Файл: Емельянов Г.А. Передача дискретной информации и основы телеграфии учеб. для вузов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 266
Скачиваний: 3
дальнейшем будем рассматривать лишь двоичные |
равномерные |
|
корректирующие |
коды, которые делятся на два класса — блочные |
|
и непрерывные |
(рис. 11.2). |
|
При использовании блочных кодов передаваемая |
информацион |
ная последовательность разбивается на отдельные кодовые комби
нации (блоки), |
которые кодируются и декодируются |
независимо |
друг от друга. |
Непрерывные коды представляют собой |
непрерыв |
ную последовательность разрядов, и разделение ее на отдельные
блоки невозможно. |
|
|
Блочные коды, в свою очередь, делятся на разделимые |
и нераз |
|
делимые. Разделимыми |
называются коды, в которых роль разря |
|
дов, входящих в состав |
блока, разграничена: одни разряды явля |
|
ются информационными, |
другие — проверочными. Последние и вно |
|
сят в код избыточность, |
необходимую для обнаружения |
или ис |
правления ошибок. В разделимых кодах информационные и про верочные разряды занимают всегда одни и те же позиции в кодо
вой комбинации. Разделимые коды обозначаются как (п, |
k)-коды, |
|||||
где |
п — длина или число разрядов |
кода; k — число информацион |
||||
ных |
разрядов. Неразделимые |
коды |
образуют |
в настоящее |
время |
|
немногочисленную |
группу. К ним, в частности, |
относится рекомен |
||||
дованный МККТТ |
стандартный телеграфный |
код № 3 —семираз |
рядный код, каждая кодовая комбинация которого содержит три единицы и четыре нуля.
Среди разделимых кодов различают коды систематические и несистематические. Систематическими называются такие блочные разделимые (п, &)-коды, в которых проверочные разряды представ ляют собой линейные 'комбинации информационных. Систематиче ские коды образуют обширную группу кодов и очень широко при меняются на практике. Поэтому в дальнейшем наибольшее внима ние будет уделено именно систематическим кодам и, в частности, их наиболее известным разновидностям: кодам Хэмминга и цик лическим кодам.
Число разрядов, которыми различаются две кодовые комбина ции, называется кодовым расстоянием между двумя комбинация ми. Так, кодовое расстояние между комбинациями 01011 и 00010 равно 3, поскольку они различаются тремя разрядами — первым, вторым и пятым. Наименьшее из кодовых расстояний в коде на
зывается минимальным |
кодовым или хэмминговым расстоянием do. |
Так, в трехразрядном |
коде с разрешенными комбинациями 101, ПО, |
011, 000 минимальное кодовое расстояние равно двум, для простых кодов оно равно единице. Минимальное кодовое расстояние свя зано с числом обнаруживаемых и исправляемых ошибок следую щим образом:
d0 > о |
+ 1, |
(П.1) |
d 0 > 2 r |
+ 1, |
(П.2) |
где о — число обнаруживаемых ошибок; t — число |
исправляемых |
|
ошибок, d0 — минимальное кодовое расстояние. |
|
Корректирующие коды можно использовать для исправления ошибок и одновременного обнаружения ошибок большей кратно сти. Можно показать, что в этом случае (при a>t)
d0>o + t + \. (П.З)
Минимальное кодовое расстояние лишь частично характеризует корректирующие свойства кода, поскольку обычно обеспечиваются
исправление и обнаружение ошибок и более высокой |
кратности, |
|||
чем определяемое соотношениями |
(11.1) — (11.3). |
п равно: |
||
Общее число всевозможных комбинаций кода |
длины |
|||
Л/ = 2П . Число разрешенных кодовых |
комбинаций |
определяется чис |
||
лом информационных разрядов и равно: М = 2к = 2п~г, где г — число |
||||
проверочных разрядов. Таким образом, число |
разрешенных кодо |
|||
вых комбинаций в 2Г раз меньше общего числа |
комбинаций. |
|||
Избыточностью кода называют отношение г/п. Вопрос о мини |
||||
мально необходимой избыточности |
кода при заданных |
минималь |
ных кодовом расстоянии и длине кода в общем случае не решен. Существует лишь ряд верхних и нижних оценок. Для некоторых
кодов получены точные |
зависимости между |
числом |
проверочных |
|
и информационных разрядов при заданном минимальном кодовом |
||||
расстоянии. Так при do=3 |
имеет место соотношение |
|
||
|
|
г>\о&(п+\), |
|
(11.4) |
причем г — наименьшее целое число, при котором удовлетворяется |
||||
неравенство |
(11.4). |
|
|
|
|
КОД С ПОСТОЯННЫМ ВЕСОМ |
|
||
Кодовая |
комбинация |
несистематического |
кода с |
постоянным |
весом содержит определенное число единиц и нулей. Если исполь зуется, например, семиэлементный код, то число единиц равно 3,
а нулей — 4 |
(см. разд. 5.3). |
На приемной стороне для проверки сохранения веса единиц и |
|
нулей может |
быть, например, использована схема, изображенная |
на рис. 11.3. |
Правое положение ключа наборного устройства соот- |
Рис. 11.3. Схема устройства для обнаружения ошибок в коде с постоянным весом
вететвует |
приему единицы. |
Сопротивление резисторов Rl = R2, |
Яз = Я/3. |
Если число принятых в кодовой комбинации единиц рав |
|
но 3, то |
мост уравновешен и |
включенное в диагональ моста реле |
не срабатывает. При нарушении веса реле сработает и запретит передачу кодовой комбинации из наборного устройства в дешиф ратор. Очевидно, что данный код обнаруживает любое количество ошибок, которое приводит к нарушению соотношения 3/4.
КОД С ПРОВЕРКОЙ НА ЧЕТНОСТЬ
В данном коде разрешенными являются кодовые комбинации, содержащие четное число единиц. Допустим, что под действием
помех произошла ошибка в |
одном |
символе (0-»-1 или 1-*-0), тогда |
||
принятая |
комбинация |
будет |
содержать нечетное число единиц, что |
|
и служит |
признаком |
не |
а) |
Передающий распределитель |
правильного приема. |
|
Очевидно, что код с проверкой на четность об наруживает ошибки не четной кратности (1, 3,5) и не обнаруживает оши бок четной кратности.
|
ГС 1 , 1 , 1 |
х5 |
дых. |
|
|
|
|
Наборні |
. , |
|
т2 |
устр-бо\ |
|/ |
|
|
Обыкновенный неиз быточный код может быть преобразован в корректи рующий код с проверкой на четность путем сло жения информационных символов по модулю 2. Результат сложения об разует дополнительный (поверочный) символ. Полученная комбинация содержит n = k-rr = k-{-\
разрядов.
Рассмотрим, как мож но преобразовать пятиэлементный код МТК-2 в корректирующий код с проверкой на четность. Пусть передается комби
Входящая нодовая комбинация
Приемный распределитель
вх. |
|
/ |
1 |
і |
1 |
S |
|
гЛ |
1 |
|
|||
|
1 |
2 3 |
V4 |
55 |
|
Hat |
|
т2\ |
астр |
|
|
Ключевая |
схема, |
г*-| |
Кдешифратору
Рис. 11.4. Структурная схема устройства, ра ботающего с кодом проверки на четность: а — кодирующее устройство; б — декодирую щее устройство
нация 10Ы0. Результат сложения по модулю 2і ) ( 1 © О © 1 @ 1 0 О = 1
!) О © 0 = 0 1 © 0 = 1 0 © 1 = 1 1 © 1 = 0
образует проверочный разряд. Полученная комбинация 101101 со держит четное число единиц.
Структурные схемы кодирующего и декодирующего устройств приведены на рис. 11.4.
При передаче посылок в линию с передающего распределителя производится их суммирование по модулю 2. Результат суммирова ния образует проверочный разряд, который передается в линию в виде шестой посылки. На приеме также производится суммирова ние принятых посылок по модулю 2. Если результат суммирования совпадает с приходящим из линии проверочным символом, то с по мощью логической схемы И открываются ключи. Кодовая комби нация с наборного устройства попадает в дешифратор. При несов падении результата суммирования и проверочного символа ключи остаются закрытыми и искаженная комбинация в дешифратор не подается.
КОДЫ ХЗММИНГА
Кодами Хэмминга называются обычно систематические коды с минимальным кодовым расстоянием do==3, исправляющие все оди ночные ошибки, и коды с расстоянием а*о = 4, исправляющие все одиночные и обнаруживающие все двойные ошибки. Коды Хэм минга с минимальным кодовым расстоянием а*о = 3 имеют длину n ^ 2 r — 1 |см. ф-лу (11.4)]. Соответственно
2 f t < - ^ - . |
(11.5) |
п + 1 |
|
Рассмотрим более подробно код Хэмминга с do = 3, т. е. код, исправляющий одиночные ошибки. Проверочные разряды кода формируются по следующим правилам:
—суммированием по модулю 2 определенным образом состав ленных г групп информационных разрядов. При этом номера раз рядов (в двоичной системе счисления) составленной группы при их суммировании должны дать нуль. Результат суммирования будет равен нулю, если число единиц в слагаемых номерах разрядов бу дет четным;
—если принятая кодовая комбинация не искажена, то /"-раз рядное число, полученное в результате г проверок на четность, бу дет состоять из одних нулей;
—если принятая кодовая комбинация искажена, то получен ное r-разрядное двоичное число должно указывать номер иска женного разряда кодовой комбинации;
—зная номер искаженного разряда, можно его исправить, за
менив принятый символ в данном разряде на противоположный.
|
П р и м е р . |
Количестве информационных |
элементов |
k = 5. Определить |
число |
|
разрядов кодовой комбинации п |
и число проверочных |
разрядов г. Минимальное |
||||
п, |
при котором |
удовлетворяется |
неравенство |
(11.5), равно 9. Тогда п=9, |
& = 5, |
г = 4 .
Перейдем к выбору элементов (номеров позиций) проверочных групп, для чего воспользуемся табл. 11.1.
Первый разряд /"-разрядного проверочного числа получают в ре зультате первой проверки — суммирования по модулю 2 каких-то
элементов |
кодовой |
комбина |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ции. Причем проверка при де- |
|
|
Т а б л и ц а |
ill.l |
|
|
|||||||||||
кодировании |
должна |
дать |
еди |
Десятичные |
Двоичные числа |
и их |
|||||||||||
ницу в |
первом |
разряде |
прове |
||||||||||||||
числа |
(номера |
||||||||||||||||
|
разряды |
|
|
||||||||||||||
рочного |
числа, |
если |
один |
из |
разрядов кодо |
|
|
|
|
||||||||
вой |
комбина |
4 |
3 |
2 |
1 |
||||||||||||
элементов, охваченный |
провер |
|
ции) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
кой, искажен. Числа |
(в |
двоич |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||||||||
ной |
системе), |
которые |
содер |
|
|||||||||||||
жат единицу в первом разряде, |
|
і |
0 |
0 |
0 |
1 |
|||||||||||
видны |
из |
табл. |
11.1; |
это — 1 , |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|||||||
3, 5, |
7, 9. |
Поэтому |
первая |
про |
|
||||||||||||
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
||||||||||||
верка должна |
охватывать, |
1, |
|
||||||||||||||
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
||||||||||||
3, 5, 7 и 9-й |
разряды |
кодовой |
|
||||||||||||||
комбинации. |
Аналогично |
вто |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|||||||||
рая |
проверка |
охватывает |
пози |
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
||||||||
ции, имеющие единицы |
во вто |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
||||||||||
ром |
разряде |
(2, 3, 6, 7), тре |
|
||||||||||||||
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
||||||||||||
тья |
проверка |
формирует |
тре |
|
|||||||||||||
тий |
разряд (4, |
5, |
6, 7), |
а |
чет |
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
||||||
вертая |
охватывает |
позиции, |
в |
|
|
|
|
|
|
||||||||
четвертом |
|
разряде |
которых |
|
|
|
|
|
|
||||||||
присутствуют единицы (8, 9). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Среди |
девяти элементов |
кодовой |
комбинации, |
передаваемых |
в канал связи, пять являются информационными и четыре прове рочными. Определим позиции, которые занимают в кодовой ком бинации информационные и проверочные разряды. В [33] показано, что передающий и приемный распределители совместно с кодирую щим и декодирующим устройствами получаются наиболее просты ми, если в каждую проверку входит не более одного номера пози
ции проверочного |
числа. |
Сопоставляя |
номера |
позиций, |
входящих |
||||
в четыре проверки, легко |
заметить, что позиция |
1 участвует |
только |
||||||
|
|
|
Т а б л и ц а |
111 .2 |
|
|
|
|
|
Позиции |
«і |
|
а3 |
а4 |
|
а» |
а. |
а8 |
о» |
Информационные |
|
|
1 |
|
0 |
0 |
1 |
|
1 |
разряды |
|
|
|
|
|||||
Проверочные раз |
1 |
0 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
ряды |
|
|
|
|
|
||||
Кодовая комбина |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
ция |