Меню

Кратность гарантированно исправляемых ошибок

Добавил:

Andrew1992

Факультет ИКСС, группа ИКВТ-61

Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Предмет:

Файл:

vlss16up_motpk.pdf

Скачиваний:

258

Добавлен:

20.11.2018

Размер:

830.71 Кб

Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

С. С. Владимиров

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2016

УДК 621.391(075.8) ББК 32.88173

В 57

Рецензенты профессор кафедры СС и ПД, доктор технических наук О. С. Когновицкий;

ведущий инженер ЗАО «НПП «ИСТА-Системс», кандидат технических наук А. А. Березкин

Утверждено редакционно-издательским советом СПбГУТ в качестве учебного пособия

Владимиров, С. С.

В 57 Математические основы теории помехоустойчивого кодирования : учебное пособие / С. С. Владимиров ; СПбГУТ. — СПб, 2016. — 96 с.

ISBN 978-5-89160-131-4

Настоящее учебное пособие призвано ознакомить студентов старших курсов с математическими основами теории помехоустойчивого кодирования.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника».

УДК 621.391(075.8) ББК 32.88173

ISBN 978-5-89160-131-4

c

Владимиров С. С., 2016

c

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный

университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича», 2016

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. Помехоустойчивое кодирование . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.Основные параметры помехоустойчивых кодов. . . . . . . . . . 7

1.2.Классификация помехоустойчивых кодов . . . . . . . . . . . . 8

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2. Элементы двоичной алгебры . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.1.Понятие системы счисления. Основные системы счисления. . . . 11

2.2.Перевод чисел между системами счисления . . . . . . . . . . . 13

2.3.Операции над двоичными числами . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

3. Матрицы и действия над ними . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.1. Понятие матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.2. Операции с матрицами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

4. Элементы комбинаторики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

5. Полиномы и действия над ними . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

5.1. Операции с полиномами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

6. Понятие группы, кольца и поля . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.1. Группа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6.2.Подгруппы и смежные классы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

6.3.Кольцо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.4.Поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7. Математика полей Галуа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.1. Поле Галуа и его свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.2. Основные действия над элементами поля . . . . . . . . . . . . 47 7.3. Алгоритмы для проведения расчетов в двоичных полях Галуа и их реализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3

8. Элементы теории графов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

8.1.Основные понятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

8.2.Матричное представление графа. . . . . . . . . . . . . . . . . 70

8.3.Линейные графы сигналов и передача графа . . . . . . . . . . . 73

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

9. Модели каналов передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . 78

9.1.Параметры моделей каналов ПД . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

9.2.Двоичный симметричный канал . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

9.3.Двоичный симметричный канал со стираниями. . . . . . . . . . 82

9.4.Двоичный несимметричный канал (Z-канал) . . . . . . . . . . . 83

9.5.Канал Гилберта–Эллиотта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

9.6. Модель канала Поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

86

9.7. Канал с аддитивным белым гауссовским шумом . . . . . . . . .

88

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

91

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

При разработке систем передачи данных одним из важнейших этапов является выбор методов повышения достоверности при передаче информационных сообщений по каналам связи. Использование избыточных помехоустойчивых кодов является одним из наиболее эффективных методов борьбы с ошибками при передаче дискретных сообщений по каналам связи. Соответственно, вопросам изучения теории помехоустойчивого кодирования придается большое внимание в программах подготовки бакалавров и магистров, обучающихся по специальностям из области телекоммуникаций.

В настоящем пособии приведены основы математического аппарата, который используется при изучении теории помехоустойчивого кодирования, исследовании алгоритмов кодирования и декодирования, разработке и построении кодеров и декодеров приемопередающих устройств.

Пособие состоит из девяти разделов. В разд. 1 рассмотрены основные понятия и классификация помехоустойчивых кодов. Разд. 2 посвящен основам двоичной алгебры и реализации основных операций над двоичными числами. В разд. 3 описаны матрицы и основные действия над ними. В разд. 4 приводятся основные понятия комбинаторики. В разд. 5 — полиномы и основные операции с полиномами. Разд. 6 посвящен понятиям группы, кольца и поля, а в разд. 7 описан основной математический аппарат блочных помехоустойчивых кодов (Боуза–Чоудхури–Хоквингема и Рида–Соломона) — двоичные поля Галуа. В разд. 8 приводятся основы теории графов. В разд. 9 рассмотрены основные модели каналов передачи данных.

5

1. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ

Помехоустойчивое кодирование (англ. Error Correcting Coding, ECC) — процесс преобразования информации, предоставляющий возможность обнаружить и исправить ошибки, возникающие при передаче информации по каналам передачи данных.

Под ошибкой при этом понимают ситуацию, когда в результате действия помех и искажений в канале передачи данных приемник принимает неверное решение, отождествляя принятый сигнал не с фактически переданным символом, а с каким-либо другим [1].

Процесс помехоустойчивого кодирования заключается во введении избыточности, т. е. для передачи информации используется код, у которого используются не все возможные комбинации, а только некоторые из них. Такие коды называют избыточными или корректирующими.

Соответственно, процесс введения избыточности (преобразование информационных символов в кодовое слово) называется кодированием, а обратный процесс восстановления информации из кодового слова, возможно содержащего ошибки, — декодированием.

В рамках цифровой системы передачи данных задачи кодирования и декодирования возложены на кодер и декодер соответственно. Структура цифровой системы передачи данных показана на рис. 1.1 [2].

Двоичные

Дискретный канал

Источник

данные

Модулятор

данных

Кодер

S(t)

Информация

Физический

Помехи

канал

n(t)

о надежности

ˆ

Двоичные

S(t)

Получатель

данные

Демодулятор

данных

Декодер

Рис. 1.1. Структура цифровой системы передачи данных

Часто декодеру доступна информация, указывающая на надежность решений, принимаемых о различных символах кодового слова. Такая информация может быть использована для упрощения процесса декодирования, либо для улучшения его характеристик [2].

В целом, способность помехоустойчивых кодов определять и исправлять ошибки — их корректирующие свойства — зависит от правил постро-

6

ения этих кодов и параметров кода (числа разрядов, избыточности и др.), а также от используемых алгоритмов декодирования.

1.1. Основные параметры помехоустойчивых кодов

Основными параметрами, характеризующими корректирующие свойства кодов являются:

1)избыточность кода;

2)кодовое расстояние;

3)кратность гарантированно обнаруживаемых ошибок;

4)кратность гарантированно исправляемых ошибок.

1.1.1.Избыточность корректирующего кода

Избыточность корректирующего кода может быть абсолютной и относительной. Под абсолютной избыточностью понимают число вводимых дополнительных разрядов

r = n k;

где n — число кодовых символов на выходе кодера, соответствующих k информационным символам на его входе.

Относительной избыточностью корректирующего кода называют величину

R

отн

=

r

=

n k

=

k

:

n n

1 n

С ней связана так называемая относительная скорость передачи информации или скорость кода, которая показывает, какую часть общего числа символов кодовой комбинации составляют информационные символы.

k = 1 Rотн:

n

Если производительность источника равна H символов в секунду, то скорость передачи после кодирования этой информации будет равна

R = H k : n

1.1.2. Кодовое расстояние

Кодовое расстояние d или расстояние Хемминга характеризует cтепень различия любых двух кодовых комбинаций. Оно выражается числом разрядов, в которых комбинации отличаются одна от другой.

Чтобы получить кодовое расстояние между двумя комбинациями двоичного кода, достаточно подсчитать число единиц в поразрядной сумме этих

7

комбинаций по модулю 2:

10011 11001 = 01010 ) d = 2:

Кодовое расстояние может быть различным. Так, в первичном натуральном безызбыточном коде это расстояние для различных комбинаций может различаться от единицы до n, где n — длина (значность) кода.

Для помехоустойчивого кода наиболее важным является минимальное кодовое расстояние dmin — наименьшее кодовое расстояние из всех между всеми парами кодовых комбинаций.

В безызбыточном коде все комбинации являются разрешенными, dmin = 1. Поэтому искажение хотя бы одного символа в комбинации будет приводить к получению ошибочного сообщения.

1.1.3. Кратности гарантированно обнаруживаемых и гарантированно исправляемых ошибок

Эти параметры напрямую зависят от минимального кодового расстояния. Под кратностью понимается количество поражённых ошибками символов кодовой комбинации.

В общем случае при необходимости обнаруживать ошибки кратности tобн минимальное кодовое расстояние должно быть, по крайней мере, на единицу больше tобн, т. е.

dmin tобн + 1:

Соответственно, кратность гарантированно обнаруживаемых кодом ошибок равна

tобн dmin 1:

Кратность гарантированно исправляемых кодом ошибок вычисляется по формуле

t dmin 1:

2

Таким образом, код, имеющий минимальное кодовое расстояние dmin = 3, позволяет гарантированно обнаружить tобн = 2 и менее ошибок и гарантированно исправить t = 1 ошибку.

1.2. Классификация помехоустойчивых кодов

Помехоустойчивые коды классифицируются по различным признакам. Одной из основных классификаций является деление кодов на блочные и непрерывные.

8

Блочный (блоковый) код является кодом без памяти. Кодер блочного кода отображает подающийся на вход блок информационных символов длиной k в кодовую последовательность из n выходных символов. Термин «без памяти» указывает, что каждый блок из n символов зависит только от соответствующего блока из k символов и не зависит от других блоков [2].

Основыми параметрами блочных кодов являются длина информационного блока k, длина кодового слова n, скорость кода nk и минимальное кодовое расстояние dmin.

Непрерывные или древовидные коды — это помехоустойчивые коды использующие непрерывную, или последовательную, обработку информации короткими фрагментами (блоками). Кодер древовидного кода является устройством с памятью. На его вход поступают наборы из k входных информационных символов, а на выходе появляются наборы из n кодовых символов. Каждый набор n кодовых символов зависит от текущего входного набора и от v предыдущих входных символов. Следовательно кодер должен содержать устройство памяти на m = k + v входных символов. Параметр m часто называют длиной кодового ограничения кода [2].

Также непрерывные коды характеризуются скоростью кода nk и свободным расстоянием dсв [2].

Чаще всего используются линейные древовидные коды, называемые

сверточными.

Особое место в классификации помехоустойчивых кодов занимают каскадные коды и турбо коды, представляющие из себя комбинации блочных и/или непрерывных кодов [3].

Другой подход к классификации делит коды на линейные и нелинейные. Линейные коды образуют векторное пространство, в котором два кодовых слова при сложении по определенному правилу дают в результате третье кодовое слово [2].

Практически все применяемые на практике схемы кодирования основаны на использовании линейных кодов. Двоичные линейные блоковые коды часто называют групповыми кодами, так как их кодовые слова образуют математическую структуру, называемую группа [2].

Нелинейные коды применяются гораздо реже линейных. К нелинейным кодам относится код с контрольным суммированием, в котором проверочные разряды являются записью суммы единиц в кодовой комбинации [1].

По способу кодирования коды делятся на систематические и несистематические. В первом случае информационные символы передаются на выход декодера без изменения и к ним добавляются проверочные символы. В

9

случае несистематического кодирования информационные символы в явном виде в кодовом слове отсутствуют.

Большинство помехоустойчивых кодов может быть использовано как для обнаружения, так и для исправления ошибок, хотя есть коды, которые позволяют лишь обнаруживать ошибки. Поскольку избыточность, требуемая для обнаружения ошибок, меньше избыточности для исправления ошибок, то коды с обнаружением ошибок часто используют в системах с обратной связью [1].

Ещё одним вариантом деления помехоустойчивых кодов является разделение их на коды, исправляющие случайные ошибки, и коды, исправляющие пакеты (пачки) ошибок. Хотя для исправления пачек ошибок было разработано большое количество кодов с хорошими характеристиками, часто оказывается выгодным использовать коды, исправляющие случайные ошибки, совместно с устройствами перемежения/деперемежения [2]. Также стоит отметить, что существуют алгоритмы декодирования, позволяющие использовать коды, рассчитанные на исправление случайных ошибок, для исправления пачек ошибок без использования перемежителей. К таким алгоритмам относится, например, мажоритарное декодирование на основе двойственного базиса [4].

Контрольные вопросы

1.Что такое помехоустойчивое кодирование?

2.Опишите структуру цифровой системы передачи данных.

3.Дайте понятие избыточности корректирующего кода. Что такое абсолютная и относительная избыточности? Как определяется скорость кода?

4.Что такое кодовое расстояние? Как оно определяется?

5.Как рассчитываются кратности гарантированно обнаруживаемых и гарантированно исправляемых ошибок?

6.Приведите классификацию помехоустойчивых кодов.

10

Соседние файлы в предмете Математические Основы Теории Помехоустойчивого Кодирования

  • #

    20.11.201816.44 Кб10meggit_s_obnulenia.circ

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

    20.11.2018760.56 Кб17Козырев А. Б..odt

Все помехоустойчивые коды делятся на блоковые и непрерывные (их называют также цепные или рекуррентные). При блоковом коди­ровании данные передаются отдельными блоками (словами, кодовыми комбинациями). При этом поступающие в кодер символы, разбиваются на блоки по k информационных символов. В кодере этот блок информационных символов преобразует­ся в блок из кодовых символов, где п называется дли­ной кода. Добавленные при кодировании r = n – k символов являются проверочными. Такой блоковый код принято обозначать как (n, k) – код. Величину R = k / n называют скоростью кода, а величину, обратную скорости, Rи = n / k называют избыточностью кода.

Проверочные символы являются избыточными, они необходимы для обнаружения и (или) исправления ошибок, возникших при передаче. Существуют безызбыточные (примитивные) коды. У этих кодов проверочных символов нет (n = k), поэтому у них самая высокая скорость кода R = 1, но они не способны обнаруживать ошибки.

Ошибки при передаче кодового слова возникают потому, что некоторые из переданных символов могут быть приняты неверно. Принцип обнаружения ошибок заключается в следующем. Если блоковый (n, k) – код имеет основание (количество символов в используемом алфавите) q, то возможно Q = qn различных кодовых слов. Для передачи же используются только Qр = qk кодовых слов, которые называются разрешенными. Остальные Qз = QQр слов априорно для передачи не используются и называются запрещенными.

В дальнейшем будут рассматриваться только двоичные коды, у которых алфавит состоит из двух символов 0 и 1, т. е. с основанием q = 2.

В памяти кодера и декодера хранится таблица разрешенных слов. Работа кодера заключается в выборе разрешенного кодового слова, соответствующего поступившему информационному слову. Приходящее в декодер кодовое слово сравнивается с таблицей разрешенных слов и, если происходит совпадение, то потребитель получает информационное слово, соответствующее данному разрешенному слову. Если же совпадение не наступает, то слово считается запрещенным, а потребитель получает сообщение об ошибке. Однако если совокупность ошибок превратит одно разрешенное слово в другое разрешенное, то возникшие ошибки не могут быть обнаружены.

Пример 1. Требуется передача сообщения о наступлении одного из четырех возможных событий A, B, C, D. Эти события представлены информационными словами 00, 01, 10, 11 соответственно. При передаче этих слов безызбыточным кодом все возможные комбинации являются разрешенными. Поэтому достаточно искажения хотя бы одного символа, чтобы сообщение было принято неверно. Так, если передавалось сообщение A в виде кодового слова 00, а принято было слово 01, то декодер, найдя в таблице такое разрешенное слово, вынесет решение о приеме сообщения B.

Если к вышеперечисленным информационным словам добавить по одному избыточному символу, поставив в соответствие разрешенные слова 000, 011, 101, 110, то искажение одного символа в переданном слове можно обнаружить. Так, если передавалось сообщение A в виде кодового слова 000, а принято было слово 001, то декодер, не найдя в таблице такого разрешенного слова, объявит принятое слово запрещенным и сообщит об обнаружении ошибки в слове. Однако если было принято слово 011, то декодер вынесет решение о приеме сообщения B.

Для сравнения слов необходимо задать метрику, т. е. способ измерения расстояний между кодовыми словами. Извест­но несколько способов выбора метрики, из которых наиболее распространенным является метрика Хэмминга. Расстоянием Хэмминга меж­ду двумя кодовыми словами называется количество несовпадающих символов в этих словах. Важнейшей характеристикой блочного кода является кодовое расстояниеd, оно равно наименьшему расстоянию из всех возможных для данного кода.

Пример 2. Для передачи используются три разрешенных слова 000, 100, 111. Расстояние между первым и вторым словами равно 1, между вторым и третьим словами – 2, а между первым и вторым – 3. Кодовое расстояние для данного кода d = 1.

Очевидно, что у безызбыточного кода d = 1, так как между любой парой его слов расстояние равно единице. Этот код не позволяет обнаруживать ошибки. Приведенный в примере 1 избыточный код (он называется кодом с проверкой на четность) имеет d = 2. Он позволяет гарантировано обнаружить однократную ошибку.

Кратностью ошибки называется количество неправильно принятых символов в кодовом слове. Если искажения символов возникают независимо друг от друга, то ошибки меньшей кратности более вероятны, чем ошибки большей кратности. Следовательно, прежде всего требуется вести борьбу с ошибками малой кратности.

Можно заметить, что максимальная кратность гарантировано обнаруживаемой ошибки tо = d – 1. Действительно, при возникновении необнаруженной ошибки одно разрешенное слово должно превратиться в другое разрешенное слово. А для этого надо, чтобы кратность возникшей ошибки была не менее d, поскольку все разрешенные слова по определению кодового расстояния различаются не менее, чем на d символов. Если же принятое кодовое слово хотя бы на один символ отличается от разрешенных кодовых слов, то будет зафиксировано появление ошибки.

При декодировании вместо обнаружения ошибок возможно их исправление. Так, если было принято запрещенное кодовое слово, то можно не отбрасывать его, а найти наиболее похожее разрешенное слово и объявить его принятым. Таким образом, возникшие при передаче ошибки считаются исправленными, и потребитель получает не сообщение об ошибке, а очередное информационное слово. При декодировании с исправлением ошибок решение принимается по минимуму расстояния Хэмминга, т. е. переданным считается то разрешенное кодовое слово, которое отличается от принятого слова наименьшим количеством несовпадающих символов.

Пример 3. Для передачи используется два разрешенных кодовых слова 000 и 111. Было принято слово 001, на беглый взгляд оно больше похоже на 000, чем на 111. Действительно, слово 001 от первого разрешенного слова отличается на один символ, а от второго на два. Так как однократная ошибка вероятнее двукратной, то скорее всего было передано первое слово и в нем исказился один символ. Декодер принимает решение по минимуму расстояния Хэмминга и объявляет принятым разрешенное слово 000.

В
рассмотренном примере код имеет d = 3, он позволяет гарантировано исправлять однократную ошибку. Можно заметить, что максимальная кратность гарантировано исправляемой ошибки :

где [x] –целая часть числа x.

Существует так называемый прием со стиранием. Это частный случай приема с мягким решением. Его особенность состоит в том, что решающее устройство имеет область неопределенности, в которую попадают все сигналы, не превысившие установленный порог. Решающее устройство выдает при этом специальный символ, заменяющий неуверенно принятый сигнал. Этот символ оказывается, таким образом, «стертым». Так, при передаче двоичным кодом на выходе решающего устройства появляется один из трех символов: 0, 1 и символ стирания Х.

Восстановить стертые знаки часто оказывается легче, чем исправить ошибочные. Это обусловлено тем, что местонахождение стертых знаков известно, так как оно обозначено символом стирания Х, тогда как местоположение ошибок неизвестно, и каждый из знаков 0 или 1 может быть как верным, так и неверным.

Для сохранения различимости кодовых комбинаций при стирании не более s знаков кодовое расстояние d должно удовлетворять условию:

Для того, чтобы код мог одновременно исправлять t ошибок и восстанавливать s стертых символов кодовое расстояние должно быть:

Преимущество кодов со стираниями очевидно: например, при d = 3 такой код может как и обычный исправить одиночную ошибку, но может восстановить два стертых символа.

Описанный выше метод кодирования и декодирования, основанный на запоминании таблицы разрешенных слов, называется универсальным, поскольку годится для всех блочных кодов. Однако этот метод практически не применяется из-за сложности реализации и низкого быстродействия. Если длина информационного слова достаточно велика, то требуется большой объем памяти для хранения всех разрешенных слов. Кроме того, сравнение принятого слова со всей таблицей может продолжаться очень долго, что недопустимо при работе в режиме реального времени. Поэтому созданы другие методы кодирования и декодирования блочных кодов, в которых используется не поиск разрешенных слов, а математические операции над информационными и проверочными символами.

Чаще всего применяются систематические коды. Систематическим называется такой блочный код, у которого информационные и проверочные символы расположены на одних и тех же позициях во всех кодовых словах

В примере 1 был рассмотрен избыточный код с проверкой на четность. При его кодировании к информационному слову добавляется один проверочный символ так, чтобы количество единиц в кодовом слове было четным. При декодировании проверяется выполнение этого условия. Если количество единиц в принятом слове нечетно, то слово является запрещенным. Таким образом, можно обойтись без запоминания таблицы разрешенных слов.

Если в кодере используются лишь линейные операции над поступающими информационными символами, то код называется линейным. Принцип кодирования и декодирования линейного кода заключается в системе линейных уравнений, в которую входят информационные и проверочные символы. Для каждого кода эта система своя. Рассмотрим её на примере кода (7, 4), имеющего d = 3.

a1  а2  а3  а5 = 0

а2  а3  а4  а6 = 0

а1  а2  а4  а7 = 0

где  — знак сложения по модулю 2, символы а1, а2, а3, а4 являются информационными, а символы а5, а6, а7 – проверочными. При кодировании проверочные символы вычисляются из информационных так, чтобы они удовлетворяли системе уравнений. При декодировании символы принятого слова подставляются в систему уравнений и вычисляется её правая часть. Эта правая часть представляет собой вектор, который называется исправляющим вектором или синдромом. Анализ синдрома позволяет исправлять ошибки. Каждому возможному синдрому соответствует номер искаженного символа.

Синдром

Номер искаженного символа

000

Ошибок не обнаружено

101

1

111

2

110

3

011

4

Проверочные символы вычисляются с помощью про­изводящей (порождающей) матрицы. Производящая матрица Gэто таблица, у которой k строк и n столбцов, в которой записаны k ли­нейно независимых разрешенных комбинаций данного кода. По ней можно построить все остальные разрешенные кодовые комбинации, складывая поразрядно по модулю 2 строки производящей матрицы во всех возможных сочетаниях. В памяти кодера достаточно иметь производящую матрицу. С помощью набора сумматоров можно получить любую разрешенную кодовую комбинацию.

Производящую матрицу принято представлять в каноническом виде. Для рассматриваемого кода она будет:

Где левая часть матрицы — единичная матрица, соответствующая информационным символам, а правая часть матрицы соответствует проверочным символам. Схема кодирования строится на основе производящей матрицы. Кодер состоит из k-элементного регистра для информационного слова и n – k сумматоров по модулю 2. Элементы правой части производящей матрицы pij отвечают за вычисление проверочных символов. Они показывают связь i-ой ячейки регистра с j-м сумматором. Если pij = 1, то связь есть, если pij = 0 , то связи нет.

Д
ля декодирования требуется проверочная матрица H, содержащая n – k строк и n столбцов. В каждой строке этой матрицы единицы находятся в тех разрядах, которые входят в соответствующее проверочное уравнение. Для рассмотренного кода Хэмминга (7, 4) проверочная матрица будет иметь вид:

Существует особый класс блочных линейных кодов – циклические коды. Они отличаются тем, что всякая циклическая перестановка символов разрешенного кодового слова приводит также к разрешенному слову. Все кодовые комбинации можно получить циклическим сдвигом одного слова. Поэтому важным достоинством циклических кодов является то, что операции кодировании и декодирования легко реа­лизуются на сдвигающих регистрах.

Макеты страниц

Пусть задан некоторый блоковый код длины и, состоящий из комбинаций (блоков, слов, векторов) Для упрощения определений и доказательств будем всюду считать, что входной X и выходной У алфавиты канала совпадают. В общем случае канал может иметь память и задаваться вероятностями переходов входных блоков х в выходные у.

Определение 1. Расстоянием Хэмминга между двумя комбинациями будем называть число позиций этих комбинаций, в которых отдельные кодовые символы не совпадают. Очевидно, что для любых и что для любых

Определение 2. Образцом ошибки будем называть двоичный блок длины который имеет единицы в тех позициях, в которых символы переданного х и принятого у блоков отличаются друг от друга, и нули — в остальных позициях.

Ранее в гл. 2 были сформулированы аксиомы, которым должно удовлетворять абстрактное определение понятия расстояния в функциональных пространствах сигналов. Покажем, что расстояние Хэмминга удовлетворяет этим аксиомам на пространстве -ичных последовательностей произвольной длины Первые требования: удовлетворяются очевидным образом. Остаётся проверить лишь справедливость «неравенства треугольника»:

Предположим, что отличаются друг от друга в позициях где в позициях где Тогда легко убедиться, что х и у не могут различаться в каких-либо позициях, отличных от а если то в этой позиции они могут и совпадать. Поэтому р(х,у) что и эквивалентно неравенству (7.30).

Определение 3. Весом Хэмминга блока (вектора) х (аналогично для ) будем называть число ненулевых символов этих блоков.

Определение 4. Кратностью образца ошибки (или короче — кратностью ошибки) будем называть его вес Хэмминга (По существу это число ошибок, которое произошло при передаче блока

Декодирование в заданном канале связи по максимуму правдоподобия — это принятие решения о передаче такого кодового блока для которого условная вероятность максимальна, где у — принятый блок. Это правило получения оценки можно записать в следующей компактной форме:

Как понятно из гл. 5, такое правило приводит к максимально возможной средней вероятности правильного приёма кодовых блоков при равновероятной посылке этих блоков по каналу связи. (Если последнее условие не выполняется то оптимальное декодирование должно соответствовать правилу максимальной апостериорной вероятности.)

Определение 5. Декодированием по минимуму расстояния Хэмминга будем называть следующее правило (алгоритм) принятия решения:

(По существу, правило (7.32) означает, что считается переданной та кодовая комбинация, которая отличается от принятой в наименьшем числе позиций.)

Покажем, что для без памяти правила (7.31) и (7.32) совпадают, т.е. декодирование по минимуму расстояния Хэмминга совпадает с декодированием по максимуму правдоподобия. Действительно, в соответствии с определением без памяти

где длина блоков Легко убедиться, что (7.33) является монотонно убывающей функцией при что и доказывает эквивалентность (7.31) и (7.32) для данного каната связи.

В случае использования произвольного канала связи, например несимметричного или с памятью, декодирование по минимуму расстояния Хэмминга не обязательно будет оптимальной процедурой, однако ввиду простаты (7.32) этот алгоритм часто используется и в данных случаях.

Если канал симметричен, но имеет память, то он может быть преобразован в без памяти, а следовательно, для него окажется оптимальным хэмминговский алгоритм декодирования после следующего преобразования канала связи, который называют перемежением символов или декорреляциеи. Как показано на рис. 7.2, кодовые блоки, содержащие символов, номера которых отмечены верхними индексами после их формирования предварительно заносятся в буферную память. После окончания формирования последнего блока начинается передача символов этих блоков в канал связи «по столбцам» матрицы, находящейся в буферной памяти, т.е. последовательно передаются символы На приёме эти символы запоминаются в виде последовательных строк матрицы. После заполнения всех таких строк начинается декодирование по столбцам последовательных кодовых блоков с номерами (1), (2), Видно, что каждая пара смежных символов в любом из кодовых блоков передаётся в канале связи с разнесением во времени где — длительность канального символа. Если параметр выбран достаточно большим, а зависимость между ошибками (память канала) убывает при разнесении передаваемых символов, то после такой процедуры можно практически полностью устранить память в канале связи.

Рис. 7.2. Процедура перемещения символов

Определение 6. Минимальным кодовым расстоянием для заданного кода V будем называть минимальное расстояние по Хэммингу между всеми парами его несовпадающих кодовых комбинаций, т.е.

Избыточный код V может использоваться в канале связи с помехами не только для декодирования (распознавания) действительно передававшихся сообщений, фактически для исправления ошибок, но и для обнаружения ошибок. Естественным алгоритмом декодирования с обнаружением ошибок является принятие решения об отсутствии ошибок, когда принятая комбинация у совпадает с одной из разрешённых кодовых комбинациях, т.е. и обнаружение ошибок, если для всех Очевидно, что в этом случае возможны ошибки декодирования, а именно принятие решения об отсутствии ошибки, в то время как они в действительности имеют место. Будем называть это событие необнаруженной ошибкой, а его вероятность — вероятностью необнаруженной ошибки, обозначая её через или для заданного кода При рассмотренном выше алгоритме обнаружения ошибок необнаруженная ошибка может появиться тогда, и только тогда, когда передаваемая по каналу связи кодовая комбинация под воздействием помех перейдёт на выходе в какую-либо другую кодовую (разрешённую) комбинацию. Поэтому при равновероятном выборе кодовых комбинаций

Определение 7. Будем говорить, что код К гарантированно обнаруживает или исправляет ошибки кратности не больше при использовании некоторого алгоритма обнаружения или исправления ошибок, если кодовые слова после применения этих алгоритмов не будут содержать необнаруженных или неисправленных ошибок, когда кратность ошибки в канале связи не превосходит 1. (Данный код может исправлять или обнаруживать ошибки и большей кратности, но это может иметь место не для всех образцов ошибок). Возможности кода обнаруживать ошибки определяются следующей теоремой.

Теорема 7.3. Если код имеет минимальное расстояние то он гарантированно обнаруживает ошибки кратности не более чем

Доказательство. Как было отмечено ранее, ошибка оказывается необнаруженной тогда, и только тогда, когда под воздействием помех в канале связи передававшаяся кодовая комбинация переходит в какую-либо другую кодовую комбинацию. Но для этого необходимо, чтобы образец ошибок имел кратность не меньше поскольку все кодовые комбинации по определению понятия минимального кодового расстояния отличаются друг от друга не меньше, чем в позициях.

Определение 8. Будем называть функцией кратности ошибки в данном канале связи вероятность появления ошибок на кодовом блоке длины . В частном случае без памяти

Теорема 7.3 позволяет получить верхнюю границу для вероятности необнаруженной ошибки кодом V с минимальным расстоянием

(Неравенство в (7.37) возникает потому, что код с минимальным расстоянием может, вообще говоря, обнаруживать ошибки и кратности большей, чем Подставляя (7.36) в (7.37), получаем, что для (в частном случае без памяти

Возможности кода по исправлению ошибок определяются следующей теоремой.

Теорема 7.4. Если код имеет минимальное расстояние то при декодировании по минимуму расстояния Хэмминга он гарантированно исправляет ошибки кратности не более, чем где означает целую часть х.

Доказательство. Пусть передавалось кодовое слово х, и принято слово у, причём по условию теоремы Предположим, что существует кодовое слово которое находится от принятого слова у на расстоянии Хэмминга не большим, чем слово и, следовательно, может произойти ошибочное декодирование этого слова вместо слова Этот факт означает, что Применяя неравенство треугольника (7.30) к словам получаем

С другой стороны, выполнение (7.39) невозможно, поскольку по определению для данного кода Следовательно, действительно передававшееся кодовое слово х, будет декодировано верно, и теорема доказана.

Теорема 7.4 позволяет построить верхнюю границу вероятности ошибочного декодирования при использовании алгоритма Хэмминга в произвольном канале связи:

В частном случае без памяти получаем из (7.36) и (7.40)

Определение 9. Будем называть алгоритмом совместного исправления ошибок кратности до и обнаружения ошибок при использовании кода V с минимальным расстоянием алгоритм, который по принятому слову у декодирует кодовое слово если и обнаруживает наличие ошибки, если для всех кодовых слов

Свойства кода с заданными параметрами по совместному исправлению и обнаружению ошибок определяются следующей теоремой.

Теорема 7.5. Если код имеет минимальное расстояние то использование алгоритма совместного исправления ошибок кратности до включительно и обнаружения ошибок, обеспечивает гарантированное исправление ошибок кратности не больше и обнаруживает число ошибок кратности не более

Доказательство утверждения о гарантированном исправлении ошибок очевидно, а доказательство утверждения о гарантированном обнаружении ошибок производится аналогично доказательству теорем 7.3 и 7.4.

Теорема 7.5 позволяет получить верхнюю границу для вероятности необнаруженной ошибки и нижнюю границу для вероятности правильного декодирования при использовании кодов с данным алгоритмом совместного исправления и обнаружения ошибок

(Подставляя (7.36) в эти неравенства, получаем соответствующие границы для частного случая канала без памяти.)

В некоторых случаях на выходе канала могут появляться дополнительные пометки о ненадёжности принятых символов, что приводит к их стиранию. Это может происходить из-за низкого отношения сигнал-шум, соответствующего данному тактовому интервалу.

В качестве признака отсутствия стирания символа на тактовом интервале при оптимальном когерентном приёме противоположных сигналов на фоне белого шума можно использовать превышение некоторого порога абсолютным значением корреляционного интеграла где принимаемый непрерывный сигнал, длительность элемента сигнала (тактовый интервал, см. гл. 5).

Определение 10. Будем называть алгоритмом исправления стираний и ошибок такой метод декодирования, который измеряет расстояние Хэмминга между принятым блоком у и всеми кодовыми словами в нестёртых позициях и декодирует то кодовое слово, для которого это расстояние минимально

Исправляющая способность алгоритма совместного исправления стираний и ошибок определяется теоремой.

Теорема 7.6. Если код имеет минимальное расстояние то он может одновременно исправить стираний и ошибок при выполнении следующего условия,

Доказательство производится совершенно аналогично доказательству теоремы 7.4 с учётом того очевидного факта, что код с длиной блоков образованный из комбинаций исходного кода V при вычеркивании стёртых позиций, имеет минимальное расстояние не менее, чем

Зная совместные функции кратности ошибок и стираний в канале связи, можно рассчитать верхнюю границу для используя (7.44).

Заметим, что алгоритм исправления ошибок и стираний является промежуточным вариантом между так называемым жёстким декодированием (в дискретном канале) и мягким декодированием (в полунепрерывном канале). Более подробно эта проблема обсуждается в п. 7.3.10.

Полученные границы для показывают, что желательно иметь код с наибольшим возможным значением минимального расстояния Однако интуиция подсказывает нам, что мы можем добиться увеличения при фиксированной длине блока только уменьшая скорость кода Хотелось бы иметь точные формулы, определяющие как функцию или хотя бы верхние и нижние границы для этого параметра. Кроме того, для обеспечения что было обещано теоремой кодирования Шеннона, придется увеличивать и длины кодовых блоков но при этом количество комбинаций кода экспоненциально возрастает. Это неизбежно вызовет большие трудности при реализации процедур кодирования и декодирования. (Действительно, при кодировании нужно запомнить комбинаций и извлекать из памяти каждый раз новую комбинацию, соответствующую поступившему сообщению, а при декодировании вычислить хэмминговских расстояний и находить среди них минимальное.) Поэтому мы нуждаемся в более конструктивном (регулярном) задании кода, чем его описание таблицей кодовых комбинаций. Эту проблему удаётся решить при переходе к специальному классу так называемых линейных кодов, который описан в следующем разделе.

Однако, прежде чем перейти к его рассмотрению, сделаем ещё одно замечание. Сравнение границ (7.37) и (7.40) показывает, что в любых каналах связи и для любых кодов причём это неравенство справедливо не только для границ, но и для точных значений соответствующих вероятностей ошибок. Однако этот факт ещё не означает, что всегда целесообразно использовать обнаружение ошибок, а не их исправление. Действительно, после обнаружения ошибок в блоке он оказывается стёртым, а следовательно, не может быть выдан получателю. Обычно его доставка осуществляется при помощи повторной передачи, что требует затрат дополнительного времени.

К вопросам получения более точных оценок для и а также к сравнению систем с обнаружением и исправлением ошибок мы ещё вернёмся в следующем разделе.

1

Оглавление

  • ПРЕДИСЛОВИЕ
  • ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
  • 1.2. СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ И СЕТИ СВЯЗИ
  • 1.3. ПОМЕХИ И ИСКАЖЕНИЯ В КАНАЛЕ
  • 1.4. КОДИРОВАНИЕ И МОДУЛЯЦИЯ
  • 1.5. ДЕМОДУЛЯЦИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЕ
  • 1.6. ЦИФРОВОЕ КОДИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 1.7. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
  • ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СООБЩЕНИЙ, СИГНАЛОВ И ПОМЕХ
  • 2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СООБЩЕНИЙ, СИГНАЛОВ И ПОМЕХ
  • 2.2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОСТРАНСТВА И ИХ БАЗИСЫ
  • 2.3. РАЗЛОЖЕНИЕ СИГНАЛОВ В ОБОБЩЁННЫЙ РЯД ФУРЬЕ
  • Спектральное представление периодических колебаний.
  • Спектральное представление непериодических функций.
  • 2.4. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ СИГНАЛОВ ВО ВРЕМЕНИ
  • Спектральная трактовка дискретизации.
  • Теорема отсчётов.
  • Восстановление непрерывной функции по отсчётам.
  • 2.5. СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
  • Плотность вероятности и интегральная функция распределения (ИФР).
  • Числовые характеристики.
  • Нормальное (гауссовское) распределение.
  • Равномерное распределение.
  • Распределение вероятностей мгновенных значений гармонического колебания.
  • Распределения вероятностей дискретных случайных величин
  • Распределение Пуассона.
  • Стационарные случайные процессы.
  • Эргодические процессы.
  • Спектральная плотность мощности случайного процесса.
  • Функция корреляции случайного процесса с ограниченным спектром.
  • 2.6. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ РЯДАМИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ УРАВНЕНИЯМИ
  • Разложение по гармоническим функциям.
  • Разложение в ряд Котельникова.
  • Случайные процессы, определяемые двумерной плотностью вероятности.
  • Представление случайных процессов дифференциальными уравнениями.
  • 2.7. ОГИБАЮЩАЯ И ФАЗА СИГНАЛА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ. КВАДРАТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ УЗКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА
  • Корреляционная функция узкополосного случайного процесса.
  • 2.8. НЕКОТОРЫЕ МОДЕЛИ НЕПРЕРЫВНЫХ И ДИСКРЕТНЫХ ИСТОЧНИКОВ (СООБЩЕНИЙ, СИГНАЛОВ И ПОМЕХ)
  • Некоторые модели источников (сообщений, сигналов, помех).
  • Модели речевого сообщения.
  • Модель стохастического дискретного источника.
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МОДУЛЯЦИИ И ДЕТЕКТИРОВАНИЯ
  • 3.1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ В ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ
  • 3.2. ФОРМИРОВАНИЕ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ
  • 3.3. ФОРМИРОВАНИЕ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
  • 3.4. ФОРМИРОВАНИЕ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ ОДНОПОЛОСНОЙ МОДУЛЯЦИИ
  • 3.5. ФОРМИРОВАНИЕ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ, МОДУЛИРОВАННЫХ ДИСКРЕТНЫМИ СООБЩЕНИЯМИ
  • Цифровая амплитудная модуляция (ЦАМ).
  • Цифровая фазовая модуляция (ЦФМ).
  • Цифровая частотная модуляция (ЦЧМ).
  • 3.6. МОДУЛЯЦИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ПЕРЕНОСЧИКЕ
  • 3.7. ФУНКЦИЯ КОРРЕЛЯЦИИ И СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ МОЩНОСТИ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ ПРИ МОДУЛЯЦИИ СЛУЧАЙНЫМ ПРОЦЕССОМ
  • 3.8. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ АМПЛИТУДНОЙ И УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КАНАЛОВ СВЯЗИ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ СВЯЗИ
  • 4.2. ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ МОДЕЛИ КАНАЛОВ СВЯЗИ
  • 4.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ КАНАЛАХ
  • 4.3.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ В УЗКОПОЛОСНЫХ ЛИНЕЙНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ КАНАЛАХ
  • 4.3.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
  • 4.3.4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ В ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ЛИНЕЙНЫХ КАНАЛАХ
  • 4.3.5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ В ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ КАНАЛАХ
  • 4.3.6. ПРОХОЖДЕНИЕ СИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ СЛУЧАЙНЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ
  • 4.3.7. АДДИТИВНЫЕ ПОМЕХИ В КАНАЛЕ
  • 4.3.8. КВАНТОВЫЙ ШУМ
  • 4.4. МОДЕЛИ НЕПРЕРЫВНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ
  • 4.4.2. КАНАЛ С АДДИТИВНЫМ ГАУССОВСКИМ ШУМОМ
  • 4.4.3. КАНАЛ С НЕОПРЕДЕЛЁННОЙ ФАЗОЙ СИГНАЛА И АДДИТИВНЫМ ШУМОМ
  • 4.4.4. КАНАЛ С МЕЖСИМВОЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ (МСИ) И АДДИТИВНЫМ ШУМОМ
  • 4.5. МОДЕЛИ ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ
  • 4.5.1. НЕКОТОРЫЕ МОДЕЛИ ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ С ПАМЯТЬЮ
  • 4.5.2. МОДЕЛЬ ДИСКРЕТНО-НЕПРЕРЫВНОГО КАНАЛА
  • 4.6. МОДЕЛИ НЕПРЕРЫВНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ, ЗАДАННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ УРАВНЕНИМИ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 5. ТЕОРИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 5.2. КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА И ПРАВИЛА ПРИЁМА ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 5.3. ОПТИМАЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРИЁМА ПРИ ПОЛНОСТЬЮ ИЗВЕСТНЫХ СИГНАЛАХ (КОГЕРЕНТНЫЙ ПРИЁМ)
  • 5.4. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЁМНИК С СОГЛАСОВАННЫМ ФИЛЬТРОМ
  • 5.5. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ОПТИМАЛЬНОГО КОГЕРЕНТНОГО ПРИЁМА
  • 5.6. ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ С МЕЖСИМВОЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ
  • 5.7. ПРИЁМ СИГНАЛОВ С НЕОПРЕДЕЛЁННОЙ ФАЗОЙ (НЕКОГЕРЕНТНЫЙ ПРИЁМ)
  • 5.8. ПРИЁМ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ФЛУКТУАЦИИ ФАЗ И АМПЛИТУД СИГНАЛОВ
  • 5.9. ПРИЁМ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В КАНАЛАХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПО СПЕКТРУ И ИМПУЛЬСНЫМИ ПОМЕХАМИ
  • 5.10. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИЁМА ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН
  • 5.11. СРАВНЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 6. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ (ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ)
  • 6.1. ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СКОЛЬ УГОДНО ВЫСОКОЙ ВЕРНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В КАНАЛАХ С ПОМЕХАМИ
  • 6.2. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ
  • 6.2.2. ОСНОВНОЙ ПОНЯТИЙНЫЙ АППАРАТ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
  • Энтропия источника сообщений.
  • Количество информации, передаваемой по каналу связи (взаимная информация).
  • 6.2.3. ТЕОРЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ШЕННОНА ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО КАНАЛА СВЯЗИ
  • Теорема о свойстве асимптотической равновероятности (САР).
  • Теорема кодирования в дискретном канале с помехами.
  • 6.3. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НЕПРЕРЫВНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 6.3.2. КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ, ПЕРЕДАВАЕМОЙ ПО НЕПРЕРЫВНОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ, РАСЧЁТ ЕГО ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
  • 6.3.3. ТЕОРЕМА КОДИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КАНАЛА СВЯЗИ
  • 6.3.4. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ КАНАЛОВ СО МНОГИМИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМИ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 7. КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ И КАНАЛОВ СВЯЗИ
  • 7.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ КОДИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ СООБЩЕНИЙ
  • 7.3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ (КАНАЛЬНОЕ) КОДИРОВАНИЕ
  • 7.3.1. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ ОПТИМАЛЬНОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ДЛЯ КОДОВ С ФИКСИРОВАННОЙ ДЛИНОЙ БЛОКОВ (ЭКСПОНЕНТЫ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ОШИБОК)
  • 7.3.2. КОДЫ С ГАРАНТИРОВАННЫМ ОБНАРУЖЕНИЕМ И ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК
  • 7.3.3. ЛИНЕЙНЫЕ ДВОИЧНЫЕ КОДЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК
  • 7.3.4. ВАЖНЫЕ ПОДКЛАССЫ ЛИНЕЙНЫХ ДВОИЧНЫХ КОДОВ
  • 7.3.5. КОНСТРУКТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК ЛИНЕЙНЫМИ КОДАМИ
  • 7.3.6. ОБОБЩЕНИЕ ТЕОРИИ КОДИРОВАНИЯ НА НЕДВОИЧНЫЕ КОДЫ
  • 7.3.7 ИТЕРАТИВНЫЕ И КАСКАДНЫЕ КОДЫ
  • 7.3.8. КОДИРОВАНИЕ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
  • 7.3.9. СИСТЕМЫ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
  • 7.3.10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО § 7.3. ОБЪЕДИНЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ И ДЕКОДИРОВАНИЯ. ДЕКОДИРОВАНИЕ С МЯГКИМ РЕШЕНИЕМ
  • 7.4. СВЕРТОЧНЫЕ (РЕШЕТЧАТЫЕ) КОДЫ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 8. ТЕОРИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 8.1. КРИТЕРИИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЁМА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 8.2. ОПТИМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОТДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА
  • 8.3. ОПТИМАЛЬНАЯ ДЕМОДУЛЯЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ
  • 8.4. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ ПРИ СЛАБЫХ ПОМЕХАХ
  • 8.5. ПОРОГ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ. АНОМАЛЬНЫЕ ОШИБКИ
  • 8.6. ОПТИМАЛЬНАЯ ЛИНЕЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ. ФИЛЬТР КОЛМОГОРОВА-ВИНЕРА
  • 8.7. ОПТИМАЛЬНАЯ ЛИНЕЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ. ФИЛЬТР КАЛМАНА
  • 8.8. ТЕОРИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
  • 8.9. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧЕ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
  • 8.10. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
  • 8.11. КОДИРОВАНИЕ С ПРЕДСКАЗАНИЕМ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 9. ПРИНЦИПЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
  • Основные положения линейной теории разделения сигналов.
  • Условие линейного разделения сигналов.
  • 9.2. ЧАСТОТНОЕ, ВРЕМЕННОЕ И ФАЗОВОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ
  • Временной способ разделения каналов.
  • Разделение сигналов по фазе.
  • 9.3. РАЗДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ПО ФОРМЕ. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ
  • Системы передачи с шумоподобными сигналами (ШПС).
  • Примеры шумоподобных сигналов.
  • 9.4. КОМБИНАЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ
  • 9.5. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СИСТЕМ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИ
  • Влияние взаимных помех при разделении сигналов на пропускную способность многоканальных систем.
  • 9.6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ
  • 9.6.1. СЕТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
  • 9.6.2. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ В СЕТЯХ СВЯЗИ
  • 9.6.3. МНОГОУРОВНЕВАЯ АРХИТЕКТУРА СВЯЗИ И ПРОТОКОЛЫ
  • 9.6.4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 10. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
  • 10.1. СПЕКТР ДИСКРЕТНОГО СИГНАЛА
  • 10.2. АЛГОРИТМ БЫСТРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ
  • 10.3. ВРЕМЕННЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
  • 10.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ z-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ТЕОРИИ СТАЦИОНАРНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
  • 10.5. ОСНОВЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
  • 10.6. УЧЁТ ПОГРЕШНОСТИ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ИЗ-ЗА КВАНТОВАНИЯ СИГНАЛОВ ПО УРОВНЯМ
  • ВЫВОДЫ
  • ГЛАВА 11. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ
  • 11.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
  • Эффективность систем передачи дискретных сообщений.
  • Эффективность аналоговых систем передачи и отдельных разновидностей систем разделения сигналов.
  • 11.3. ВЫБОР СИГНАЛОВ И ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КОДОВ
  • Корректирующие коды.
  • Сигнально-кодовые конструкции (СКК).
  • 11.4. КОМПЕНСАЦИЯ ПОМЕХ И ИСКАЖЕНИЙ В КАНАЛЕ
  • 11.5. СОКРАЩЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ. СЖАТИЕ ДАННЫХ
  • 11.6. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ
  • ВЫВОДЫ
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Содержание

  • 1 Исправление ошибок в помехоустойчивом кодировании
  • 2 Параметры помехоустойчивого кодирования
  • 3 Контроль чётности
  • 4 Классификация помехоустойчивых кодов
  • 5 Код Хэмминга
    • 5.1 Декодирование кода Хэмминга
    • 5.2 Расстояние Хэмминга
  • 6 Помехоустойчивые коды
    • 6.1 Компромиссы при использовании помехоустойчивых кодов
    • 6.2 Необходимость чередования (перемежения)

Назначение помехоустойчивого кодирования – защита информации от помех и ошибок при передаче и хранении информации. Помехоустойчивое кодирование необходимо для устранения ошибок, которые возникают в процессе передачи, хранения информации. При передачи информации по каналу связи возникают помехи, ошибки и небольшая часть информации теряется. 

Без использования помехоустойчивого кодирования было бы невозможно передавать большие объемы информации (файлы), т.к. в любой системе передачи и хранении информации неизбежно возникают ошибки.

Рассмотрим пример CD диска. Там информация хранится прямо на поверхности диска, в углублениях, из-за того, что все дорожки на поверхности, часто диск хватаем пальцами, елозим по столу и из-за этого без помехоустойчивого кодирования, информацию извлечь не получится.

Использование кодирования позволяет извлекать информацию без потерь даже с поврежденного CD/DVD диска, когда какая либо область становится недоступной для считывания.

В зависимости от того, используется в системе обнаружение или исправление ошибок с помощью помехоустойчивого кода, различают следующие варианты:

  • запрос повторной передачи (Automatic Repeat reQuest, ARQ): с помощью помехоустойчивого кода выполняется только обнаружение ошибок, при их наличии производится запрос на повторную передачу пакета данных;
  • прямое исправление ошибок (Forward Error Correction, FEC): производится декодирование помехоустойчивого кода, т. е. исправление ошибок с его помощью.

Возможен также гибридный вариант, чтобы лишний раз не гонять информацию по каналу связи, например получили пакет информации, попробовали его исправить, и если не смогли исправить, тогда отправляется запрос на повторную передачу. 

Исправление ошибок в помехоустойчивом кодировании

Любое помехоустойчивое кодирование добавляет избыточность, за счет чего и появляется возможность восстановить информацию при частичной потере данных в канале связи (носителе информации при хранении). В случае эффективного кодирования убирали избыточность, а в помехоустойчивом кодировании добавляется контролируемая избыточность. 

Простейший пример – мажоритарный метод, он же многократная передача, в котором один символ передается многократно, а на приемной стороне принимается решение о том символе, количество которых больше.

Допустим есть 4 символа информации, А, B, С,D, и эту информацию повторяем несколько раз. В процессе передачи информации по каналу связи, где-то возникла ошибка. Есть три пакета (A1B1C1D1|A2B2C2D2|A3B3C3D3), которые должны нести одну и ту же информацию. 

мажоритарный метод

Но из картинки справа, видно, что второй символ (B1 и C1) они отличаются друг от друга, хотя должны были быть одинаковыми. То что они отличаются, говорит о том, что есть ошибка. 

Необходимо найти ошибку с помощью голосования, каких символов больше, символов В или символов С? Явно символов В больше, чем символов С, соответственно принимаем решение, что передавался символ В, а символ С ошибочный. 

Для исправления ошибок нужно, как минимум 3 пакета информации, для обнаружения, как минимум 2 пакета информации.

Параметры помехоустойчивого кодирования

Первый параметр, скорость кода R характеризует долю информационных («полезных») данных в сообщении и определяется выражением: R=k/n=k/m+k

  • где n – количество символов закодированного сообщения (результата кодирования);
  •   m – количество проверочных символов, добавляемых при кодировании;
  •   k – количество информационных символов.

Параметры n и k часто приводят вместе с наименованием кода для его однозначной идентификации. Например, код Хэмминга (7,4) значит, что на вход кодера приходит 4 символа, на выходе 7 символов,  Рида-Соломона (15, 11) и т.д. 

Второй параметр, кратность обнаруживаемых ошибок – количество ошибочных символов, которые код может обнаружить.

Третий параметр, кратность исправляемых ошибок – количество ошибочных символов, которые код может исправить (обозначается буквой t).

Контроль чётности

Самый простой метод помехоустойчивого кодирования это добавление одного бита четности. Есть некое информационное сообщение, состоящее из 8 бит, добавим девятый бит. 

Если нечетное количество единиц, добавляем 0.

1 0 1 0 0 1 0 0 | 0

Если четное количество единиц, добавляем 1.

1 1 0 1 0 1 0 0 | 1

Если принятый бит чётности не совпадает с рассчитанным битом чётности, то считается, что произошла ошибка.

1 1 0 0 0 1 0 0 | 1 

Под кратностью понимается, всевозможные ошибки, которые можно обнаружить. В этом случае, кратность исправляемых ошибок 0, так как мы не можем исправить ошибки, а кратность обнаруживаемых 1. 

Есть последовательность 0 и 1, и из этой последовательности составим прямоугольную матрицу размера 4 на 4. Затем для каждой строки и столбца посчитаем бит четности. 

Прямоугольный код – код с контролем четности, позволяющий исправить одну ошибку:

прямоугольный код

И если в процессе передачи информации допустим ошибку (ошибка нолик вместо единицы, желтым цветом), начинаем делать проверку. Нашли ошибку во втором столбце, третьей строке по координатам. Чтобы исправить ошибку, просто инвертируем 1 в 0, тем самым ошибка исправляется. 

Этот прямоугольный код исправляет все одно-битные ошибки, но не все двух-битные и трех-битные. 

Рассчитаем скорость кода для: 

  • 1 1 0 0 0 1 0 0 | 1 

Здесь R=8/9=0,88

  • И для прямоугольного кода:

Здесь R=16/24=0,66 (картинка выше, двадцать пятую единичку (бит четности) не учитываем)

Более эффективный с точки зрения скорости является первый вариант, но зато мы не можем с помощью него исправлять ошибки, а с помощью прямоугольного кода можно. Сейчас на практике прямоугольный код не используется, но логика работы многих помехоустойчивых кодов основана именно на прямоугольном коде. 

Классификация помехоустойчивых кодов

  • Непрерывные — процесс кодирования и декодирования носит непрерывный характер. Сверточный код является частным случаем непрерывного кода. На вход кодера поступил один символ, соответственно, появилось несколько на выходе, т.е. на каждый входной символ формируется несколько выходных, так как добавляется избыточность.
  • Блочные (Блоковые) — процесс кодирования и декодирования осуществляется по блокам. С точки зрения понимания работы, блочный код проще, разбиваем код на блоки и каждый блок кодируется в отдельности. 

По используемому алфавиту:

  • Двоичные. Оперируют битами.
  • Не двоичные (код Рида-Соломона). Оперируют более размерными символами. Если изначально информация двоичная, нужно эти биты превратить в символы. Например, есть последовательность 110 110 010 100 и нужно их преобразовать из двоичных символов в не двоичные, берем группы по 3 бита — это будет один символ, 6, 6, 2, 4 — с этими не двоичными символами работают не двоичные помехоустойчивые коды. 

Блочные коды делятся на

  • Систематические  — отдельно не измененные информационные символы, отдельно проверочные символы. Если на входе кодера присутствует блок из k символов, и в процессе кодирования сформировали еще какое-то количество проверочных символов и проверочные символы ставим рядом к информационным в конец или в начало. Выходной блок на выходе кодера будет состоять из информационных символов и проверочных. 
  • Несистематические — символы исходного сообщения в явном виде не присутствуют. На вход пришел блок k, на выходе получили блок размером n, блок на выходе кодера не будет содержать в себе исходных данных. 

В случае систематических кодов, выходной блок в явном виде содержит в себе, то что пришло на вход, а в случае несистематического кода, глядя на выходной блок нельзя понять что было на входе. 

систематический и несистематический код

Смотря на картинку выше, код 1 1 0 0 0 1 0 0 | 1 является систематическим, на вход поступило 8 бит, а на выходе кодера 9 бит, которые в явном виде содержат в себе 8 бит информационных и один проверочный.  

Классификация помехоустойчивых кодов

Код Хэмминга

Код Хэмминга — наиболее известный из первых самоконтролирующихся и самокорректирующихся кодов. Позволяет устранить одну ошибку и находить двойную. 

Код Хэмминга (7,4)

Код Хэмминга (7,4) — 4 бита на входе кодера и 7 на выходе, следовательно 3 проверочных бита. С 1 по 4 информационные биты, с 6 по 7 проверочные (см. табл. выше). Пятый проверочный бит y5, это сумма по модулю два 1-3 информационных бит. Сумма по модулю 2 это вычисление бита чётности. 

Декодирование кода Хэмминга

Декодирование происходит через вычисление синдрома по выражениям:

Декодирование кода Хэмминга через синдром

Синдром это сложение бит по модулю два. Если синдром не нулевой, то исправление ошибки происходит по таблице декодирования:

Таблица декодирования. Код Хэмминга

Расстояние Хэмминга

Расстояние Хэмминга — число позиций, в которых соответствующие символы двух кодовых слов одинаковой длины различны. Если рассматривать два кодовых слова, (пример на картинке ниже, 1 0 1 1 0 0 1 и 1 0 0 1 1 0 1) видно что они отличаются друг от друга на два символа, соответственно расстояние Хэмминга равно 2.

расстояние хэмминга

Кратность исправляемых ошибок и обнаруживаемых, связано минимальным расстоянием Хэмминга. Любой помехоустойчивый код добавляет избыточность с целью увеличить минимальное расстояние Хэмминга. Именно минимальное расстояние Хэмминга определяет помехоустойчивость. 

Помехоустойчивые коды

Современные коды более эффективны по сравнению с рассматриваемыми примерами. В таблице ниже приведены Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ)

Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ)

Из таблицы видим, что там один класс кода БЧХ, но разные параметры n и k. 

  • n — количество символов на входе. 
  • k — количество символов на выходе. 
  • t — кратность исправляемых ошибок. 
  • Отношение k/n — скорость кода. 
  • G (энергетический выигрыш) — величина, показывающая на сколько можно уменьшить отношение сигнал/шум (Eb/No) для обеспечения заданной вероятности ошибки.

Несмотря на то, что скорость кода близка, количество исправляемых ошибок может быть разное. Количество исправляемых ошибок зависит от той избыточности, которую добавим и от размера блока. Чем больше блок, тем больше ошибок он исправляет, даже при той же самой избыточности. 

Пример: помехоустойчивые коды и двоичная фазовая манипуляция (2-ФМн). На графике зависимость отношения сигнал шум (Eb/No) от вероятности ошибки. За счет применения помехоустойчивых кодов улучшается помехоустойчивость. 

График помехоустойчивых кодов

Из графика видим, код Хэмминга (7,4) на сколько увеличилась помехоустойчивость? Всего на пол Дб это мало, если применить код БЧХ (127, 64) выиграем порядка 4 дБ, это хороший показатель. 

Компромиссы при использовании помехоустойчивых кодов

Чем расплачиваемся за помехоустойчивые коды? Добавили избыточность, соответственно эту избыточность тоже нужно передавать. Нужно: увеличивать пропускную способность канала связи, либо увеличивать длительность передачи. 

Компромиссы при использовании помехоустойчивых кодов

Компромисс:

  1. Достоверность vs полоса пропускания.
  2. Мощность vs полоса пропускания.
  3. Скорость передачи данных vs полоса пропускания

Необходимость чередования (перемежения)

Все помехоустойчивые коды могут исправлять только ограниченное количество ошибок t. Однако в реальных системах связи часто возникают ситуации сгруппированных ошибок, когда в течение непродолжительного времени количество ошибок превышает t.

Например, в канале связи шумов мало, все передается хорошо, ошибки возникают редко, но вдруг возникла импульсная помеха или замирания, которые повредили на некоторое время процесс передачи, и потерялся большой кусок информации. В среднем на блок приходится одна, две ошибки, а в нашем примере потерялся целый блок, включая информационные и проверочные биты. Сможет ли помехоустойчивый код исправить такую ошибку? Эта проблема решаема за счет перемежения. 

Пример блочного перемежения:

Пример блочного перемежения кодов

На картинке, всего 5 блоков (с 1 по 25). Код работает исправляя ошибки в рамках одного блока (если в одном блоке 1 ошибка, код его исправит, а если две то нет). В канал связи отдается информация не последовательно, а в перемешку. На выходе кодера сформировались 5 блоков и эти 5 блоков будем отдавать не по очереди а в перемешку. Записали всё по строкам, но считывать будем, чтобы отправлять в канал связи, по столбцам. Информация в блоках перемешалась. В канале связи возникла ошибка и мы потеряли большой кусок. В процессе приема, мы опять составляем таблицу, записываем по столбцам, но считываем по строкам. За счет того, что мы перемешали большое количество блоков между собой, групповая ошибка равномерно распределится по блокам. 

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest

0 комментариев
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии

А вот еще интересные материалы:

  • Яшка сломя голову остановился исправьте ошибки
  • Ясность цели позволяет целеустремленно добиваться намеченного исправьте ошибки
  • Ясность цели позволяет целеустремленно добиваться намеченного где ошибка
  • Краткое содержание фильма работа над ошибками
  • Краткое содержание фильма ошибка резидента