Способы защиты от ошибок

Помехоустойчивость каналов связи определяется степенью уменьшения внешних и внутренних помех. Она зависит от ряда факторов, например, типа физической среды и используемых аппаратных технологий. Помехоустойчивость достигается за счет средств подавления помех и экранирования. Так, радиолинии обладают наименьшей помехоустой ч и воет ь ю, кабельные линии — средней, оптоволоконные каналы — отличной, так как на них нс действуют внешние электромагнитные поля. В кабельных каналах связи значительное уменьшение внешних и внутренних помех достигается за счет экранирования и скручивания проводов (кабели «витая пара»). Данные способы защиты от помех относятся к физическому уровню реализации помехоустойчивости.

На программном уровне основным способом защиты от ошибок является передача избыточных данных, добавляемых к передаваемому сигналу. Приемник производит анализ полученного сигнала с целью обнаружения и, по возможности, их исправления. Устройства защиты от ошибок (УЗО) принято делить на две группы:

• — дуплексные (с наличием обратной связи);
• — симплексные (однонаправленные, без обратной связи).

В УЗО дутиексного типа кроме канала связи, по которому передастся сигнал от источника к приемнику, имеется дополнительный служебный канал. По нему осуществляется связь между приемником и источником. При обнаружении ошибок в передаваемой кодовой последовательности (или высокой вероятности наличия ошибок) по служебному каналу передатчику посылается сигнал о необходимости повторения сигнала. Если провести аналогию с телефонной связью, то фактически приемник «переспрашивает» источник те последовательности бит, которые были «не расслышаны».

В работе дуплексных УЗО применяется код с обнаружением ошибок код, в котором строение блока бит соответствует некоторым правилам. При наличии ошибки эти правила в принимаемом блоке нарушаются, что и позволяет обнаружить ошибку.

В УЗО симплексного типа правильность передаваемых данных может достигаться тремя способами:

• — многократным повторение символов;
• — одновременной передачей одних и тех же битовых блоков информации по нескольким параллельным каналам связи;
• — использованием кодов с коррекцией ошибок.

Многократное повторение заключается в том, что передающее устройство посылает нечетное количество раз одни и те же данные. Приемник производит сравнение принятых двоичных разрядов (кодовых комбинаций). Правильной комбинацией считается та, которая была принята большее количество раз (так называемый мажоритарпый метод выбора). Если в принятой последовательности все комбинации разные, то принятое сообщение стирается (нс принимается во внимание).

Например, пусть передается 7 раз символ А. Если приемник получил АВВААСА, то будет принято решение, что был передан символ Л, так как этот символ в последовательности встречается наиболее часто. Передаваемый символ был искажен три раза, превратившись в символы В и С.

Основным недостатком при многократном повторении являются существенная нагрузка на канал передачи данных и снижение скорости передачи за счет сильной избыточности данных. Так, для примера, рассмотренного выше, скорость передачи снизится в 7 раз по сравнению с однократной передачей данных.

При наличии пакетных ошибок искажение соседних символов, а тем более бит, имеет высокую вероятность. При ошибках подобного типа происходит значительное снижение помехоустойчивости. В этом случае применяют декорреляцию ошибок, которая заключается в увеличении интервала между повторяемыми символами (битами). Передатчик повторяет целые группы символов (целые блоки данных). Такой способ передачи приводит к увеличению временного интервала между передачей данных источником и их получением потребителем, а также к усложнению передающей и принимающей аппаратуры.

Одновременная передача данных во многом схожа с многократной передачей. Имеется нечетное количество каналов, по которым передаются одни и те же битовые последовательности. Приемник в соответствии с мажоритарным методом выбора определяет, какая последовательность является верной.

Основным недостатком одновременной передачи является существенное повышение стоимости СПД: каналы связи должны быть разделены. Для проводных каналов связи это должно быть физическое разделение, для каналов радиосвязи — частотное и т. д. Главное требование к подобным каналам — ошибки в одном из них не должны зависеть от ошибок в другом.

Применение кодов с коррекцией ошибок заключается в передаче бит блоками, имеющими определенные правила построения. Отклонение от этих правил позволяет сделать вывод о наличии ошибки и автоматически исправить (скорректировать) некоторые или все ошибки. Передаваемый блок данных содержит дополнительные проверочные биты, которые формируются кодирующим устройством по определенным правилам. На принимающей стороне происходит проверка принятого блока по аналогичным правилам. В результате проверки определяются позиции бит. которые требуется проинвертировать в принятом блоке.

Объем дополнительно передаваемых данных в корректирующих кодах оказывается значительно меньше, чем, например, при многократном повторении или одновременной передаче. В то же время реализация алгоритмов выявления и коррекции ошибок требует усложнения аппаратных средств.