Характеристика систем с обратной связью и их разновидностей

Наиболее рациональными являются системы передачи информации, в которых избыточные коды используются только для обнаружения ошибок, не исправляя их. Но в этом случае возникает необходимость применения обратного канала связи, т.е. обратной связи (ОС).

В зависимости от назначения ОС различают системы: с реша­ющей обратной связью (РОС), с информационной обратной связью (ИОС) и с комбинированной обратной связью (КОС).

В системах с РОС приемник, приняв кодовую ком­бинацию и проанализировав ее на наличие ошибок, принимает окончательное решение о выдаче комбинации потребителю ин­формации или, если комбинация ошибочная, о ее стирании и посылке по обратному каналу сиг­нала «Запрос» о повторной передаче этой кодовой комбинации. Поэтому системы с РОС часто называют системами с переспро­сом или системами с автоматическим запросом ошибок (АЗО). В случае принятия кодовой комбинации без ошибок приемник формирует и направляет в канал ОС сигнал «Подтверждение», по­лучив который, передатчик передает следующую кодовую комбинацию.

Таким образом, в системах сРОС активная роль принадлежит приемнику, а по обратному каналу передаются вы­рабатываемые им сигналы решения (отсюда и название - решаю­щая ОС).

В системах с ИОС по обратному каналу переда­ется сведения о поступающих на приемник кодовых комбинаци­ях (или элементах комбинации) до их окончательной обработки и принятия заключительных решений. Частным случаем ИОС является полная ретрансляция поступающих па приемную сторону кодовых комбинаций или их элементов. Соответствующие системы получили название ретрансляционных. В общем же случае приемник вырабатывает специальные сигналы, имеющие меньший объем, чем полезная информация, но характеризующие качество ее приема, которые по каналу ОС направляются пере­датчику. Если количество информации, передаваемое по каналу ОС (квитанции), равно количеству информации в сообщении, пе­редаваемом по прямому каналу, то ИОС называется полной. Ес­ли же содержащаяся в квитанции информация отражает лишь некоторые признаки сообщения, то ИОС называется укороченной. Таким образом, по каналу ОС передается или вся полезная информация или сведения об ее отличительных признаках, по­этому такая ОС называется информационной.

Полученные по каналу ОС квитанции анализи­руется передатчиком, и по результатам анализа передатчик при­нимает решение о передаче следующей кодовой комбинации или о повторении ранее переданной. После этого передатчик переда­ет служебные сигналы о принятом решении, а затем соответст­вующие кодовые комбинации. В соответствии с полученными от передатчика служебными сигналами приемник или выдает накопленную кодовую комбинацию получателю информации, или стирает ее и запоминает вновь переданную.

В системах с КОС решение о выдаче кодовой комбинации по­лучателю информации или о повторной передаче может прини­маться и в приемнике, и в передатчике системы ПДС, а канал ОС используется для передачи как квитанций, так и решений.

Системы с ОС подразделяют также на системы с ограничен­ным числом повторений (не более N раз) и с неограниченным числом повторений (пока не будет принято решение о выдаче информации потребителю).

Системы с ОС могут отбрасывать либо использовать информа­цию, содержащуюся в забракованных кодовых комбинациях с целью принятия более правильного решения. Системы первого типа получили название систем без памяти, а второго – систем с памятью.

Системы с ОС являются адаптив­ными: темп передачи информации по каналам связи автоматиче­ски приводится в соответствие с конкретными условиями прохож­дения сигналов.

Наличие ошибок в каналах ОС приводит к тому, что в систе­мах с РОС возникают специфические потери верности, представляющие собой появление лишних кодовых комбинаций (вставки) и пропа­дание кодовых комбинаций (выпадения). Вставки получаются в тех случаях, когда приемник посылает сигнал решения о пра­вильности принятой кодовой комбинации, а в канале ОС он трансформируется в сигнал переспроса. В этом случае передатчик повторяет предыдущую кодовую комбинацию, а приемник вос­принимает ее как следующую, т.е. потребителю одна и та же кодовая комбинация выдается дважды. Выпадения получаются тогда, когда выработанный приемником сигнал переспроса в ка­нале ОС трансформируется в сигнал подтверждения правильно­сти приема. В этом случае передатчик передает следующую ко­довую комбинацию, а предыдущая стирается приемником и к по­лучателю не поступает.

В системах с ИОС также возможны потери верности за счет ошибок в каналах ОС. В укороченных ИОС такие ошибки возникают по причинам, аналогичным вышеизложенным, когда квитан­ция, соответствующая искаженному сигналу в канале ОС, транс­формируется в квитанцию, соответствующую неискаженному сиг­налу. В полных ИОС в каналеОС возможны искажения, полностью компенсирующие искажения в прямом кана­ле, в результате чего ошибки не могут быть обнаружены. Для защиты от искаженных сигналов, передаваемых по каналам ОС, приме­няют те же способы, что и для повышения верности полезной ин­формации: корректирующие коды, многократную и параллельную передачи.

В настоящее время известны многочисленные алгоритмы ра­боты систем с ОС. Наиболее распространенными среди них явля­ются системы: с ожиданием сигнала ОС, с безадресным повторением и блокировкой приемника, с адресным повторе­нием.

Системы с ожиданием после передачи кодовой комбинации либо ожидают сигнал обратной связи, либо передают ту же ко­довую комбинацию, но передачу следующей кодовой комбинации начинают только после получения подтверждения по ранее пере­данной комбинации.

Системы с блокировкой осуществляют передачу непрерывной последовательности кодовых комбинаций при отсутствии сигна­лов ОС по нескольким предшествующим комбинациям.

Системы с адресным повторением отличает то, что кодовые комбинации с ошибками отмечаются условными номерами, в со­ответствии с которыми передатчик производит повторную пере­дачу только этих комбинаций.

Система с ИОС-ОЖ

Наиболее широко применяется система с ИОС-ОЖ, которая рассматривается ниже. Структурная схема системы с ИОС-ОЖ представлена на рис.

Система работает следующим образом. По команде готовности устройства управления передачей УУ1 станции А источник сообщений ИС передает в прямой канал ком­бинацию из k разрядов. Эта комбинация одновременно запомина­ется в накопителе передачи Н1.

На приеме принятая комбинация записывается в накопитель приема Н2 и одновременно поступает в кодер для получения r провероч­ных разрядов. Сформированная из r проверочных разрядов комбинация по сигналу устройства управления приемом УУ2 передается по обратному каналу.

Принятая на станции А по обратному каналу r-разрядная комби­нация поступает на один из входов устройства сравнения УС. На второй вход УС из кодера передатчика поступает соответст­вующая r-разрядная комбинация, являющаяся результатом кодирования комбинации, хранящейся в Н1. УС поразрядно сравнивает эти комбинации. Если ошибка не обнаружена, УУ1 дает команду шифратору служебного сигнала СС передать в сторону приемника сигнал подтверждения. После этого УУ1 разрешает ИС выдать очередную комбинацию для передачи в прямой канал и стирает предыдущую в Н1.

Получив подтверждение с выхода дешифратора СС, УУ2 вы­дает команду на выдачу информационной комбинации, хранящей­ся в Н2, ПС и приступает к приему следующей комбинации, по­ступающей вслед за сигналом подтверждения.

Если же при сравнении в УС обнаружится ошибка, то УУ1 выдаст команду шифратору СС на передачу в сторону приемника служебного сигнала стирания, вслед за которым из Н1 будет повторяться передача предыдущей комбинации. Источнику сообщений поступает запрет на передачу очередной комбинации. Получив сигнал стирания, при­емник с помощью УУ2 блокирует поступление информации кПСи стирает хранящуюся в Н2 информацию, записывая туда же комбинацию, поступившую вторично вслед за сигналом стирания.

Временная диаграмма райоты системы ПД с ИОС-ОЖ (укороченная ИОС)

Система с РОС-ОЖ

Структурная схема РОС-ОЖ представлена на рис.

По сигналу управляющего устройства передатчика УУ1 прямого канала ПК1, источнику сообщенийИС посылается сиг­нал готовности аппаратуры к передаче данных. По этому сигналу ИС выдает одну очередную комбинацию сообщения, ко­торая поступает в кодер и накопитель передачи Н1 передатчи­ка ПК1. Накопитель Н1 служит для запоминания одной передаваемой комбинации с целью возможности ее повторения, если придет сигнал «Запрос» по обратному каналу. Кодер в процессе кодирования добавляет к передаваемым информацион­ным разрядам проверочные разряды, полученные по законам формирования разрешенных комбинаций применяемого кода, на­пример циклического. Пройдя через УПС11 ПК1, дискрет­ные сигналы приобретают вид, удобный для передачи по используемому каналу связи. Если последний является каналом ТЧ, то сигнал на выходе УПС11 имеет вид модулированного колебания.

В приемнике прямого канала ПК2 сигнал после обратного преобразования в УПС21 появится через соответствующее время распространения. Информационная часть комбинации записывается вН2 пря­мого канала и одновременно эта комбинация поступает в декодер приемника прямого канала, с помощью которого про­изводится обнаружение ошибок.

Решающее устройство РУ2 выдает решение о качестве приня­той комбинации на УУ2. Через некоторое время устройство УУ2 прямого ка­нала выдает команды в Н2 и формирователь сигнала обратной связи ФСОС передатчика обратного канала ОК2. Если ошибка не обнаружена, то формируется сигнал «Подтверждение» в об­ратном канале и выдается команда, по которой информация из Н2 поступает потребителю ПС. Пройдя по обратному каналу за определенное время, сигнал «Подтверждение» распознается дешифратором сигнала обратной связи ДСОС на станции А. С помощью УУ1 через вре­мя анализа сигнала обратной связи от ИС запрашивается очередная комбинация, и цикл передачи повторяется (информа­ция в Н1 и Н2 в этом случае автоматически стирается при по­ступлении новой порции).

Если же ошибка в ПК2 обнаруживается декодером, то фор­мируется сигнал переспроса в обратном канале и УУ2 ПК вы­дает команду, запрещающую выдачу информации потребителю ПС из Н2 (эта информация уже не представляет интереса и уничтожается в накопителе). Пройдя по обратному каналу за определенное время, сигнал переспроса распознается ДСОС станции А. С помощью УУ1 накопителяН1 хранящаяся там комбинация повторно передается в кодер и далее. А источнику сообщений ИС от УУ1 ПК1 поступает сигнал, запрещающий передавать очередную комбинацию. Следовательно, информация из Н1 будет повто­ряться до тех пор, пока не придет сигнал подтверждения. Если происходит длительное нарушение связи, в системе начинает циркулировать одна и та же комбинация – система «зацикливается». 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.

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.

Система с РОС-НП

Структурная схема системы РОС-НП с блокировкой аналогична схеме, представленной на предыдущем рисунке.

При отсутствии сигнала переспроса к ИС от УУ1 идет сигнал готовности аппаратуры к передаче и ИС соответственно выдает информационные комбинации. Они поступают в ко­дер и одновременно запоминаются в накопителе H1 емкостью h комбинаций (при отсутствии сигнала переспроса информация в Н1 заменяется, сдвигаясь каждый раз на одну комбинацию).

На приеме информационная часть очередной комбинации бу­дет записана в Н2 и одновременно декодер так же, как и в си­стеме с РОС-ОЖ, определит наличие или отсутствие ошибок в этой комбинации. Решающее устройство выдает со­ответствующий сигнал в УУ2 ПК2. Если ошибка не об­наружена, то УУ2 формирует команду «Подтверждение», кото­рая передается по обратному каналу и одновременно дает сиг­нал на вывод информационной комбинации из Н2 потребителю. Получая сигнал подтверждения, передатчик станции А про­должает непрерывную передачу информации. Если же ошибка обнаружена, то УУ2 формирует команду «Запрос», переда­ваемую по обратному каналу на передатчик прямого канала станции А.

При реализации такой системы возникают трудности, вызван­ные конечным временем передачи и распространения сигналов. Если в некоторый момент закончен прием комбинации, в которой обнаружена ошибка, то к этому моменту по прямому каналу уже ведется передача следующей комбинации. Если время распрост­ранения сигнала в канале превышает длительность комбинации, то к моменту окончания приема комбинации с ошибкой может закончиться передача одной или нескольких комбинаций, следую­щих за ней. Еще некоторое число комбинаций будет переданодотого времени, пока будет принят и проанализирован сигнал «Запрос» по второй комбинации.