Основные теоретические принципы работы устройств оперативного контроля достоверности передачи информации. Оборудование и методика расчета достоверности приема информации о снижении цифровых систем передачи ниже пороговых значений для систем сигнализации.
Аннотация к работе
В данной работе рассматриваются основные теоретические принципы работы и методика расчета устройств оперативного контроля достоверности передачи информации, которые применяются в оборудовании цифровых систем передачи (ЦСП) для сигнализации о снижении достоверности приема информации ниже пороговых значений. Оконечное оборудование практически не вносит ошибок в передаваемую информацию, так как обрабатывает сигналы с очень высоким отношением сигнал/помеха. В промежуточном оборудовании могут возникать ошибки при восстановлении (регенерации) одиночных символов кода изза наличия помех на входе решающего устройства регенератора. Неправильное решение при приеме цифровой информации приводит к трансформации символов кода в инверсное состояние, то есть к ошибкам. Недостатком вышеописанного метода контроля достоверности является то, что контроль наличия ошибок осуществляется по одному единственному канальному интервалу и, следовательно имеет сравнительно большое время обработки изза низкой средней частоты появления искаженных синхрогрупп, определяемой формулой: F=?c/с·Рош.с/с (2) где: ?c/c - частота следования синхрогрупп цикловой синхронизации.
Введение
В данной работе рассматриваются основные теоретические принципы работы и методика расчета устройств оперативного контроля достоверности передачи информации, которые применяются в оборудовании цифровых систем передачи (ЦСП) для сигнализации о снижении достоверности приема информации ниже пороговых значений.
1.Принципы построения устройств контроля достоверности информация контроль сигнализация цифровой
Критерием качества передачи в цифровых системах передачи (ЦСП) является достоверность передачи.
Оборудование цифровой системы передачи можно разделить на оконечное и промежуточное [1]. Оконечное оборудование практически не вносит ошибок в передаваемую информацию, так как обрабатывает сигналы с очень высоким отношением сигнал/помеха. В промежуточном оборудовании могут возникать ошибки при восстановлении (регенерации) одиночных символов кода изза наличия помех на входе решающего устройства регенератора. Неправильное решение при приеме цифровой информации приводит к трансформации символов кода в инверсное состояние, то есть к ошибкам.
Вероятность ошибки (сбоя) символа зависит от уровня помех в линии и от длины участка регенерации. Вероятность ошибки на входе оконечной станции пропорциональна количеству регенерационных участков на линии и составляет 10????10???.
В аппаратуре ЦСП вероятность ошибки оценивается по достоверности передачи символов кода. Для оперативного контроля достоверности в аппаратуре ЦСП устанавливают устройства контроля. Назначение этих устройств - сигнализировать о снижении достоверности приема информации ниже заданного порогового уровня. Данные устройства устанавливаются как в промежуточном, так и в оконечном оборудовании ЦСП.
В оборудовании линейного тракта (промежуточное оборудование) контроль достоверности осуществляется по нарушению биполярности приема кода с чередованием полярности единиц (AMI, HDB-3) (рис.1).
Контроль достоверности в оконечном оборудовании осуществляется следующими двумя способами: а) по кодовой группе синхросигнала б) по циклическому избыточному коду (CRC)
Рис.1.Принцип формирования сигнала AMI-кода из двоичного сигнала
Контроль достоверности передачи по кодовой группе синхросигнала является наиболее простым способом контроля и не требует введения никакой дополнительной информации в цикл передачи.
Известно [1], что для синхронизации приемного оборудования аппаратуры ЦСП используется детерминированная кодовая комбинация (синхросигнал), которая передается дается в нулевом канальном интервале. При заданной вероятности искажения символа можно определить вероятность искажения кодовой комбинации синхросигнала, а следовательно, оценить вероятность ошибки тракта в целом. Упрощенная структурная схема устройства контроля достоверности, выполненного по этому принципу показана на рис.2.
Групповой цифровой сигнал поступает на вход анализатора, в котором происходит сравнение кодовой комбинации синхросигнала с его копией, записанной в АНАЛИЗАТОРЕ. В случае отличия кодовой комбинации от синхронизирующей, на выходе анализатора появляется импульс ошибки, который поступает на вход решающего устройства РУ.
РУ, в зависимости от заданного порога контроля вероятности ошибки, вырабатывает на выходе сигнал решения в виде логического “нуля” или “единицы”. При вероятностиошибки в символе Рош. с вероятность ошибки кодовой группы синхросигнала
Рош.с/с ? n·Рош.с/с (1) где: n - количество символов в синхрогруппе.
Формула ( 1 ) дает достаточно хорошее приближение при одиночных ошибках и равной вероятности символов “0” и “1” в групповом цифровом сигнале.
Недостатком вышеописанного метода контроля достоверности является то, что контроль наличия ошибок осуществляется по одному единственному канальному интервалу и, следовательно имеет сравнительно большое время обработки изза низкой средней частоты появления искаженных синхрогрупп, определяемой формулой: F=?c/с·Рош.с/с (2) где: ?c/c - частота следования синхрогрупп цикловой синхронизации.
F - средняя частота следования ошибок.
Для первичной системы передачи ?c/c= 4 КГЦ.
Данный метод дает вполне приемлимый результат, если предположить, что помеха распределена равномерно во времени и возникновение ошибки в любом канальном интервале цикла передачи имеет равную вероятность, что в общем является довольно условным.
Избавиться от указанных выше недостатков позволяет способ контроля достоверности с использованием циклического избыточного кода CRC [2]. В этом случае цифровой поток длинной в 8 циклов (2048 бит) математически представляется в виде полинома P(x)
(3) где: n= 2048 - количество бит в анализируемом блоке, - двоичные коэффициенты (0, 1). Полином P(x) умножается на и делится на генераторный полином
[3] где: к = 4 - степень генераторного полинома
В результате умножения и деления полинома цифрового сигнала получается целая часть Q(x) и 4-х битный остаток R(x)
Этот остаток передается в линию в следующем блоке. Для организации передачи и приема битов кода CRC - 4 в ЦСП организован цикл передачи CRC-4 (Табл.1).
Биты кода C1,C2,C3,C4 передаются на позициях бита1 нулевого канального интервала (КИ0) в четных циклах каждого блока сверхцикла. CRC - 4.
Для синхронизации приемного оборудования используют рассредоточенный синхросигнал вида 001011, который передается также на позициях бита 1 в КИ0, в нечетных циклах сверхцикла CRC - 4. Позиции бита 1 нечетного КИ0 в 13-м и 15-м циклах передачи. Позиции «E» используется для передачи информации об ошибках в принятых блоках и, передачи ее на противоположную станцию.
Таблица 1. Расположение битов КИ0 в сверхцикле
Номер блока в сверхцикле Номер цикла в сверхцикле Биты 1 - 8 КИ0
В приемном оборудовании также осуществляется операция по алгоритму (4). Полученный 4-х битный остаток (код CRC-4) запоминается и сравнивается с аналогичным кодом, на указанных выше позициях в следующем блоке сверхцикла CRC - 4. В случае несовпадения кодов устройство сравнения (Рис.3) врабатывается сигнал ошибки, поступающий на вход решающего устройства (РУ).
Проанализируем этот метод контроля достоверности с точки зрения выявления ошибок. При наличии ошибок в принимаемом цифровом сигнале, формула (4) имеетвид: (5) где: E(x) - полином ошибки.
-остаток от деления E(x) на g(x)
Рис.3. Структурная схема устройства контроля достоверности по CRC
Биты CRC-4 в передающем и приемном оборудовании при проверке одного и того же блока будут идентичны, то есть ошибки не будут обнаружены в том случае, когда слагаемое в формуле (5) будет равно нулю.
В случае однобитовых ошибок это невозможно, так как нельзя разделить на без остатка. Следовательно, любые однобитовые ошибки будут обнаружены устройством. При возникновении 2-х битовых ошибок, последние не могут быть обнаружены в случае, если полином ошибки делится на без остатка, то есть Такое возможно только при условии, если остаток отделения равен остатку от деления .
Вероятность такого события, при 4-х битном остатке равна .
Изменение среднего количества поврежденных блоков за счет необнаружения двойных ошибок будет составлять ?0,4%, что не приведет к заметному изменению порогового уровня устройства контроля достоверности. К аналогичному выводу можно придти и рассматривая влияние на уровень порога ошибок кратности r, где r>2.
2.Основы методики расчета параметров РУ
Основными элементами у устройств контроля являются анализатор и РУ. Анализатор формирует сигнал ошибки на основе анализа n - символов цифрового сигнала, то есть вероятность ошибки на выходе анализатора, аналогично (1):...
(6) где: - вероятность ошибки в символе.
Для устройства контроля по синхросигналу
Для устройства контроля по CRC Рош.бл.= 2048·Рош.с.
Обозначим: n - число анализируемых блоков в анализаторе;
- порог РУ.
Статистически, проверки блока или синхрогруппы в анализаторе являются независимыми друг от друга и могут быть представлены как единичные испытания в схеме Бернулли, которые описываются биномиальным законом распределения: (7) где: - вероятность "успеха" в единичном испытании;
N - количество испытаний.
За "успех" принято формирование импульса ошибки на входе РУ. Для нашего случая Р=Рош.бл.
При малых значениях P и больших N, биномиальное распределение довольно точно аппроксимируется распределением Пуассона [4].
(8) где: ?=NP
В нашем случае ?- это среднее количество блоков, пораженных ошибками, то есть среднее количество импульсов на входе РУ при заданном пороговом значении P пор.
Теперь необходимо выбрать такие значения k=? и ? , для которых существует достаточная уверенность осуществления не менее ? "успехов" в серии из N испытаний [5] .
(9)
Другими словами, среднее количество импульсов ошибки, поступающих на вход РУ при пороговом значении вероятности ошибки, должно превышать порог ? с вероятностью 0,990 - 0,999.
По найденному значению ? определяют значение N.
При определении значений N и ?, следует иметь в виду, что при увеличении значений этих параметров увеличивается время контроля.
Список литературы
1. Л.С. Левин, М.А. Плоткин Цифровые системы передачи информации. - М. « Радио и связь», 1982г.,216с.
2. У. Питерсон, Э. Уэлдон Коды, исправляющие ошибки. М. « Мир», 1976г., изд.2-е.,593с.
3. МСЭ-Т. Рекомендация G-704 Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров М. «Наука», 1977г.,832с.
4. А.Г. Абезгауз, А.П. Тронь, Ю.Н. Копенкин, И.А. Коровина Справочник по вероятностным расчетам.Изд.2, исп. и доп.,1970г.,536с.