Передача информации по каналу с решающей обратной связью

Передача информации по каналу с решающей обратной связью

Тема: Передача информации по каналу с решающей обратной связью.

Данная выпускная работа посвящена использованию помехоустойчивых кодов, в частности, циклического кода, у которого кодовое расстояние равно 4.

В работе излагаются этапы и результаты разработки программы, реализующей кодирование циклическим кодом (14,9), приводятся анализ поставленной задачи, ход разработки, результаты решения. Также разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы, реализующие кодирование, декодирование, исправление и обнаружение ошибок циклическим кодом (14,9).

Содержание

• Аннотация 1
• Введение 3
• 1. Постановка задачи 5
• 1.1 Анализ технического задания 5
• 1.2 Теоретическое введение 6
• 1.2.1 Способы передачи информации по каналам связи 6
• 1.2.2 Основные понятия о помехозащищенном кодировании 12
• 1.2.3 Помехозащищенные коды. Циклический код 18
• 1.2.4 Методы построения циклических кодов 19
• 1.2.5 Методы декодирования циклических кодов и обнаружения ошибок 33
• 1.3 Математическая модель 35
• 1.4 Построение образующей матрицы 36
• 1.5 Расчет достоверности передаваемых сообщений 38
• 1.6 Выводы 40
• 2. Техническая реализация кодера, декодера и решателей 41
• 2.1 Модульная структура кодера и его работа 41
• 2.2 Модульная структура декодера и его работа 43
• 2.3 Модульная структура решателя кодера и его работа 46
• 2.4 Модульная структура решателя декодера и его работа 48
• 2.5 Выбор микросхем для реализации кодера, декодера и решателей 49
• 2.6 Описание функциональной схемы кодера и решателя кодера 56
• 2.7 Описание функциональной схемы декодера и решателя декодера 57
• 2.8 Описание принципиальной схемы кодера и решателя кодера 58
• 2.9 Описание принципиальной схемы декодера и решателя декодера 61
• 2.10 Выводы 62
• 3. Описание программных средств, разработанных в ходе реализации проекта 64
• 3.1 Структура системы 64
• 3.2 Входные данные, форма представления результатов 64
• 3.3 Спецификация на программу в целом. 64
• 3.4 Системные требования 66
• 3.5 Спецификация на программу в целом. 66
• 4. Результативная часть 67
• 4.1 Тестирование 67
• 4.2 Описание пользовательского интерфейса 68
• 4.3 Инструкция пользователю. 68
• 4.4 Выводы 68
• 5. Заключение 69
• Текст программы на языке VHDL для решателя декодера 70
• Документированный текст программы 71

Деятельность людей связана с переработкой и использованием материалов, энергии и информации. Соответственно развивались научные технические дисциплины, отражающие вопросы технологии, энергетики и информатики. Информационная техника является сравнительно новой отраслью, получающей наибольшее развитие на этапе разработки и применения электронных вычислительных машин (ЭВМ) и автоматизированных систем управления (АСУ).

Информационная наука теперь находит применение в самых разнообразных областях теории и практики. Центральной ветвью является теория связи, созданная Шенноном на основе теории вероятностей.

С передачей и обработкой информации связаны действия любого автоматического устройства, поведение живого существа, творческая деятельность человека, развитие науки и техники, экономические и социальные преобразования в обществе и сама жизнь. Для более эффективного использования информации необходимо обмениваться информацией, что невозможно без её передачи по каналам связи.

При передаче информации по каналам связи может происходить искажение передаваемой информации. Для предотвращения потерь полезной информации существуют различные методы защиты. Одним из них является кодирование информации при помощи помехозащищённых кодов.

Двоичный код на все комбинации не является помехозащищённым, так как его комбинации отличаются друг от друга лишь в одном разряде, что не позволяет на приёмной стороне обнаружить и исправить возникшие ошибки. В этой связи возникает необходимость построения помехозащищённого кода.

Помехозащищённые коды - это коды, которые позволяют обнаруживать и исправлять ошибки, то есть корректировать полученные сообщения. Для достижения помехозащищенности можно ввести избыточность добавлением дополнительных контрольных разрядов.

Существует много различных алгоритмов построения помехозащищённых кодов. В данной работе рассматривается код (14,9). Он относится к группе циклических кодов. А именно, он относится к циклическим кодам, обнаруживающим 1 и исправляющим 1 ошибку.

Циклические коды являются основным классом групповых помехоустойчивых кодов и используются для исправления и обнаружения ошибок, возникающих при передаче информации по каналу связи. Устройства, обнаруживающие и исправляющие ошибки, построенные на основе циклического кода, часто применяются в различных информационных системах.

1.1 Анализ технического задания

В соответствии с техническим заданием требуется построить математическую модель циклического кода с кодовым расстоянием 4, для количества букв алфавита сообщений 256. Требуется рассчитать длину кода и его корректирующую способность, найти образующую матрицу кода.

Разработать программу, реализующую кодирование и декодирование разработанным кодом.

Реализовать схему для его кодирования и декодирования на уровне функциональной и принципиальной схемы.

Также необходимо определить функции решателей, включенных в канал обратной связи, разработать функциональную и принципиальную схему решателей.

Расчетно-пояснительная записка содержит:

Введение;

Содержание;.

Постановочную часть;

2. Разработку схемы кодирующего, декодирующего и решающих устройств;

3.Описание разработанной программы;

4.Результативную часть;

5.Выводы и заключение;

6.Список литературы;

7.Приложения;

В записке содержатся следующие приложения:

Структурную схему передачи данных с РОС;

Функциональная схема кодера и решателя кодера;

Функциональная схема декодера и решателя декодера;

Принципиальная схема кодера и решателя кодера

Перечень элементов;

Принципиальная декодера и решателя декодера;

Перечень элементов;

Документированный текст программы решателя декодера;

Временные диаграммы;

Документированный текст программы;

Экранные формы;

Техническое задание

1.2 Теоретическое введение

Передача информации с обратной связью. Помехоустойчивость передачи без обратной связи (ПБОС) обеспечивается следующими способами: помехоустойчивым кодированием, передачей с повторением, одновременной передачей по нескольким параллельным каналам. В ПБОС применяются обычно коды с исправлением ошибок, что связано с высокой избыточностью и усложнением аппаратуры. Передача с обратной связью (ПОС) во многом устраняет указанные недостатки, так как позволяет применять менее помехоустойчивые коды, обладающие, как правило, меньшей избыточностью. В частности, можно использовать коды с обнаружением ошибок. Преимуществом обратного канала является также возможность контроля работоспособности объекта, принимающего информацию.

При ПОС вводят понятие прямого канала, т.е. канала от передатчика к приемнику, например передается сигнал команды с пункта управления (ПУ) на контролируемый пункт (КП). Обратным каналом при этом явится передача сообщения с КП на ПУ о принятии сигнала команды, причем по обратному каналу могут передаваться как сообщение только о том, что сигнал принят на входе КП (в этом случае контролируется лишь прохождение сигнала по каналу связи), так и сведения о полном выполнении команды. Возможна и обратная связь, дающая сведения о поэтапном прохождении сигнала команды по тракту приема.

Рассмотрим отдельные виды передачи с обратной связью.

Передача с информационной обратной связью (ИОС). Если сообщение передается в виде непомехозащищенного кода, то в кодирующем устройстве данный код может быть преобразован в помехозащищенный. Однако, поскольку в этом обычно нет необходимости, кодирующее устройство представляет собой регистр для превращения простого параллельного кода в последовательный. Одновременно c передачей по прямому каналу сообщение запоминается в накопителе на передатчике (рис.1.1а). На контролируемом пункте принятое сообщение декодируется и также запоминается в накопителе. Однако получателю сообщение передается не сразу: сначала оно поступает через обратный канал на пункт управления. В схеме сравнения ПУ происходит сравнение принятого сообщения с переданным. Если сообщения совпадают, то формируется сигнал «Подтверждение» и происходит передача последующих сообщений (иногда перед посылкой последующего сообщения на КП сначала посылается сигнал «Подтверждение» о том, что предыдущее сообщение было принято верно и с накопителя можно передать информацию получателю). При несовпадении сообщений, что свидетельствует об ошибке, формируется сигнал «Стирание». Этот сигнал запирает ключ для прекращения передачи очередного сообщения и посылается на КП для уничтожения записанного в накопителе сообщения. После этого с ПУ производится повторная передача сообщения, записанного в накопителе.

Рис.1.1а. Способ передачи информации с ИОС.

В системах с ИОС ведущая роль принадлежит передающей части, так как она определяет наличие ошибки, приемник только информирует передатчик о том, какое сообщение им получено. Имеются различные варианты передачи с ИОС. Так, существуют системы с ИОС, в которых передача сигналов происходит непрерывно и прекращается лишь при обнаружении ошибки: передатчик посылает сигнал «Стирание» и повторяет передачу. Системы с ИОС, в которых по обратному каналу передается вся информация, переданная на КП, называются системами с ретрансляционной обратной связью. В некоторых системах с ИОС передается не вся информация, а только некоторые характерные сведения о ней (квитанции). Например, по прямому каналу передаются информационные, а по обратному каналу -- контрольные символы, которые будут сравниваться на передатчике с предварительно записанными контрольными символами. Имеется вариант, в котором после проверки принятого по обратному каналу сообщения и обнаружения ошибки передатчик может либо повторить его (дублирование сообщения), либо послать дополнительную информацию, необходимую для исправления (корректирующая информация). Число повторений может быть ограниченным или неограниченным.

Обратный канал используют для того, чтобы определить, необходима ли повторная передача информации. В системах с ИОС повышение достоверности передачи достигается путем повторения информации только при наличии ошибки, тогда как в системах без обратной связи (при передаче с накоплением) повторение осуществляется независимо от искажения сообщения. Поэтому в системах с ИОС избыточность информации значительно меньше, чем в системах с ПБОС: она минимальна при отсутствии искажений и увеличивается при ошибках. В системах с ИОС качество обратного канала должно быть не хуже качества прямого во избежание искажений, которые могут увеличить число повторений.

Передача с решающей обратной связью (РОС). Переданное с передатчика по прямому каналу сообщение принимается на приемнике (рис.1.1б), где оно запоминается и проверяется в декодирующем устройстве (декодере). Если ошибок нет, то из накопителя сообщение поступает к получателю информации, а через обратный канал на передатчик подается сигнал о продолжении дальнейшей передачи (сигнал продолжения). Если ошибка обнаружена, то декодер выдает сигнал, стирающий информацию в накопителе. Получателю сообщение не поступает, а через обратный канал на передатчик подается сигнал о переспросе или повторении передачи (сигнал повторения или переспроса). На передатчике сигнал повторения (иногда называемый решающим сигналом) выделяется приемником решающих сигналов, а переключающее устройство отключает вход кодера от источника информации и подключает его к накопителю, что позволяет повторить переданное сообщение. Повторение сообщения может происходить несколько раз до его правильного приема.

Рис.1.1б. Способ передачи информации с РОС.

При передаче с РОС ошибка определяется приемником. Для этого передаваемое сообщение должно кодироваться обязательно помехозащищенным кодом, что позволяет приемнику выделить разрешенную комбинацию (сообщение) из неразрешенных. Это означает, что передача с РОС осуществляется с избыточностью. Достоверность передачи в системах РОС определяется выбором кода и защитой решающих сигналов повторения и продолжения. Последнее не представляет особых трудностей, так как эти сигналы несут одну двоичную единицу информации и могут передаваться достаточно помехоустойчивым кодом.

Системы с РОС, или системы с переспросом, подразделяют на системы с ожиданием решающего сигнала и системы с непрерывной передачей информации.

В системах с ожиданием передача новой кодовой комбинации или повторение переданной происходит только после поступления на передатчик сигнала запроса.

В системах с непрерывной передачей происходит непрерывная передача информации без ожидания сигнала запроса. Скорость передачи при этом выше, чем в системах с ожиданием. Однако после обнаружения ошибки по обратному каналу посылается сигнал переспроса и за время прихода на передатчик с последнего уже будет передано какое-то новое сообщение. Поэтому системы с непрерывной передачей необходимо усложнять соответствующей блокировкой приемника, чтобы он не принимал информацию после обнаружения ошибки.

Для сравнения эффективности системы без обратной связи, в которой применяется код Хэмминга с исправлением одной ошибки, и системы с РОС, использующей простой код, вводят понятие коэффициента эффективности. Этот коэффициент учитывает уменьшение вероятности ошибочного приема и затраты на его достижение, выигрыш в защите от ошибок (в случае применения указанных кодов), относительное снижение скорости передачи и схемную избыточность, связанные с использованием разных кодов. Итоговое сравнение показало, что в отличие от системы без обратной связи, использующей сложный код, система с РОС дает выигрыш в 5,1 раза. Высокая эффективность систем с РОС обеспечила их широкое распространение.

Страницы: 1, 2, 3