Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Адаптація в системах передавання інформації ( частина 9 )
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Конспект лекцій
Предмет:
Основи збору, передавання та обробки інформації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Національний університет «Львівська політехніка»
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Кафедра «Захист інформації»
ОСНОВИ ЗБОРУ, ПЕРЕДАВАННЯ
ТА ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ
Конспект лекцій
Тема 9: Адаптація в системах передавання інформації
Структура адаптивних систем. Принципи адаптації. Контроль за станом каналу зв’язку. Використання результатів контролю в пристроях перетворення сигналу та захисту від помилок. СПІ з інформаційним та вирішуючим зворотним зв’язком.
Методи компресії текстової, мовної та відеоінформації.
ЗМІСТ
9.1. Структура адаптивних систем.
9.1.1. Принципи адаптації.
9.1.2. Контроль за станом каналу зв’язку.
9.1.3. Використання результатів контролю в адаптивних системах.
9.2. СПІ з інформаційним та вирішуючим зворотним зв’язком.
9.2.1. Класифікація систем зі ЗЗ.
9.2.2. Робота системи зі зворотним зв’язком.
9.2.3. Зони зворотного зв’язку.
9.2.4. Вставки і випадання у системах зі зворотним зв’язком
9.2.5. Канали ЗЗ.
9.2.6. Алгоритми роботи систем ЗЗ.
9.2.7. Порівняння систем з ВЗЗ та ІЗЗ.
9.К. Питання до самоконтролю.
9.Л. Література.
Львів – 2006
9. Адаптація в СПІ
9.1. Структура адаптивних систем.
9.1.1. Принципи адаптації (пристосування)
Більшість каналів зв’язку нестаціонарні – стан або якість каналу змінюється з часом. Наприклад: короткохвильовий канал, комутований провідний і. ін.
Протягом доби імовірність помилки на елемент може змінюватись від 10-5 до 10-2 (на початку роботи дня у період найбільшої активності абонентів).
Кусково-стаціонарні (або квазістаціонарні) називають канали, в яких число станів, тобто проміжків часу, коли властивості каналу незмінні, скінчене, а тривалість стану тривалості повідомлення.
Середня імовірність помилки для L станів каналу (інтервалів стаціонарності).
Код можна вибирати виходячи з
– середньої імовірності помилки або з
– максимального значення імовірності помилки.
Для 1) вірність забезпечується не на всіх інтервалах стаціонарності;
2) потрібна велика надлишковість.
Щоб найкраще використовувати канал передачі інформації необхідно змінювати надлишковість сигналу (яку вносять у сигнал) залежно від стану каналу. Можна також міняти алгоритм декодування, використовуючи, наприклад, виправлення помилок при хорошому стані каналу і режим виявлення помилок при погіршенні.
Адаптивні системи – в яких здійснюється процес цілеспрямованих змін параметрів, структури або властивостей системи залежно від умов передачі повідомлення з метою досягнення оптимального (у певному сенсі) функціонування системи.
Основні проблеми створення адаптивних систем:
Контроль за станом каналу на заданому інтервалі часу (який має бути меншим інтервалу стаціонарності);
Раціональне і найбільш повне використання відомостей про стан каналу для перебудови стану СПІ.
Рис. 9.1. Структурна схема адаптивної системи ПДП:
ПК – пристрій контролю;
ПУ – пристрій управління;
РП – вирішуючий пристрій;
9.1.2. Контроль за станом каналу зв’язку.
Методи контролю розрізняють за критеріями оцінки стану каналу:
вид імпульсної характеристики,
коефіцієнт помилок Kпом на елемент, і т.п.
Для визначення коефіцієнта помилок м.б. використані прямий і опосередкований (косвенный) методи.
Прямий метод передбачає визначення (оцінка імовірності помилки) шляхом підрахунку числа помилкових елементів у заздалегідь відомій на прийомі послідовності N елементів на інтервалі аналізу T:
Kпом = nпом/N = пом (тестовий метод).
Непрямі (опосередковані) методи оцінки якості каналу використовують зв’язок між помилками і спотвореннями форми сигналу і передбачають підрахунок числа спотворених сигналів з подальшим визначенням пом (безтестовий метод).
Важливо отримати за можливо короткий час оцінку ймовірності помилки. Точність оцінки характеризують дисперсією оцінки імовірності помилки D[пом]. Кращий метод оцінки при заданому об’ємі вибірки (інтервалі аналізу) дає менше значення дисперсії оцінки.
Застосування безтестових методів оцінки якості каналів має перевагу, бо оцінка проводиться у процесі роботи каналу по робочих сигналах (без застосування спеціальної тестової послідовності сигналів). При безтестовому методі при заданому часі аналізу Т можна отримати менше значення дисперсії оцінки D[пом], або при заданому значенні дисперсії оцінки отримати оцінку імовірності помилки за менший час < .
Є інші можливості методи статистичного контролю вірності інформації (оцінки якості) каналу.
За місцем включення пристроїв контролю розрізняють адаптивні системи ПДП з контролем на передачі, прийомі, або на передачі і на прийомі одночасно. Найчастіше пристрої контролю включають на прийомі і інформація про результати контролю (при потребі) посилається по каналу зворотного зв’язку до передавача.
За часом аналізу стану каналу розрізняють системи ПДП з постійним і змінним часом аналізу. Зміна часу аналізу скорочує середній час на рішення про якість каналу.
Поточний контроль (якості сигналу) здійснюється для оцінки якості каналу лише на інтервалі контролю (наприклад щодо прийому кодової комбінації).
Контроль на ділянці стаціонарності проводять на малому інтервалі .
Задача контролю – прогноз стану каналу для зміни у системі ПДП, що забезпечить потрібні показники системи після прийняття рішення.
9.1.3. Використання результатів контролю в адаптивних системах.
За результатами контролю можна змінювати параметри:
пристрою перетворення сигналу (ППС) або
пристрою захисту від помилок (ПЗП) або
обох одночасно.
Зміни алгоритмів генерації та обробки сигналів здійснюють керуючою програмою мікропроцесора. Адаптацію на рівні ПЗП розрізняють як адаптивне кодування і адаптивне декодування.
При адаптивному кодуванні відповідно до стану каналу змінюється структура коду – співвідношення між числами інформативних і провірочних елементів, довжина блоку і т.п. Варіантом простого адаптивного кодування є повторення кодової комбінації при виявленні у ній помилок. Такі системи відносяться до систем зі зворотним зв’язком ЗЗ (рос: ОС); їх найчастіше застосовують у практиці.
При адаптивному декодуванні кожному синдрому відповідає N варіантів комбінацій помилок, де N – число станів каналу.
Оскільки у прийнятті рішень про стан каналу можливі помилки, то оптимальне рішення про кодову комбінацію приймається з імовірністю < 1 і залежною (в свою чергу) від якості роботи пристрою контролю якості каналу (сигналу).
9.2. СПІ з інформаційним та вирішуючим зворотним зв’язком.
В адаптивних системах зі ЗЗ у передавану інформацію вводять надлишковість, враховуючи стан каналу. З погіршенням стану каналу надлишковість збільшують.
9.2.1. Класифікація систем зі ЗЗ.
Залежно від призначення ЗЗ розрізняють системи:
з вирішуючим зворотним зв’язком (ВЗЗ) [рос. РОС],
з інформаційним зворотним зв’язком (ІЗЗ) [ ИОС],
з комбінованим зворотним зв’язком (КЗЗ) [рос. КОС].
Рис.9.2. Структурні схеми системи ПД зі зворотним зв’язком (ЗЗ):
ДС – джерело сигналу; ПКпер – передавач і ПКпр - приймач прямого каналу;
ЗКпер – передавач і ЗКпр - приймач зворотного каналу; ВП – вирішуючий пристрій.
У системах з ВЗЗ приймач приймає КК, аналізує її на наявність помилок, приймає рішення про видачу комбінацій споживачу (отримувачу сигналу) або про стирання і посилку по зворотному каналу сигналу на повторну передачу цієї КК (перезапит).
Це системи з перезапитом, або автоматичним запитом помилок. Якщо прийнято КК без помилок, то приймач формує і передає сигнал підтер д же ння, за яким передавач прямого каналу ПКпер. передає наступну КК. Можливо, що спец. сигнал правильності приймання не посилають, а пере да вач, не отримавши перезапиту через певний час передає наступну КК.
Тут активна роль приймача, який видає сигнали рішення. Тому називають вирішуючий (рішаючий) зворотний зв’язок ВЗЗ.
У системах з ІЗЗ по зворотному каналу передають відомості про прийняття рішення.
Подібно - по телефону запитують повторити передане повідомлення, щоб переконатись, що його сприйняли правильно.
При правильному повторенні передавач дає підтвердження, а при неправильному – повторює повідомлення ще раз.
Частинним випадком ІЗЗ є повна ретрансляція повідомлень з приймаючої сторони; такі системи називають ретрансляційними.
ІЗЗ називають повним, або укороченим, коли кількість інформації, яку передають по каналу зворотного зв’язку (називають квитанція) менша від корисної, але характеризує якість її приймання.
Таким чином по каналу зворотного зв’язку передають або всю корисну інформацію, або інформацію про її ознаки, тому такий ЗЗ називається інформаційним.
Отримана по каналу ЗЗ інформація (квитанція) аналізується передавачем, і за результатами аналізу передавач приймає рішення про передавання наступної кодової комбікації (КК), чи про повторення раніше переданих. Після цього передавач передає службові сигнали про прийняте рішення, а потім – відповідні КК. За отриманими службовими сигналами приймач ПКпр. або видає накоплену КК отримувачу або стирає її і запам’ятовує нову передану.
У системах з укороченим ІЗЗ менше завантажений зворотний канал, але більша ймовірність появи помилок у зіставленні з повним ІЗЗ.
У системах з комбінованим зворотним зв’язком (КЗЗ) рішення про видачу КК отримувачу інформації або про повторну передачу може прийматись і в приймачі і в передавачі системи ПДП, а канал Зв. зв’язку використовується для передавання як квитанцій (ІЗЗ), так і рішень (ВЗЗ).
9.2.2. Робота системи зі зворотним зв’язком
Системи з Зворотним Зв’язком бувають з обмеженим числом повторень (не більше раз) і з необмеженим числом повторень, коли передавання КК повторюється доти, поки приймач чи передавач не прийме рішення про видачу цієї комбінації споживачу. При обмеженні повторень імовірність видачі отримувачу невірної комбінації більша, зате менші затрати часу на передачу і простіша реалізація апаратури.
Час передачі повідомлення в системах зі Зворотним Зв’язком не залишається постійним, а залежиться від стану каналу.
Системи із ЗЗ можуть відкидати або використовувати інформацію забракованих КК для прийняття більш правильного рішення (наз. системи без пам’яті або з пам’яттю).
9.2.3. Зони зворотного зв’язку
Зворотним зв’язком можуть бути охоплені різні частини системи:
канал зв’язку, тоді по каналу ЗЗ передаються відомості про прийнятий сигнал до прийняття рішення;
дискретний канал, – по каналу ЗЗ передають рішення, прийняті першою вирішуючою схемою ВС1 на основі аналізу одиничних елементів сигналу;
канал передачі баних – по ЗЗ … рішення ВС2 на основі аналізу КК.
Рис. 9.3. Зони зворотного зв’язку у системі ПДП.
У 1-му випадку для контролю каналу зв’язку використовують детектори якості, які аналізують певні параметри сигналу (амплітуду, частоту, тривалість) або рівень завад. По каналу ЗЗ передають команди на зміни параметрів сигналів: потужності спектру, темпу передавання, надлишковості коду і т.п. На передаючій стороні мають бути відповідні органи впливу на джерело сигналів: регулятори, колектори, кодоперетворювачі.
У 2-му випадку як аналізатор також використовують детектори якості, які контролюють амплітуду чи крайові спотворення сигналу після демодуляції.
У 3-му випадку аналізатором є сам декодер каналу, який приймає рішення про наявність чи відсутність помилок у прийнятих КК.
Таким чином, системи із ЗЗ є адаптивними: темп передачі інформації по каналах зв’язку автоматично регулюється відповідно до конкретних умов проходження сигналів.
9.2.4. Вставки і випадання у системах зі зворотним зв’язком.
Помилки в каналі ЗЗ в системах з ВЗЗ спричинюють зменшення вірності: появи зайвих КК – вставки і пропадання КК – випадання.
Вставки маємо коли приймач посилає сигнал рішення про правильність прийнятої КК, а в каналі ЗЗ він трансформується у сигнал перезапису. Тоді передавач повторює попередню КК, а приймач приймає її як наступну і повторно видає її споживачу.
Випадання трапляється коли сигнал перезапиту з приймача трансформується в каналі ЗЗ у сигнал підтвердження правильності прийому. Тоді передавач видає наступну КК, а попередня стирається приймачем і до споживача не поступає.
У системах з ІЗЗ втрати вірності також можливі внаслідок помилок у каналах ЗЗ. В укорочених ІЗЗ помилки бувають при трансформації квитанції. У повних ІЗЗ спотворення у каналі ЗЗ можуть компенсувати спотворення, які є у прямому каналі і тому помилки не виявляються.
9.2.5. Канали ЗЗ утворюють методами частотного або часового розділення від каналів передавання корисної інформації.
Для захисту від спотворень сигналів ЗЗ використовують ті ж способи, що і для підвищення вірності корисної інформації: коректуючі коди, багатократну і паралельну передачу.
9.2.6. Алгоритми роботи систем ЗЗ.
Відомі різні алгоритми роботи систем із ЗЗ. Поширені системи:
1 – з ВЗЗ з очікуванням сигналу ЗЗ;
2 – з безадресним повторенням і блокуванням приймача;
3 – з адресним повторенням.
1 – після передачі КК очікують сигнал ЗЗ з підтвердженням.
2 – передають послідовність КК. Після виявлення помилки вихід системи блокується і посилають сигнал перезапиту. Передавач повторно передає останні КК.
3 – КК з помилками відмічають умовними номерами, за якими передавач повторно передає тільки ці комбінації.
9.2.7. Порівняння систем з ВЗЗ та ІЗЗ.
Середня швидкість передавання повідомлення по прямому каналу в системах з вирішуючим зворотним зв’язком (ВЗЗ) менша, ніж у системах з інформаційним зворотним зв’язком (ІЗЗ), бо у ВЗЗ додатково передають n-k повірочних одиничних елементів.
Вірність передачі інформації в обох типах систем, в основному, визначається властивостями коду виявлення помилки.
Загалом складність систем з ІЗЗ більша, ніж систем з ВЗЗ, тому системи з ВЗЗ використовують частіше.
Системи з ІЗЗ використовують у випадках, коли зворотний канал можна (без шкоди іншим цілям) ефективно використовувати для передавання квитанцій (наприклад, при передачі інформації із супутника на Землю).
9.К. Питання до самоконтролю
Які системи називають адаптивними ?
Назвіть основні складові частини адаптивної СПІ.
У чому полягає адаптація СПІ ?
У чому полягають прямий і опосередкований методи контролю якості каналу ?
Що є тестовий і безтестовий методи оцінки якості каналу ?
Як розрізняють адаптивні СПІ за місцем контролю ?
Як розрізняють адаптивні СПІ за часом аналізу стану каналу ?
Як використовують результати контролю якості каналу в адаптивних СПІ ?
Як розрізняють адаптивні СПІ зі зворотним зв’язком ?
Адаптивна СПІ з рішаючим (вирішуючим) зворотним зв’язком.
Адаптивна СПІ з інформаційним зворотним зв’язком.
Поясніть роботу адаптивної СПІ з необмеженим числом повторень.
Як працюють адаптивні СПІ з очікуванням, з блокуванням, з адресним повторенням ?
Від чого залежать швидкість і вірність передавання інформації в адаптивних системах з РЗЗ та ІЗЗ ?
Зобразіть структурну схему адаптивної СПІ та назвіть її основні складові частини.
Зобразіть структурну схему адаптивної СПІ зі зворотним зв’язком РЗЗ (ІЗЗ) та поясніть її роботу.
Зобразіть схемою зворотні зв’язки, які охоплюють різні частини системи передавання повідомлень.
9.Л. Література
1. Передача дискретных сообщений: Учебник для вузов / Под ред. В.П.Шувалова. - М.: Радио и связь. 1990. – 464 с.
2. Советов Б.Я., Стах В.М. Построение адаптивных систем передачи информации для автоматизированного управления. - Л.: Энергоиздат, 1982.- 120 с.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора