Введение к работе
Актуальность темы и состояние вопроса. Дальнейшее повышение технической вооружённости народного хозяйства возможно только на базе широкого внедрения автоматизированных систем управления (АСУ) и не только на уровне министерств, но и на всех низовых уровнях связи.
Интенсивное развитие вычислительных сетей требует больших капитальных затрат на средства обмена информацией между ЭВМ. Поэтому в первую очередь рассматривается возможность использования существующей сети общего пользования: телефонной, абонентского телеграфирования, ведомственных и производственных сетей. Удовлетворяя основным требованиям своих абонентов, указанные сети из-за низкого качества трактов не позволяют обеспечить требуемую для ЭВМ верность, что влияет на производительность транспортных протоколов, задержку пакетов..
Как показано в ряде работ, верность передачи дискретной информации, при работе по коммутируемым каналам и трактам сети общего пользования, не соответствует указанным требованиям, так как коммутируемый канал является нестационарным, коэффициент ошибки на бит в котором меняется в широких пределах от 10"2 до 10"4 в зависимости от типа оборудования, тогда как для нормальной работы АСУ значение К^ не должно превышать 10" .
Таким образом, проблема повышения скорости передачи и, следовательно, эффективности использования каналов как на существующих, так и на строящихся сетях имеет важное народнохозяйственное значение.
Вопросам оптимизации алгоритмов передачи информации посвящены работы как отечественных, так и зарубежных учёных в области связи. Основными методами решения задачи повышения эффективности использования каналов и сетей являются: выбор сигналов, обеспечивающих максимальную скорость передачи в заданной полосе частот при минимальном времени доставки, сообщения, выбор методов кодирования и алгоритмов обработки сигналов. Их исследования позволили создать достаточно эффективные устройства защиты от ошибок (УЗО) для систем с кодовыми методами контроля ошибок для каналов с памятью и без памяти.
В частности, исследованию систем передачи данных с решающей обратной связью (РОС) посвящены работы С. Гомомбы, Дж. Возенкрафта и Н. Джекобса, У.Питерсона, Э.Уолдека, Н.Л. Добрушика, Н.В.Захарченко, В.О. Шварцмана, Г.Н. Емельянова и других специалистов. Общим для этих работ является использование обратной связи для исправления ошибок. Для обнаружения используются различные разрядно-цифровые коды (РЦК). К недостаткам таких систем следует отнести необходимость формирования длинных сигнальных конструкций, что существенно снижает скорость передачи информации.
Работа длинными блоками при кодах, исправляющих ошибки, не позволяет эффективно использовать канал из-за большого удельного веса про-
верочных (избыточных) элементов. Положительный эффект можно получить, используя обратную связь, обеспечивающую информацию передатчику о качестве приёма кодового слова. В этом случае на интервалах хорошего состояния канала (более 98% общего состояния с вероятностью ошибки элемента/^ < 10"ц...10'13) можно передать информацию с пониженной избыточностью, а интервалах плохого состояния (до 2% с Р3 = 0,5...10-2) - с повышенной (за счёт повторения). Следовательно, на большем интервале времени в реальных каналах имеется большой запас по помехоустойчивости.
В реферируемой работе повышение пропускной способности канала достигается за счёт формирования специальных кодовых конструкций на интервале Т= т-г0 числа реализаций составных сигналов с базовым элементом Л < т0. В данных сигналах каждый значащий момент модуляции кодового слова может занимать несколько положений (позиций) на интервале исход-
ного элемента ro = , при этом расстояние между значащими момен-
&F
тами модуляции гс > хо. В данной работе такие сигналы названы многопозиционными временными (МВС), а коды, построенные на их основе, -МВК. При таком кодировании строится таблица соответствий слов РЦК и сигнальных конструкций МВК.
Представляет интерес исследование эффективности совместного использования блочных разрядно-цифровых кодов и МВС, в частности, использования их в системах передачи данных с решающей обратной связью. Таким образом, вопросам исследования и построения различных систем передачи данных с РОС на базе РЦК и МВК и посвящена настоящая диссертационная работа.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и создание алгоритмов совместного использования существующих разрядно-цифровых кодов и многопозиционных сигналов при использовании их в системах с решающей обратной связью, определение оптимальных параметров используемых МВС, определение статистических характеристик систем для каналов с гауссовой помехой и с группированием ошибок.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи: в проведен анализ существующих систем и методов обработки сигналов
при использовании обратной связи; шэ проведена оценка вероятностных характеристик систем передачи данных с решающей обратной связью с учётом реальной статистики каналов и при использовании существующих алгоритмов для кодов, контролирующих ошибки; tm проведены выбор и оптимизация параметров МВС и МВК при работе в системах с РОС;
si проведена оценка вероятностных характеристик системы с РОС при совместном использовании РЦК и МВС;
ш проведено моделирование многопозиционных сигналов и кодов;
и проведено моделирование алгоритмов работы систем для сжатия времени передачи при использовании МВК;
шт разработаны алгоритмы систем с РОС для различных избыточных РЦК на базе МВС;
ш синтезированы системы с РОС и произведена их оценка.
Методы исследований. При решении поставленной задачи в диссертационной работе использованы: теория множеств, методы математической статистики, методы анализа и моделирования на ЭВМ, теория вероятностей и случайных процессов, элементы теории помехоустойчивого кодирования, а также теория многопозиционных кодов.
Научная новизна работы. В диссертационной работе получены следующие новые результаты:
и дана классификация и обобщены критерии оценки систем ПД низовых уровней с учётом алгоритмов обратной связи;
и приводятся результаты исследований эффективности использования различных РЦК с учётом реальной статистики ошибок в каналах связи;
шв предложены методы формирования сигнальных конструкций МВК;
i=i предложен ряд алгоритмов сжатия времени передачи кодового слова при использовании МВК;
е разработаны алгоритмы кодирования и декодирования многопозиционных временных кодов;
из разработаны алгоритмы функционирования систем ПД с РОС при блочной защите сигналов МВК избыточными РЦК: арифметическими, матричными, циклическими;
т приводятся результаты испытаний систем ПД с РОС при совместном использовании РЦК и МВК;
G5D проведена оценка работы устройств синхронизации систем ПД на базе сигналов МВК.
Практическая ценность работы. Предложена методика и получены аналитические выражения по расчёту вероятностных характеристик систем ПД с РОС. Систематизирован статистический материал по исследованию параметров систем с обратной связью. Предложен алгоритм моделирования МВК с заданными параметрами сигналов. Разработанные алгоритмы систем на базе МВС доведены до практической программной реализации.
Результаты диссертационной работы позволяют повысить эффективность использования каналов низовых звеньев АСУ за счёт комбинированного метода защиты от ошибок на основе многопозиционных временных сигналов.
Реализация результатов работы. Полученные в работе результаты использованы при выполнении на кафедре передачи дискретных сообщений Украинской государственной академии связи им. А.С. Попова научной темы «Повышение эффективности использования каналов связи».
Достоверность полученных результатов в работе подтверждается результатами статистических измерений и испытаний систем передачи данных на реальных коммутируемых каналах городской телефонной сети.
Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы рассмотрены и обсуждены на научных конференциях УГАС им. А.С. Попова и семинарах кафедры передачи дискретных сообщений в 1995-1998гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано три работы.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы. Работа содержит 150 страниц, в том числе 138 страниц текста, 74 таблиц и рисунков, 12 страниц библиографии (95 наименований).
