Лекция № 12

4. Помехоустойчивое кодирование передаваемой информации

Причины возникновения ошибок в передаваемой среде и способы защиты от них в передаваемой информации

На этапе проектирования аппаратуры передачи данных предусматриваются схемотехнические и конструкторские меры по защите от влияния на её работу внешних промышленных и внутренних взаимных помех.

Помехой для ВС является внешнее и внутреннее электромагнитное воздействие, приводящее к искажению информации во время её передачи, преобразования, обработки и хранения.

Типы помех

Функциональные помехи представляют собой непрерывную случайную функцию времени. Такой функцией может описываться широкий класс помех от многочисленных источников, например промышленных.

Импульсные помехи представляют собой последовательность импульсов произвольной формы со случайными по величине амплитудой, длительностью и моментом появления.

Источниками внешних помех могут являться мощные радиопередатчики, электросварочное оборудование, электрифицированный транспорт, коронные разряды промышленных силовых электрических сетей, грозовые разряды.

Опасность возникновения внутренних наводок возросла с внедрением БИС. Из-за увеличенной плотности элементов и схем сами интегральные схемы и межсоединения печатных плат становятся источниками помех.

Аппаратура считается помехоустойчивой, если при воздействии помех допустимого уровня она продолжает выполнять свои функции без искажения информации.

Способы защиты от ошибок в передаваемой информации

Помехоустойчивость линии зависит от типа физической среды и достигается экранированием и применением средств подавления помех.

Основным способом повышения верности передачи дискретных сообщений является введение в передаваемую последовательность избыточности с целью обнаружения и исправления принятой информации. Все устройства защиты от ошибок делятся на две группы:

симплексные (без обратной связи), где повышение верности достигается тремя способами:

· многократным повторением символов (передатчик посылает в канал нечетное количество раз одну и ту же информацию, а на приемной стороне производится сравнение одноименных кодовых комбинаций);

· одновременной передачей одной и той же информации по нескольким параллельным каналам;

· применением кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки (передаваемый блок содержит избыточные проверочные биты, формируемые по определенным правилам кодирующим устройством на основании информационных разрядов, в результате проверки определяется номер позиции в принятом блоке, значение которой необходимо в процессе исправления проинвертировать).

Вероятность ошибочного приема символа, состоящего из n-разрядной комбинации, при трехкратном повторении и посимвольном сравнении не превышает значения, определяемого по формуле

где - вероятность ошибочного приема единичного элемента.

При пятикратном повторении -разрядной комбинации

при поразрядном сравнении принимаемых символов, состоящих из бит, вероятность ошибочной регистрации кодовой комбинации при трехкратном повторении

А при пятикратном

Корректирующая способность кода зависит от кодового расстояния d, численно равного минимальному числу элементов, которыми отличается любая кодовая комбинация от другой. В общем случае

где число соответственно обнаруженных и исправленных ошибок, причем обязательно . Если код только обнаруживает ошибки, то , а в случае только исправления ошибок . Число проверочных элементов r корректирующего кода зависит от вида кода, а число информационных элементов где n – длина двоичной последовательности, кодируемой помехоустойчивым кодом. Отношение называется коэффициентом избыточности кода.

Пример. Выбрать способ защиты от ошибок, обеспечивающий вероятность побайтовой передачи при передаче данных по симплексному двухпроводному телефонному каналу связи со скоростью 1200 бит/с при условии, что ошибки на выходе дискретного канала группируются в пакеты длиной не более 12 бит, а минимальный интервал между пакетами составляет 3 с. Кодирование должно обеспечить вероятность ошибки по элементам на выходе дискретного канала P₀ не более

Решение. Для исправления ошибок кратность 12 наиболее целесообразно в данном случае применить способ многократной передачи информации. Так как пачка ошибок может поразить 3 байт, то повторять следует не менее 3 знаков. При трехкратном повторении поразрядном сравнении вероятность ошибки регистрации знака

Максимальная задержка выдачи информации потребителю при трехкратном повторении составит

что вполне приемлемо для технических нужд.