Перемежение битов
В предыдущих рассуждениях подразумевалось, что у канала отсутствует память, поскольку использовались коды, которые должны были противостоять случайным независимым ошибкам. Канал с памятью — это такой канал, в котором проявляется взаимная зависимость ухудшений передачи сигнала. Канал, в котором проявляется замирание вследствие многолучевого распространения, когда сигнал поступает на приемник по двум или более путям различной длины, есть пример канала с памятью. Следствием является различная фаза сигналов в лучах, и в итоге, суммарный сигнал оказывается искаженным. Таким эффектом обладают каналы беспроводной связи, так же как ионосферные и тропосферные каналы. В некоторых каналах также имеются коммутационные и другие виды импульсных помех. Все эти ухудшения вызывают ошибки, имеющие вид пакетов, а не отдельных изолированных ошибок.
Чередование битов кодированного сообщения передачей и обратная операция после приема приводят к рассеиванию пакета ошибок во времени: таким образом, что они становятся для декодера случайно распределенными. Поскольку в реальной ситуации память канала уменьшается с временным разделением, идея, лежащем в основе метода чередования битов, заключается в разнесении символов кодовых слов во времени. Получаемые промежутки времени точно так же заполняются символами других кодовых слов. Разнесение символов во времени эффективно превращает канал с памятью в канал без памяти и, следовательно, позволяет использовать коды с коррекцией случайных ошибок в канале с многолучевостью и импульсными помехами. Устройство чередования смешивает кодовые символы в промежутке нескольких длин блоков (для блочных кодов) или нескольких длин кодового ограничения (для сверточных кодов).
Блочное перемежение Блочное устройство чередования принимает кодированные символы блоками от кодера, переставляет их, а затем передает измененные символы на модулятор. Блочное устройство чередования прдставляет из себя матрицу, состоящую из триггерных ячеек, запись исходной информации в которую производится в регистры сдвига по столбцам, а считывание производится из регистров сдвига по строкам. Как правило, перестановка блоков завершается заполнением столбцов матрицы с M строками и N столбцами (M N) кодированной последовательности. После того как матрица полностью заполнена, символы подаются на модулятор (по одной строке за раз), а затем передаются по каналу.
В приемнике устройство восстановления выполняет обратные операции; оно принимает символы из демодулятора, восстанавливает исходный порядок битов и передает их на декодер. Символы поступают в массив устройства восстановления по строкам, а считываются по столбцам. На рис. 3. 11, а приведен пример устройства чередования с М = 5 строками и N=5 столбцами. Записи в массиве отображают порядок, в котором 25 кодовых символов попадают в устройство чередования. Выходная последовательность, предназначенная для передатчика, состоит из кодовых символов, которые построчно считаны из массива, как показано на рисунке. Ниже перечисляются наиболее важные характеристики такого блочного устройства.
1. Пакет, который содержит меньше N последовательных ошибочных канальных символов (пакет ошибок), дает на выходе устройства восстановления исходного порядка символов ошибки, разнесенные между собой, по крайней мере, на М символов. 2. Пакет из b. N ошибок, где b> 1, дает на выходе устройства восстановления пакет, который содержит неиз пакетов ошибок не меньше символьных ошибок. Каждый меньше отделен от другого не меньше, чем на Мсимволов. Запись означает наименьшее целое число, не меньшее b, а запись – наибольшее целое число, не превышающее b.
3. Периодическая последовательность одиночных ошибок, разделенных N символами, дает на выходе устройства восстановления одиночные пакеты ошибок длиной М. 4. Прямая задержка между устройствами чередования и восстановления равна приблизительно длительности 2 MN символов. Если быть точным, перед тем как начать передачу, нужно заполнить лишь M(N-1) + 1 ячеек памяти( как только будет внесен первый символ последнего столбца массива М N). Соответствующее время нужно приемнику, чтобы начать декодирование. Значит, минимальная прямая задержка будет составлять длительность (2 MN - 2 М + 2) символов, не учитывая задержку на передачу по каналу. 5. Необходимая память составляет MN символов для каждого объекта (устройств чередования и восстановления исходного порядка). Однако массив M N нужно заполнить (по большей части) до того, как он будет считан. Для каждого объекта нужно предусмотреть память для 2 MN символов, чтобы опорожнить массив M N, пока другой будет наполняться, и наоборот.
При четырехсимвольном пакете ошибок (эти символы обведены кругами) рисунок 3. 11 б, возникших в канале передачи, после восстановления исходного порядка битов в приемнике, последовательность примет следующий вид рисунок 3. 12 а.
1. Из рисунка видно, что для пакета из N < 5 символов, минимальное расстояние, разделяющее символы с ошибками, равно M = 5 т. е. выполняется первая характеристика блочного устройства чередования. 2. Для пояснения второй характеристики блочного устройства чередования возьмем b = 1, 4. При этом пакет ошибок в канале будет содержать b. N = 7 символов рисунок 3. 11, в. После того как в приемнике проведена процедура восстановления исходного порядка символов, последовательность примет вид, представленный на рисунке 3. 12, б. Из этой последовательности видно, что пакеты содержат не больше символов подряд и разнесены, по крайней мере, на
3. Минимальная прямая задержка, вызванная использованием устройств чередования (перемежения) символов на передающей стороне и устройства обратного чередования (деперемежения) символов на приемной стороне, составляет (2 MN – 2 M + 2) = 42 символьных интервала. 4. Требуемый объем памяти составляет 2 MN = 50 символов. Как правило, параметры устройства перемежения, используемого совместно с кодом с коррекцией одиночных ошибок, выбираются таким образом, чтобы число столбцов N превышало ожидаемую длину пакета. Выбираемое число строк зависит от того, какая схема кодирования будет использована. Для блочных кодов М должно быть больше длины кодового блока; для сверточных кодов М должно превышать длину кодового ограничения. Поэтому пакет длиной N может вызвать в блоке кода (самое большее) одиночную ошибку; аналогично в случае сверточных кодов в пределах одной длины кодового ограничения будет не более одной ошибки. Для кодов с коррекцией ошибок кратности t, выбираемое N должно лишь превышать ожидаемую длину пакета, деленную на t.
Сверточное чередование Помимо блочных устройств перемежения, используются сверточные устройства перемежения. Схема одного из таких устройств представлена на рисунке 3. 13. Кодовые символы последовательно подаются в блок из N регистров; причем каждый последующий регистр может хранить на J символов больше, чем предыдущий. Нулевой регистр не предназначен для хранения (символ сразу же передается).
С каждым новым кодовым символом коммутатор переключается на новый регистр, и кодовый символ подается на него до тех пор, пока наиболее старый кодовый символ в регистре не будет передан на модулятор передатчика канала. После (N – 1) регистра коммутатор возвращается к нулевому регистру и цикл снова повторяется. После демодулятора приемника канала все операции повторяются в обратном порядке. И вход, и выход устройств перемежения и деперемежения должны быть синхронизированы. На рисунке 3. 13 показан пример простого сверточного четырехрегистрового (J = 1) устройства перемежения/деперемежения, загруженного последовательностью кодовых символов.
Одновременно на этом же рисунке представлено синхронизированное устройство восстановления, которое передает обработанные символы на декодер. На рис. 3. 13, а показана загрузка символов 1 – 4; знак "х" означает неизвестное состояние. На рис. 8. 13, б представлены первые четыре символа, подаваемые в регистры, и показана передача символов 5 -8 на выход устройства перемежения. На рис. 8. 13, в показаны поступающие в устройство символы 9 – 12. Теперь устройство восстановления заполнено символами сообщения, но еще не способно ничего передавать на декодер. И, наконец, на рис. 8. 13, г показаны символы 13 – 16, поступившие в устройство чередования, и символы 1 – 4, переданные на декодер. Процесс продолжается, таким образом, до тех пор, пока полная последовательность кодового слова не будет передана на декодер в своей исходной форме.
Рабочие характеристики сверточного устройства перемежения сходны с параметрами блочного устройства перемежения. Важным преимуществом сверточного устройства перемежения перед блочным устройством перемежения является то, что при сверточном перемежении прямая задержка составляет M(N-1) символов при М = NJ, а требуемые объемы памяти— M(N-1)/2 на обоих концах канала. Очевидно, что требования к памяти и время задержки снижаются вдвое по сравнению с блочным чередованием
Помимо рассмотренных выше регулярных блочного и сверточного перемежения может быть использовано случайное перемежение с использованием на приеме и передаче псевдослучайной последовательности для управления работой коммутаторов. При передаче отсчетов речевого сигнала восьмиразрядными кодовыми комбинациями перемежение бит позволяет исключить появление при восстановлении сигнала в ЦАП нескольких подряд следующих ошибочных отсчетов, т. е преобразовать пакеты ошибочных отсчетов в одиночные ошибочные отсчеты. А одиночные ошибочно принятые отсчеты могут быть исправлены методом маскирования (раздел 3).
Скачать презентацию Перемежение битов В предыдущих рассуждениях подразумевалось что
Перемежение битов.ppt