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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

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