Использование частотной избыточности при передаче цифрового сигнала, страница 2

Программирование производится автоматически перед каждым включением во время общей инициализации системы и устанавливает различные параметры работы микросхемы, включая параметры общей длины блока n и числа информационных символов k  в блоке. Однако отношение n/k следует выбирать меньше, чем M_T т. е. не использовать весь ресурс временной избыточности. Остаток ресурса необходим  для включения q служебных сигналов блочной синхронизации. Они используются на приемной стороне при декодировании сигналов. Таким образом, выбор n, k, q определяется выполнением условия (n+q) /k< М_Т.

Естественное желание максимально повысить  помехоустойчивость передачи информации при ограничениях, накладываемых техническими возможностями элементной базы и величиной располагаемого ресурса M_T, требует оптимизировать соотношение между параметрами  n, k, q. При этом действуют основные следующие факторы:

- емкость памяти кодера ограничивает максимальную величину n;

- увеличение q уменьшает вероятность ошибки, которая могла бы возникнуть из-за срыва блочной синхронизации, но при этом и уменьшает помехоустойчивость кодирования.

Поэтому оптимальные параметры устройства необходимо выбирать  на основе учета следующего. При использовании кода Рида-Соломона количество исправляемых ошибок равно целой части от величины . Поэтому, чтобы не допускать проигрыша в помехоустойчивости, обычно величины n, k выбирают чётными. Однако при изменении n и постоянном отношении t/n помехоустойчивость не остается постоянной. На это указывают следующие несложные математические выкладки. Пусть Р₁ – вероятность ошибки в одном двоичном символе. Тогда вероятность Р₈ ошибочного байта (а таким считается любой байт, в котором ошибочен хотя бы один двоичный символ), равна:

ввиду того, что обычно P₁<<1. Здесь .

При превышении количеством ошибок числа t  исправляемых байт декодер в приемнике не производит обработку блока, а пропускает его на выход без изменений. Таким образом, считая события появления ошибочных байт независимыми, после кодирования величина средней ошибки в одном байте станет , где

Одновременно с ростом n временная избыточность позволяет пропорционально увеличивать и k. Графики зависимости величины  (т.е. степени улучшения помехоустойчивости от применения кодирования) от n при фиксированных значениях кодовой скорости k/n представлены на рис. 27.2, рис. 27.3.  Номера графиков на рисунках соответствуют следующей величине n: 1 – n=20; 2 – n=40; 3 – n=60; 4 – n=100; 5 – n=150; 6 – n=200. Из графиков видно, что при относительно больших значениях Р₁ выигрыш от кодирования не слишком большой, однако с уменьшением битовой ошибки величина выигрыша увеличивается очень быстро.

Рис. 27.2, k/n=0,7                                  Рис. 27.3, k/n=0,9

Выбор значения q определяется особенностями выделения сигнала блочной синхронизации на приемной стороне.

Структура приемной части приведена на рис. 27.4. Демодулированная двоичная последовательность сигналов в преобразователе (П1) преобразуется в последовательность байтов. Кроме того, в формирователе тактовых импульсов (ФТИ) из нее формируются битовые тактовые импульсы частотой F_С1. Из этой последовательности с помощью делителя частоты (ДЧ) формируется тактовая последовательность частоты F_С  делением частоты F_С1 c коэффициентом m2/m1, обратным коэффициенту деления в передающей части.

В формирователе синхронизирующих и импульсов (ФСИ) вырабатываются следующие синхросигналы:

- для преобразования двоичной последовательности частотой F_С1 в последовательность байт частотой F_С1/8 (в П1);

- для преобразования последовательности байт с частотой F_С1/8 в последовательность двоичных символов с частотой F_С (в преобразователе П2);

- для управления работой микросхемы декодера Рида-Соломона, в т.ч. для указания, какие из символов блока являются проверочными (декодер аналогичен соответствующему кодеру передатчика);

- для управления работой устройства записи/считывания (з/с) с частотами F_С  и F_С1 соответственно. Это устройство также аналогично соответствующему устройству передатчика. При этом запись производится с временными паузами, соответствующими проверочным символами и символам блочной синхронизации, а считывание с более медленной скоростью производится непрерывно.

Рис. 27.4.

Сигнал кодовой синхронизации состоит из q байт и представляет собой определенную последовательность двоичных сигналов, передаваемую в начале каждого нового блока.

В приемнике в формирователе сигналов блочной синхронизации  (в блоке ФСБ) происходит их выделение. Каждый сигнал является указанием для декодера на приход начала нового блока. Выделение происходит с помощью согласованного цифрового фильтра, весовые коэффициенты которого соответствуют кодовому слову сигнала блочной синхронизации.

Поскольку существует вероятность того, что в процессе передачи информационных сигналов случайно появится сочетание, аналогичное блочному кодовому слову, то решение о приеме сигнала синхронизации принимается по Q кодовым словам, отстоящим одно от другого на известный определенный временной интервал, равный   

Указанная вероятность появления ошибочного кодового слова блочной синхронизации имеет место лишь при правильном выборе структуры кодового слова. Если же структура выбрана неправильно, то могут появляться дополнительные ошибки. Они возникают из-за того, что часть битов из-за окончания информационного байта, предшествующего кодовому байту, может быть принята за начало этого первого кодового байта.

Таким образом, использование ресурса частотной избирательности в цифровых системах связи эффективно реализовать, превращая его в ресурс временной избыточности.