиться тільки та інформація, яка має суттєве значення або необхідна в даній польотній ситуації, зокрема сигнальна інформація про порушення.

ні нормального функціонування окремих підсистем та інформація про настання важливих подій у процесі польоту. Використовуючи органи управління дисплеями, екіпаж має можливість зв'язатися з будь-якою з підсистем літального апарату, ввести в неї інформацію, що змінює режим роботи даної підсистеми, або викликати на екран дисплея будь-яку інформацію, що його цікавить.

Пристрій сполучення забезпечує сумісність всіх підсистем, що входять до складу бортової інформаційно-телеметричної системи, а саме: сумісність форматів даних, що обробляються в кожній підсистемі, синхронізацію, таймування та координацію всіх перемикань.

Таким чином, для виконання завдань інформаційно-телеметричного забезпечення літальних апаратів спільно використовуються апаратні та програмні засоби. При цьому, незважаючи на значну вартість математичного забезпечення, програмна реалізація часто виявляється дешевшою, ніж обладнання, яке знадобилося б для вирішення аналогічних завдань.

Система інформаційно-телеметричного забезпечення є однією з найважливіших системлітального апарату, надійна та безпомилкова робота якої є необхідною умовою для виконання польотних завдань та забезпечення безпеки екіпажу. Тому забезпечення високої надійності системи інформаційно-телеметричного забезпечення представляє найважливішу проблему. Оскільки, незважаючи на дуже високу надійність елементів, завжди існує ненульова ймовірність відмови або збою в системі, то система інформаційно-телеметричного забезпечення повинна бути побудована таким чином, щоб вона була достатньо нечутлива до неминучих відмов і збоїв, або, як кажуть, система має бути толерантною.

Для забезпечення толерантності системи використовують різноманітні методи введення до неї надмірності, яку можна класифікувати як апаратурну, програмну та тимчасову. При апаратних методах в апаратуру вводяться додаткові елементи, блоки чи пристрої. До цих методів відносяться, наприклад, завадостійке кодування сигналів, що використовуються в системі, внутрішньосхемне кодування, що дозволяє реалізувати самокорек-

пристрої, що тируються, методи резервування на різних рівнях (рівні елементів, блоків, пристроїв і систем), що здійснюється за допомогою їх дублювання, троювання тощо. Економічно найбільш доцільно застосовувати, можливо, нижчий рівень введення надмірності, тому при створенні толерантних систем інформаційно-телеметричного забезпечення часто використовують резервування на рівні окремих модулів та троє.

Помилки в каналах зазвичай групуються, стан каналу може бути різним. Отже, якщо застосовувати коригуючий код у СПІ без зворотного зв'язку, то при значній щільності помилок він буде неефективним за перешкодою, а при невеликій густині помилок він буде неефективний за швидкістю передачі. Зазвичай коригуючий код розраховують на постійну щільність перешкод, тому СПІ без зворотного зв'язку застосовують у системах з постійним часом затримки інформації, а також якщо канал зворотного напрямку відсутній або його створення неможливо.

Необхідно надмірність, що вводиться в інформацію, що передається, порівнювати зі станом дискретного каналу в кожен момент часу. Наприклад, зростання числа помилок має бути пов'язане зі зростанням надмірності.

Надмірність вводиться в передавачі, а стан каналу можна судити за результатами прийому інформації. Щоб регулювати надмірність, треба щоб приймач інформував передавач про кількість помилок. Тому водиться канал зворотного зв'язку.

СПІ з каналом зворотного зв'язку діляться на системи з вирішальним зворотним зв'язком (РОС), системи з інформаційним зворотним зв'язком (ІОС) та системи з комбінованим зворотним зв'язком (КОС).

У системах з РОС приймач, прийнявши кодову комбінацію та виконавши її аналіз на наявність помилок, приймає остаточне рішення або про видачу кодової комбінації споживачеві, або про її стиранні та посилки по зворотному каналу сигналу перепиту. Системи з РОС називають системами з перепитом чи системами з автоматичним запитом помилок. У разі прийняття кодової комбінації без помилок приймач формує та спрямовує в канал зворотного зв'язку сигнал підтвердження. Передавач, отримавши сигнал підтвердження, передає кодову комбінацію. Активна роль належить приймачеві, а каналом зворотний зв'язок передається сигнал рішення, вироблюваний приймачем.

У системах з ІОС по каналу зворотного зв'язку передаються відомості про кодові комбінації (або їх елементи), що надходять у приймач, до остаточної обробки та прийняття заключного рішення. Можливо, що здійснюється ретрансляція кодової комбінації від приймача до передавача. Такі системи називаються ретрансляційними. Можливо, що приймач виробляє спеціальні сигнали, мають менший обсяг, ніж корисна інформація, але що характеризують якість її прийому. Ці сигнали від приймача каналом зворотного зв'язку також направляються до передавача. Якщо кількість інформації, що передається по каналу зворотного зв'язку (квитанція), дорівнює кількість інформації в повідомленні, що передається прямому каналу, то ІОС називається повною. Якщо ж інформація про квитанцію відображає лише деякі ознаки повідомлення, то ІОС називається укороченою.

Отримана каналом зворотний зв'язок квитанція аналізується передавачем. За результатами аналізу передавач приймає рішення щодо передачі наступної кодової комбінації або про повторення раніше переданих комбінацій.

Після цього передавач передає службові сигнали про прийняте рішення, а потім відповідні кодові комбінації. Відповідно до отриманих від передавача службових сигналів приймач або видає накопичену кодову комбінацію одержувачу, або стирає її і запам'ятовує як знову передану.

У системах з укороченою ІОС менше завантаження каналу зворотного зв'язку, але більша ймовірність появи помилок у порівнянні з системами з повною ІОС.

У системах з КОС рішення про видачу кодової комбінації одержувачу або про повторну передачу може прийматися як у приймачі, так і передавачі, а канал ОС використовуватися як для передачі квитанції, так і для вирішення.

Системи з ОС поділяються на системи з обмеженим та необмеженим числом повторень. При обмеженому числі повторень ймовірність помилки більша, але менше часу затримки.

Якщо СПІ зі зворотним зв'язком відкидає інформацію у забракованих кодових комбінаціях, ця система без пам'яті. В іншому випадку СПІ зі зворотним зв'язком називають системою з пам'яттю. На рис.6.10 наведено ілюстрацію, що пояснює реалізації зворотних зв'язків у СПІ.

При варіанті Iпо каналу зв'язку передаються відомості про сигнал до прийняття будь-якого рішення. При варіанті IIзворотний охоплює дискретний канал зв'язку, а каналом зворотного зв'язку передаються рішення, прийняті першою вирішальною схемою. При варіанті IIIзворотний охоплює канал передачі дискретної інформації, а каналом зворотного зв'язку передаються рішення другий вирішальної схеми, прийняті з урахуванням аналізу кодової комбінації.

Системи з ОС є адаптивними системами передачі, т.к. передача каналом автоматично приводиться у відповідність до конкретних умов проходження сигналів.

Канали зворотний зв'язок утворюються методами частотного чи тимчасового поділу від каналів передачі корисної інформації.

Для захисту від спотворень сигналів, що передаються по каналу ОС, застосовують коригувальні коди, багаторазову та паралельну передачі.

Найбільш раціональними є системи передачі, у яких надлишкові коди використовуються лише виявлення помилок, не виправляючи їх. Але у разі виникає необхідність застосування зворотного каналу зв'язку, тобто. зворотний зв'язок (ОС).

Залежно від призначення ОС розрізняють системи: з вирішальним зворотним зв'язком (РОС), з інформаційним зворотним зв'язком (ІОС) та з комбінованим зворотним зв'язком (КОС).

У системах з РОС приймач, прийнявши кодову комбінацію та проаналізувавши її на наявність помилок, приймає остаточне рішення про видачу комбінації споживачеві інформації або, якщо комбінація помилкова, про її стирання та посилку по зворотному каналу сигналу «Запит» про повторну передачу цієї кодової комбінації. Тому системи РОС часто називають системами з перепитом або системами з автоматичним запитом помилок (АЗО). У разі прийняття кодової комбінації без помилок приймач формує та спрямовує в канал ОС сигнал «Підтвердження», отримавши який передавач передає наступну кодову комбінацію.

Таким чином, в системах зРОС активна роль належить приймачеві, а по зворотному каналу передаються сигнали рішення (звідси і назва - вирішальна ОС).

У системах з ІОС по зворотному каналу передається відомості про кодові комбінації (або елементи комбінації), що надходять на приймач, до їх остаточної обробки та прийняття заключних рішень. Приватним випадком ІОС є повна ретрансляція вступників на приймальну сторону кодових комбінацій або їх елементів. Відповідні системи отримали назву ретрансляційних. У загальному випадку приймач виробляє спеціальні сигнали, що мають менший обсяг, ніж корисна інформація, але характеризують якість її прийому, які по каналу ОС направляються передавачу. Якщо кількість інформації, що передається по каналу ОС (квитанції), дорівнює кількості інформації в повідомленні, що передається прямому каналу, то ІОС називається повною. Якщо ж інформація, що міститься в квитанції, відображає лише деякі ознаки повідомлення, то ІОС називається укороченою. Таким чином, каналом ОС передається або вся корисна інформація або відомості про її відмітні ознаки, тому така ОС називається інформаційною.

Отримані каналом ОС квитанції аналізується передавачем, і за результатами аналізу передавач приймає рішення про передачу наступної кодової комбінації або про повторення раніше переданої. Після цього передавач передає службові сигнали про прийняте рішення, а потім відповідні кодові комбінації. Відповідно до отриманих від передавача службових сигналів приймач або видає накопичену кодову комбінацію одержувачу інформації, або стирає її і запам'ятовує знову передану.

У системах з КОС рішення про видачу кодової комбінації одержувачу інформації або про повторну передачу може прийматися і в приймачі, і передавачі системи ПДС, а канал ОС використовується для передачі як квитанцій, так і рішень.

Системи з ОС поділяють також на системи з обмеженим числом повторень (не більше N разів) та з необмеженим числом повторень (поки не буде прийнято рішення про видачу інформації споживачеві).

Системи з ОС можуть відкидати або використовувати інформацію, що міститься в забракованих кодових комбінаціях з метою прийняття більш правильного рішення. Системи першого типу одержали назву систем без пам'яті, а другого – систем із пам'яттю.

Системи з ОС є адаптивними: темп передачі інформації каналами зв'язку автоматично приводиться у відповідність до конкретних умов проходження сигналів.

Наявність помилок у каналах ОС призводить до того, що в системах з РОС виникають специфічні втрати вірності, які є появою зайвих кодових комбінацій (вставки) і пропадання кодових комбінацій (випадання). Вставки виходять у тих випадках, коли приймач посилає сигнал рішення про правильність прийнятої кодової комбінації, а каналі ОС він трансформується в сигнал перепиту. І тут передавач повторює попередню кодову комбінацію, а приймач сприймає її як таку, тобто. споживачеві одна й та сама кодова комбінація видається двічі. Випадання виходять тоді, коли вироблений приймачем сигнал перепиту каналі ОС трансформується в сигнал підтвердження правильності прийому. В цьому випадку передавач передає наступну кодову комбінацію, а попередня стирається приймачем і до одержувача не надходить.

У системах з ІОС також можливі втрати вірності з допомогою помилок у каналах ОС. У вкорочених ІОС такі помилки виникають з причин, аналогічним вищевикладеним, коли квитанція, що відповідає спотвореному сигналу в каналі ОС, трансформується на квитанцію, що відповідає неспотвореному сигналу. У повних ІОС в каналі ОС можливі спотворення, що повністю компенсують спотворення в прямому каналі, внаслідок чого помилки не можуть бути виявлені. Для захисту від спотворених сигналів, що передаються каналами ОС, застосовують ті ж способи, що і для підвищення вірності корисної інформації: коригувальні коди, багаторазову і паралельну передачі.

Нині відомі численні алгоритми роботи систем із ОС. Найбільш поширеними серед них є системи: з очікуванням сигналу ОС, з безадресним повторенням та блокуванням приймача, з адресним повторенням.

Системи з очікуванням після передачі кодової комбінації або очікують сигнал зворотного зв'язку, або передають ту ж кодову комбінацію, але передачу наступної кодової комбінації починають тільки після отримання підтвердження раніше переданої комбінації.

Системи з блокуванням здійснюють передачу безперервної послідовності кодових комбінацій за відсутності сигналів ОС кількома попередніми комбінаціями.

Системи з адресним повторенням відрізняє те, що кодові комбінації з помилками відзначаються умовними номерами, відповідно до яких передавач здійснює повторну передачу цих комбінацій.

При передачі даних каналами зв'язку завжди виникають помилки. Причини їх можуть бути різні, але результат виявляється один - дані спотворюються і не можуть бути використані на приймальній стороні для подальшої обробки. Боротьба з помилками ведеться на різних рівнях семирівневої моделі OSI (в основному на перших чотирьох). Для боротьби з помилками відомо багато різних способів. Усі їх можна поділити на дві групи: які не використовують зворотний зв'язок і використовують зворотний зв'язок.

У першому випадку на передавальній стороні передаються дані кодуються одним з відомих кодів з виправленням помилок. На приймальній стороні, відповідно, проводиться декодування інформації та виправлення виявлених помилок. Виправляюча можливість коду залежить від кількості надлишкових бітів, що генеруються кодером. Якщо надмірність, що вноситься, невелика, тобто небезпека того, що дані будуть містити невиявлені помилки, які можуть призвести до помилок у роботі прикладного процесу. Якщо ж використовувати код із високою виправною здатністю (великою надмірністю), то це призводить до необґрунтовано низької реальної швидкостіпередачі даних.

Нерідко трапляються випадки, коли інформація може передаватися не лише від одного кореспондента до іншого, а й у зворотному напрямку.

У таких умовах з'являється можливість використовувати зворотний потік інформації для підвищення вірності повідомлень, переданих у прямому напрямку. При цьому не виключено, що по обох каналах (прямому та зворотному) в основному безпосередньо передаються повідомлення у двох напрямках («дуплексний зв'язок») і лише частина пропускної спроможності кожного з каналів використовують для передачі додаткових даних, призначених для підвищення вірності.

Можливі різні способивикористання системи із зворотним зв'язком у дискретному каналі. Зазвичай їх поділяють на два типи: системи з інформаційним зворотним зв'язком та системи з керуючим зворотним зв'язком.

Системами з інформаційним зворотним зв'язкомназиваються такі, у яких з приймального пристрою на передавальне надходить інформація про те, в якому вигляді прийнято повідомлення. На підставі цієї інформації передавальний пристрій може вносити ті чи інші зміни в процес передачі повідомлення: наприклад, повторити помилково прийняті відрізки повідомлення, змінити код (передавши попередньо відповідний умовний сигнал і переконавшись в тому, що він прийнятий), або взагалі припинити передачу при поганому стан каналу до його поліпшення.

У системах з керуючим зворотним зв'язкомприймальний пристрій на підставі аналізу прийнятого сигналу приймає рішення про необхідність повторення, зміни способу передачі, тимчасової перерви зв'язку і передає про це наказ передавального пристрою. Можливі і змішані методи використання зворотного зв'язку, коли в деяких випадках рішення приймається на приймальному пристрої, а в інших випадках на передавальному пристрої на підставі отриманої зворотного каналу інформації.

Найпростішим за ідеєю методом інформаційного зворотного зв'язку є метод повної зворотної перевірки та повторення(ОПП). У системах з інформаційним зворотним зв'язком передача інформації здійснюється без завадостійкого кодування. При цьому прийнятий сигнал повністю ретранслюється на пристрій, де кожна прийнята кодова комбінація звіряється з переданою. У разі їх розбіжності передавальний пристрій передає сигнал для стирання неправильно прийнятої комбінації, а потім повторює потрібну комбінацію. Як сигнал для стирання застосовують спеціальну кодову комбінацію, яка не використовується при передачі повідомлення.

Функціональна схема такої системи показано на рис. 8.37. Повідомлення, закодоване примітивним кодом, надсилають в канал і одночасно записують в запам'ятовуючому пристрої (накопичувачі). Прийнята кодова комбінація відразу не декодується, запам'ятовується в приймальному накопичувачі і повертається зворотним каналом на сторону, де вона порівнюється з переданою комбінацією. Якщо вони збігаються, то передається наступна кодова комбінація, інакше передається сигнал стирання.

При цьому методі остаточний помилковий прийом кодової комбінації можливий лише тоді, коли помилки прийнятої комбінації компенсуються помилками, що виникають в каналі зворотного зв'язку. Іншими словами, для того щоб деякий символ у переданій кодовій комбінації був остаточно прийнятий помилково, необхідно і достатньо, щоб, по-перше, сталася помилка в прямому каналі і, по-друге, при ретрансляції відбулася така помилка, яка змінить неправильний символ, що ретранслюється на справді переданий. Це дозволяє відразу обчислити ймовірність невиявленої, а отже, і невиправленої помилки (з розрахунку на один символ):

де - ймовірність помилки у прямому каналі; - ймовірність протилежної помилки у каналі зворотного зв'язку.

Отже, якщо великі, то система з повною ретрансляцією дає незадовільні результати. Практично даний методмає сенс у тих випадках, коли канал зворотного зв'язку забезпечує дуже високу вірність (наприклад, при передачі повідомлень на супутник із Землі), а прямий канал має низьку вірність (наприклад, при передачі повідомлень із супутника на Землю через те, що потужність передавача на супутнику мала). Істотним недоліком системи з повною ретрансляцією є велике завантаження каналу зворотного зв'язку. Існують і складніші системи з інформаційним зворотним зв'язком, у яких використовуються перешкодостійкі коди.

Найбільш поширені системи з керуючим зворотним зв'язком (УОС) при використанні надлишкових кодів для виявлення помилок (рис. 8.38). Такі системи часто називають системами з перепитом, або з автоматичним запитом помилок, або з вирішальним зворотним зв'язком(РОС).

Найчастіше це системи дуплексні, тобто. інформація в них передається в обох напрямках. У кодері повідомлення, що передається, кодується кодом, що дозволяє з великою ймовірністю виявляти помилки, що виникають в каналі. Прийнятий кодовий блок декодується з виявлення помилок. Якщо помилки не виявлено, декодований відрізок повідомлення надходить до одержувача. При виявленні помилок блок бракує і зворотним каналом передається спеціальний «сигнал перепиту». У більшості систем цей сигнал є спеціальною кодовою комбінацією, на час передачі якої переривається потік інформації, що йде по зворотному каналу. Прийом сигналу перепиту викликає повторення забракованого блоку, який для цього зберігається в накопичувачі-повторювачі до тих пір, поки зворотним каналом не буде прийнята чергова кодова комбінація, що не містить перепиту.

У системах із вирішальним зворотним зв'язком застосовуються процедури виявлення помилок та перепиту також звані вирішальним зворотним зв'язком або виявленням помилок з автоматичним запитом повторення(АЗП, ARQ - Automatic Repeat Request). У цьому випадку код застосовується тільки в режимі виявлення помилок, що дозволяє досягти дуже низької ймовірності невиявленої помилки при незначному рівні надмірності, що вводиться.

Для реалізації механізму ARQ дані організуються в спеціальні блоки, які називаються кадрами.

Мета лекції: вивчення характеристик систем із зворотним зв'язком та розгляд структурної схеми з ОС.
Зміст:
а) характеристики систем із зворотним зв'язком та їх особливості;
б) структурна схема системи з інформаційним зворотним зв'язком (ІОС) та вирішальним зворотним зв'язком (РОС), характеристики та алгоритми роботи.
12.1 Характеристики систем із зворотним зв'язком та їх особливості
У системах з ОС введення в інформацію надмірності, що передається, проводиться з урахуванням стану дискретного каналу. З погіршенням стану каналу вводиться надмірність збільшується, і, навпаки, у міру поліпшення стану каналу вона зменшується.
Залежно від призначення ОС розрізняють системи: з вирішальним зворотним зв'язком (РОС), інформаційним зворотним зв'язком (ІОС) та з комбінованим зворотним зв'язком (КОС).
Передача з РОС аналогічна телефонної розмовив умовах поганої чутності, коли один із співрозмовників, погано почувши якесь слово чи фразу, просить іншого повторити їх ще раз, а при гарній чутності або підтверджує факт отримання інформації, або, у всякому разі, не просить повторення.
Отримана по каналу ОС інформація (квитанція) аналізується передавачем, і за результатами аналізу передавач приймає рішення про передачу наступної кодової комбінації або про повторення переданих раніше. Після цього передавач передає службові сигнали про прийняте рішення, а потім відповідні кодові комбінації. Відповідно до отриманих від передавача службових сигналів приймач ПКпр або видає накопичену кодову комбінацію одержувачу інформації, або стирає її і запам'ятовує знову передану. У системах з укороченою ІОС, природно, менше завантаження зворотного каналу, але більша ймовірність появи помилок у порівнянні з повною ІОС.

У системах з КОС рішення про видачу кодової комбінації одержувачу інформації або про повторну передачу може прийматися і в приймачі, і передавачі системи ПДС, а канал ОС використовується для передачі як квитанцій, так і рішень. Системи з ОС поділяють також системи з обмеженим числом повторень і з необмеженим числом повторень. В системах з обмеженою кількістю повторенькожна кодова комбінація може повторитися не більше l разів, і в системах з необмеженим числом повтореньпередача комбінацій повторюється доти, доки приймач або передавач не ухвалить рішення про видачу цієї комбінації споживачеві. При обмеженому числі повторень ймовірність видачі одержувачу неправильної комбінації більша, зате менше втрати часу на передачу та простіше реалізація апаратури. Зауважимо, що у системах з ОС час передачі не залишається постійним і від стану каналу.
Системи з ОС можуть відкидати чи використовувати інформацію, що міститься у забракованих кодових комбінаціях, з прийняття більш правильного рішення. Системи першого типу отримали назву систем без пам'яті,а другого - систем із пам'яттю.
Зворотним зв'язком можуть бути охоплені різні частини системи (рис. 12.1):
1) канал зв'язку, при цьому по каналу ОС передаються відомості про сигнал, що приймається до прийняття будь-якого рішення;
2) дискретний канал, при цьому каналом ОС передаються рішення, прийняті першою вирішальною схемою PC 1 на основі аналізу одиничних елементів сигналу;
3) канал передачі даних, при цьому каналом ОС передаються рішення, прийняті другою вирішальною схемою РС 2 на основі аналізу кодових комбінацій.

Рисунок 12.1 - Зворотний зв'язок у системі ПДС
У системах з ІОС також можливі втрати вірності з допомогою помилок у каналах ОС. У вкорочених ІОС такі помилки виникають з причин, аналогічним вищевикладеним, коли квитанція, що відповідає спотвореному сигналу в каналі ОС, трансформується на квитанцію, що відповідає неспотвореному сигналу. Через війну передавач неспроможна виявити факт помилкового прийому. У повних ІОС у каналі ОС можливі спотворення, що повністю компенсують спотворення у прямому каналі, внаслідок чого помилки не можуть бути виявлені. Тому питанням освіти каналів ОС у системах ПДСприділяється дуже велика увага. Канали ОС зазвичай утворюються в каналах зворотного напряму зв'язку з допомогою методів частотного чи часового поділу каналів передачі корисної інформації. Методи ЧРК зазвичай використовують у системах з порівняно невеликою питомою швидкістю передачі, наприклад, при передачі даних зі швидкістю 600... 1200 біт/с каналами ТЧ. У багатьох системах з РОС застосовується структурний метод поділу, коли сигналу перепиту використовується спеціальна кодова комбінація, а будь-яка дозволена кодова комбінація в приймачі дешифрується як сигнал підтвердження і будь-яка недозволена комбінація - як сигнал перепиту. Для захисту від спотворених сигналів, що передаються каналами ОС, застосовують ті ж способи, що і для підвищення вірності корисної інформації: коригувальні коди, багаторазову і паралельну передачі.

Провайдери