Использование частотной избыточности при передаче цифрового сигнала

Лекция 27. Использование частотной избыточности при передаче цифрового сигнала

В современных цифровых системах связи часто наблюдается ситуация, когда по тем или иным причинам имеющаяся в распоряжении ширина полосы канала связи П_К несколько больше, чем полоса спектра передаваемого сигнала П_С, т.е. частотная избыточность M_F=П_K/П_C больше единицы. В этих условиях подобную небольшую избыточность можно использовать для заметного увеличения помехоустойчивости связи. Эта возможность может быть реализована путем обмена частотного ресурса на временной ресурс, т.е. превращения частотной избыточности во временную. Когда же система цифровой связи станет располагать подобной временной избыточностью, то классическим путем применения кодирования (если оно до этого не применялось) или увеличения числа проверочных символов кода (если уже применяется какой-то вид кодирования) можно повысить устойчивость, как к шумам, так и к внешним помехам.

Частотный ресурс превращается во временной ресурс следующим образом. Пусть F_C- исходная частота следования символов и для передачи этого цифрового потока с допустимым уровнем искажений необходима полоса П_С. В то же время канал связи может для этого предоставить полосу П_К>П_С. В этих условиях при таком же уровне качества  можно было бы осуществлять передачу со скоростью F_C1= F_CП_К/П_С символов.

Рассмотрим ситуацию, когда исходный информационный поток непрерывен и в нем кодирования ранее не производилось. Для того, чтобы реализовать возможности временной избыточности, надо разбить исходный поток на блоки по n символов, и передавать их не с частотой F_C, а с большей частотой F_C1. Поскольку в данном случае длительность блока станет не Т_в=1/nF_C, a T_в =1/nF_C1, Т_в1<T_в, то возникающие временные паузы длительностью Т_п=Т_в-Т_в1 заполняются проверочными символами. Естественным при этом является применение блочного кодирования различных видов.

При подобном методе необходимым является осуществление операций одновременного запоминания поступающих с определенной частотой информационных символов и считывания ранее запомненных символов с другой частотой. Кроме того, на приемной стороне появляется необходимость не только посимвольной или побитовой синхронизации, но также и поблочной. На рис. 1 представлена укрупненная структурная схема передающей части, а на рис. 4 - укрупненная структурная схема приемной части системы.В передатчике (рис.1) на основе отдельно подаваемых тактовых импульсов (ТИ) с частотой F_C с помощью делителя частоты (ДЧ) с коэффициентом деления N_Д=m₁/m₂, где m₁,m₂- некоторые целые числа, образовывалась частота F_C1=N_ДF_C. Сигналы обеих частот использовались для формирования различных синхроимпульсов в блоке формирователя синхроимпульсов (ФСИ). Он вырабатывал набор синхроимпульсов для следующих целей:

- преобразование информационной последовательности (ИП) двоичных символов (битов), следующих с частотой F_C, в последовательности байтов, следующих с частотой F_C/8 (это осуществлялось в преобразователе П1);

- обратное преобразование байтов, следующих с частотой F_C/8 в последовательность двоичных символов с частотой F_C1, подаваемых на выходные каскады передатчика для соответствующей модуляции и передачи (это осуществлялось в преобразователе П2, а применение побайтовой обработки обуславливается типовыми  техническими характеристиками  элементной базы, использованной для кодирования и вспомогательных операций);

- получение синхроимпульсов для записи информационных байт со скоростью F_C/8 в устройство записи/считывания (з/с) и считывания их из него со скоростью F_C1/8, причем если первая последовательность синхроимпульсов подавалась непрерывно, то подача второй последовательности импульсов прерывалась временными паузами для включения в поток проверочных кодовых символов и символов блочной синхронизации.

-  получение синхроимпульсов для управления работой формирователякода блочной синхронизации (ФКС).

Рис. 27.1

В качестве устройства записи/считывания могут быть использованы микросхемы памяти, осуществляющие функцию “FIFO” (first input - first output). Они позволяют одновременно параллельно и записывать, и считывать байты с различными частотами. Адресация и записи, и считывания организована в кольцевом режиме.

Специализированные сигналы индикации предупреждают о переполнении всего объема памяти (в случае слишком медленного считывания) или о полном опустошении памяти (в случае слишком медленной записи), а также индицируют некоторые другие состояния. Это позволило таким образом контролировать режимы записи/считывания, чтобы соотношение между паузой (образующейся из-за более быстрого считывания, чем записи) соответствовало выбранному числу проверочных символов, и в целом – ресурсу временной избыточности, получаемому в результате обмена с ресурсом частотной избыточности.

Кодирование может осуществляться с помощью специализированных микросхем, представляющих собой, например,  программируемый кодер Рида-Соломона. Выбор кода Рида-Соломона обусловлен его достаточной эффективностью, а также возможностью борьбы с группирующимися ошибками. Это дает  возможность конкуренции с другими кодами в ситуациях, когда организовать значительное перемежение для борьбы с подобными ошибками технически затруднительно, или это приводит к недопустимо большим задержкам времени при передаче сигналов.