Методы борьбы с замираниями сигналов при одиночном приёме

АНТИФЕДИНГОВОЕ КОДИРОВАНИЕ

Известно, что применение простых по реализации корректи­рующих кодов (типа Слепяна, Хемминга) эффективно в каналах связи со случайными ошибками, возникающими независимо друг от друга. Большинство же реальных каналов радиосвязи харак­теризуется тенденцией ошибок к группированию.

При передаче дискретной информации по канатам связи с замираниями группирование ошибок обусловливается тем, что обычно средняя продолжительность замираний значительно пре­восходит длительность элементарного символа. Группирование ошибок проявляется в выпадании элементарных символов, при­надлежащих одной или нескольким кодовым комбинациям, рас­положенным рядом, т. е. в ошибочном приеме одной или не­скольких кодовых комбинаций в целом. Понятно, что даже при передаче словесного текста погрешности в приеме нескольких букв (кодовых комбинаций) подряд могут привести к утере смыс­ла принятого слова. Группирование ошибок тем более опасно в случае приема формализованной информации. В связи с этим большой интерес представляют специальные коды, позволяющие исправлять пачки ошибок некоторой определенной длины b. Такой код исправляет любое сочетание ошибок, если между первым и последним ошибочно принятыми символами находится не более b— 2 разрядов, среди которых может быть сколь угодно ошибоч­ных. При этом величина b может быть значительно большей, чем число независимых ошибок, которые мог бы поправить код при той же избыточности [2]. Практическое применение их затруд­няется тем, что при очень большой избыточности, как правило, значность кода п >> b. Так, например, код Файра, содержащий 265 информационных и 14 проверочных разрядов способен ис­править только одну пачку ошибок глиной b < 5. Поскольку в реальных каналах часто наблюдаются пачки ошибок длиной в несколько десятков и даже сотен символов, для их исправления требуется код с длиной кодовой комбинации, измеряемой тысяча­ми и даже десятками тысяч разрядов, что в настоящее время технически почти неосуществимо. Вот почему большое практиче­ское значение имеет предложенный отечественными учеными спе­циальный метод передачи и обработки кодограмм в каналах связи с замираниями (федингами), позволяющий использовать для борьбы с группирующимися ошибками обычные корректиру­ющие коды с относительно короткими комбинациями в сочетании с декорреляцией последовательности ошибок. Суть этого метода, называемого антифединговым кодированием, состоит в следую­щем.

Передаваемое сообщение кодируется n- значными комбинация­ми некоторого корректирующего кода, эффективного в каналах с независимыми ошибками (например, кода Слепяна, Хэмминга). Параметры кода выбираются, исходя из условия получения тре­буемой достоверности при вероятности независимых ошибок, рав­ной средней вероятности ошибок в канале с замираниями. Для того, чтобы такой корректирующий код обеспечил повышение по­мехоустойчивости системы связи в условиях замираний, необхо­димо перераспределить возможные группы ошибок в отдельных кодовых комбинациях по всем m передаваемым комбинациям сообщения, т. е. произвести декорреляцию ошибок. С этой целью всё сообщение записывается в виде матрицы (рис. 5.1). Каждая строка матрицы представляет собой одну n -разрядную комбина­цию корректирующего кода. Количество строк определяется чис­лом т кодовых комбинаций в сообщении. Передача символов производится не по строкам, а по столбцам, т. е. сначала
пере­даются первые разряды всех т комбинаций, затем все вторые разряды и т. д. Принимаемый сигнал записывается по столб­цам, а воспроизводится по строкам, т. е. все символы расставля­ются по своим местам, после чего производится декодирование.

 

Если количество комбинаций т достаточно велико, время пе­редачи т. символов одного столбца матрицы превышает среднюю продолжительность замираний. Пачки ошибок при этом распре­деляются между всеми n -разрядными кодовыми комбинациями и не будут сосредоточены в отдельных кодовых комбинациях, как это имело бы место при последовательной передаче символов по строкам матрицы. В случае размещения в каждой строке матри­цы нескольких кодовых комбинаций, представляющих некоторый отрезок сообщений, ошибки можно считать независимыми не толь­ко внутри данной кодовой комбинации, но и в пределах отрезка сообщения.

При антифединговом кодировании устройства кодирования и декодирования оказываются не более сложными, чем в каналах с постоянными параметрами, но требуются дополнительные за­поминающие устройства значительной емкости на передающем и приемном концах для формирования и воспроизведения матри­цы-кодограммы.

В [2] приведены выражения, позволяющие выбирать пара­метры корректирующих кодов, эффективных при независимых ошибках, для использования их в каналах с группированием ошибок по описанному методу.

В заключение следует отметить, что рассмотренный метод антифедингового кодирования неэкономичен, поскольку он не ре­ализует пропускную способность канала с замираниями (по сравнению с каналом с постоянными параметрами, имеющим ту же среднюю вероятность ошибки ). Поэтому, в принципе, должны существовать более экономные коды, обеспечивающие в канале с замираниями такую же достоверность при меньшей из­быточности.

МЕТОД КОМПЕНСАЦИИ

Сущность метода, предложенного и исследованного В. А. Котельниковым и В. И. Сифоровым, состоит в измерении случайных параметров сигнала и использовании результатов измерения для компенсации паразитной амплитудной модуляции, возникаю­щей в канале связи вследствие замираний сигнала.

Система связи, в которой используется этот метод, должна иметь два канала: рабочий с полосой пропускания для пере­дачи сообщений и измерительный с полосой пропускания для передачи контрольных сигналов. В качестве последних могут служить немодулированные синусоидальные колебания.

При отсутствии аддитивных помех закон изменения амплиту­ды принимаемого контрольного сигнала соответствует характеру замираний в канале связи. Значит, для компенсации замираний в рабочем канале его выходной сигнал необходимо подвергнуть амплитудной модуляции напряжением, обратно пропорциональ­ным принимаемому контрольному сигналу. Подтвердим этот вы­вод аналитически. С этой целью принимаемые колебания рабочего и измерительного каналов представим соответственно выраже­ниями

(5.2)

где — коэффициент передачи канала;

— рабочий и контрольный сигналы;

— аддитивные флуктуационные помехи в рабочем и измерительном каналах.

После детектирования принимаемого контрольного сигнала безынерционным линейным детектором получим

(5.3)

где — случайная величина, обусловленная наличием адди­тивной помехи и наличием в спектре a (t) частот, превышающих .

Принимаемое колебание рабочего канала модулируется по ам­плитуде напряжением , в результате чего на выходе рабочего канала образуется сигнал

(5.4)

При , т. е. когда аддитивные помехи отсутствуют и спектр a (t) не содержит составляющих с частотами выше , передаваемый сигнал рабочего канала восстанавливается на приемной стороне без искажения (замирания компенсируются полностью):

A* (t) =A (t). (5.5)

В противном случае возникает погрешность

(5.6)

которую можно рассматривать как аддитивную помеху на выходе системы связи. Дисперсия погрешности характеризует мощность этой помехи. Как показал В. И. Сифоров, при ограниченном спектре флуктуации a (t) и достаточно узкополосном измери­тельном канале , искажения рабочего сигнала определя­ются в основном аддитивными помехами и слабо зависят от флуктуации параметров канала радиосвязи.