Курсовая работа: Проектирование аппаратуры передачи данных

4 Разработка Устройства защиты от ошибок

4.1 Выбор способа защиты от ошибок

Основным способом повышения верности передачи дискретных сообщений является введение в передаваемую последовательность избыточности с целью обнаружения и исправления ошибок в принятой информации. Все устройства защиты от ошибок (УЗО) делятся на две группы: симплексные (без обратной связи) и дуплексные (с обратной связью).

В симплексных УЗО повышение верности передачи может быть достигнуто тремя способами: путем многократного повторения символов; одновременной передачей одной и той же информации по нескольким каналам; применением кодов исправляющих ошибки.

К дуплексной группе УЗО относятся устройства, в которых повышение верности передаваемой информации достигается за счет введения обратной связи. Они в свою очередь делятся на системы с решающей (РОС), информационной (ИОС) и комбинированной (КОС) обратной связью. Сущность повышения верности в этих системах состоит в том, что при обнаружении искажений в передаваемом сообщении происходит запрос блока, в котором находятся один или несколько неправильно принятых знака. В системах с РОС передаваемые данные кодируются избыточными кодами, позволяющими обнаруживать одиночные ошибки или пачки (группы) ошибок. Решение о необходимости повторения блока информации, в котором обнаружена ошибка, принимается приемником на основании анализа поступившей последовательности. В случае обнаружения в принятом блоке ошибок он стирается и по каналу обратной связи (ОС) приемная станция посылает сигнал «Запрос», на основании которого передатчик повторно выдает этот же блок. При безошибочном приеме блока данные поступают потребителю, а по каналу ОС передается сигнал «Подтверждение».

В УЗО с ИОС нет необходимости вводить избыточность в передаваемые данные. Двоичная последовательность, зафиксированная приемником, запоминается и затем по каналу ОС передается вся или в виде укороченной кодовой комбинации, содержащей определенные признаки всей последовательности, на передающую сторону. Полученная по каналу ОС информация анализируется предыдущей станцией, которая по результатам анализа принимает решение о передаче следующего блока либо о повторении ошибочно принятого. Это решение сообщается на приемную сторону и на его основании полученная информация передается потребителю или стирается.

УЗО с КОС представляют собой сочетание информационной и решающей ОС. В них решение о необходимости повторной передачи может приниматься как на передающей, так и на приемной сторонах , а по каналу обратной связи могут передаваться информационные элементы или сигналы «Запрос» или «Подтверждение».

Одной из главных задач проектирования УЗО является выбор способа защиты от ошибок, который при минимальных затратах обеспечит выполнение поставленных требований. Под затратами подразумевается не только стоимость аппаратуры, но и необходимые полоса частот (требуемое число каналов связи), время на передачу сообщения, а также стоимость обслуживания устройства в процессе эксплуатации.

При наличии дуплексных каналов связи в большинстве случаев целесообразно использовать УЗО с ОС. Устройства с информационной обратной связью позволяют обнаруживать ошибки практически любой кратности, но к каналу обратной связи предъявляют такие же требования, как и к прямому. Поэтому УЗО с ИОС наиболее эффективно могут быть использованы при скоростях менее 600 бит/с. Если же передача данных ведется на скоростях 600 и более бит/с, то эффективность использования канала связи с УЗО с ИОС снижается и в этом случае для повышения помехоустойчивости передачи символов следует применять УЗО с РОС либо с КОС.

Для данного курсового проекта при анализе технических параметров было выбрано УЗО с РОС.

Передача сообщений от отправителя к получателю обычно осуществляется поблочно, длина которого определяется информационной частью, и числом служебных и проверочных символов.

Обмен данными будет проходить следующим образом:

- сначала ООД загружает в АПД весь массив данных, которые будут храниться в оперативной памяти передающего узла;

- передающая сторона берет очередной блок данных, вычисляет проверочные символы для данного блока, дополняет его ими, и в начало блока дописывает синхронизирующую комбинацию длиной 8 бит, имеющую формат 01010101, для того, чтобы приемная сторона могла засинхронизировать свои функциональные блоки. Проверочная комбинация имеет длину 16 бит. Текущий блок хранится в памяти до получения от приемника сигнала о правильности приема.

- на приемной стороне, полученный блок декодируется, проверяется на наличие ошибок, и результат проверки отправляется на передающую сторону виде подтверждения приёма, либо запроса на повторную передачу блока.

- приемная сторона, получив подтверждение правильного приема, осуществляет обработку следующего блока, в случае же запроса на повтор передачи в канал повторно отправляется текущий блок.

- процесс повторяется, пока не будут переданы все информационные блоки.

4.2 Разработка формата сообщения

В процессе разработки СПД необходимо УЗО спроектировать так, чтобы обеспечить требуемую помехоустойчивость при максимально эффективной скорости передачи данных. Помехоустойчивость и эффективная скорость передачи данных зависят от избыточности передаваемых сообщений, причем с увеличением избыточности помехоустойчивость возрастает, а эффективная скорость падает.

По техническим данным при выбранном УПС избыточность передаваемого сообщения может быть велика, а с ее увеличением, как уже говорилось, помехоустойчивость повышается. В таком случае наличие в канале связи пакета ошибок приводит к снижению эффективной скорости передачи. Допустим, что пакеты ошибок являются независимыми событиями, каждый пакет вызывает повторную передачу только одного блока сообщения и интервал между пакетами ошибок в среднем превышает длину блока. В таком случае в качестве формулы для расчета эффективной скорости СПД с решающей обратной связью можно взять

(4.2.1)

заменив в ней соответственно вероятность ошибочного приема элемента Р0 на вероятность появления пачки ошибок РПО = 8×10-5.

Для повышения эффективности передачи данных метод кодирования выбирается таким образом, чтобы заданная помехоустойчивость обеспечивалась при минимальном числе проверочных элементов r, то же относится и к служебным знакам. Величина r зависит от используемого кода, который выбирается исходя из требуемой вероятности ошибочного приема кодовой комбинации Ркк и характера ошибок в дискретном канале.

Оптимальная величина блока информации может быть найдена путем построения зависимости Vэф=Ψ(nб). Приемлемой эффективной скоростью считается:

Vэф= (0,900,95) V бит/с. (4.2.2)

Vэф_min=V [1 - Po nб / (1 - Po nб)] [1- (r + nсл) / nб] (4.2.3)

где Ро – вероятность ошибочного приема;

nб – длина блока;

r – число проверочных бит;