Кодирование информации в телемеханических системах

Кодовым словом (кодовой комбинацией) называется конкретная совокупность импульсов тока, образующих линейный сигнал (передаваемый в ЛС).

Код – есть множество кодовых слов, используемых для передачи сообщений.

Важнейшей особенностью кодов является их классификация по помехоустойчивости.

Коды делятся на обыкновенные и корректирующие. Обыкновенные коды не обеспечивают защиту от искажений сигналов в результате воздействия помех в ЛС.

Корректирующие коды обеспечивают защиту от искажений (корректируют их).

Кодирование в системах телеконтроля и телеуправления применяется для преобразования дискретных сообщений в сигналы, приспособленные для преобразования дискретных сообщений в сигналы, приспособленные для передачи по каналу связи. Как правило, в системах ТУ, ТС и ТИ по одному каналу передаётся информация многим объектам. Кодирование в таких системах применяется как для передачи адреса объекта, так и для передачи сообщения отдельного объекта (или источника).

При кодировании преследуют следующие цели:

1) Передача по общему каналу связи нескольких или многих сообщений;

2) Повышение помехоустойчивости и точности передачи;

3) Более экономное использование полосы канала связи;

4) Повышение надёжности или уменьшение стоимости передачи или хранения сообщения;

5) Засекречивание передач.

Выбор когда зависит от предъявляемых требований и от возможностей аппаратурной реализации.

По назначению кода делятся на телеграфные, механические, телевизионные, коммерческие дипломатические, военные, цифровые, и др.

Коды в системах телеуправления и контроля имеют следующие особенности:

1) Сравнительно небольшое кол-во исходных сообщений:

S=(2¸10)×10³

2) Высокая защищённость от возникновения полезных команд (P_{ложн. команды} £ 10^-6¸10^-14)

3) Недопустимость большого запаздывания в передаче информации (как правило не более минимального интервала между двумя командами).

Сравнительно простая техническая реакция на типовых технических средствах каналах связи.

Напомню, что

Емкость кода S – это число сообщений, которое передали данным кодом.

S=2ⁿ, где n – число элементов (разрядов) кода.

Избыточность кода

R=n/m, где m – минимальное число элементов кода, необходимых для передачи S сообщений.

Для избыточных кодов S < 2ⁿ

Кодовое расстояние d (расстояние по Хэммингу) – это минимальное число разрядов, которым различаются два кодовых слова

Пр: 011001 и 010101 имеет d=2

111110 и 001000 имеет d=4

Кратность ошибки t – это число искажённых разрядов.

Условные обнаружения кодом ошибок кратности t: d ³ t + 1

Условие исправления кодом ошибок кратности t: d ³ 2t+1

Для одновременного исправления ошибок кратности t и обнаружения ошибок кратности q (причём q ³ t) д. Выполняется условн. d ³ t + q + 1.

Обнаруживающая способность кода увеличивается с ростом избыточности, но следует использовать оптимальные коды, которые обеспечивают заданную корректирующую способность при минимальной избыточности.

Коды, обнаруживающие ошибки.

Для каждого конкретного класса кодов должно быть выполнены 3 основные задачи:

- код должен корректировать заданный класс ошибок;

- процедуры кодирования и декодирования должны быть формализованы, т.е. выполняться по определённым правилам;

- схемы кодирования и декодирования должны быть простыми

Рассмотрим наиболее распространённые коды с обнаружением ошибок:

Код с контролем на чётность

У него все разрешённые кодовые слова содержат чёткое число единиц. Для его формирования к обыкновенному коду достаточно добавить один избыточный (контрольный) разряд.

Если надо передать S=4 сообщения, то обыкновенный код должен иметь 2 разряда, которые несут информацию, а третий контрольный разряд определяется исходя из чётности числа единиц в слове:

Код, у которого разряды делятся на информационные (служащие для передачи сообщений) и контрольные (служащие для коррекции ошибок), называется разделимым.

При приёме кода с контролем на чётность, подсчитывается число единиц. Если оно чётно, то сообщение принимается, в противном случае – игнорируется.

Можно решить данную задачу, используя контакты поляризованных реле Л1-Л3, которые фиксируют качества импульсов тока. Данный декодер вместо восьми имеет четыре выхода (S=4), соответствующие разрешённым комбинациям. При приёме запрещённого слова ни один из выходов декодера не подключается и команда не выполняется. В этом заключается обнаружение ошибки.

Характеристики:

- ёмкость, n – количество символов в коде;

- избыточность;

- обнаруживающая способность.

Данным кодом обнаруживаются все ошибки, которые нарушают чётность числа единиц. Это все ошибки нечётной кратности (в том числе и одиночные).

Равновесный код (код с постоянным числом «1»)

У этого кода все кодовые слова имеют постоянное число единиц, поэтому его ещё называют кодом «m из n», т.к. каждое слово имеет m единиц из n разрядов. Число m называют весом кода.

Характеристики:

;

; ;

Примеры : коды ’’ 2 из 5” ( ТДУ )

‘’ 2 из 4’’

‘’ 2 из 4 ‘’ ‘’ 2 из 5 ‘’

1 2 3 4 1 2 3 4 5

0 0 1 1 1 1 0 0 0

0 1 0 1 0 1 1 0 0

0 1 1 0 0 0 1 1 0

1 0 0 1 0 0 0 1 1

1 0 1 0 1 0 0 0 1

1 1 0 0 1 0 1 0 0

0 1 0 1 0

0 0 1 0 1

2 1 0 0 1 0

C = 4*3/2=6 0 1 0 0 1

4 2

C = 5*4 / 2 = 10

Равномерный код не является разделимым, т.е. его разряды нельзя разделить на информационные и контрольные.

При приеме слова, декодер подсчитывает число единиц и , если оно равно m, то сообщение принимается.

Код обнаруживает ошибки нарушающие вес ( т.е. все одиночные ошибки) , все ошибки нечетной кратности , а также некоторые ошибки четной кратности . Не обнаруживая ошибки четной кратности, у которых число искажений вида 0 Þ1 равно числу искажений1Þ 0

ПРИМЕР ДЕКОДЕРА

КОД С ПОВТОРЕНИЕМ

Относится к корреляционным, т.е. у него существует зависимость между определенными элементами кода.

У данного кода каждое обыкновенное слово повторяется дважды.

Например , для S=4

Простой код С повторением

1 2 1 2 3 4

0 0 0 0 0 0

0 1 0 1 0 1

1 0 1 0 1 0

1 1 1 1 1 1

123 123

инф. Контрол.

Данный относится к разделимым .Первый и второй разряды можно считать информационными , а третий и четвертый – контрольными.

Характеристики:

При приеме требуется сравнивать одинаковые элементы обоих частей кода и , если они совпадают, то сообщение принимается. Декодер в этом случае состоит из схем декодера обратного кода, схемы сравнения и включения управляемых объектов.

Cхема обычного декодера

Схема сравнения

Схема включения управляющих объектов

Данным кодом не обнаруживаются только ошибки четной кратности, в которых присутствуют искожения одинаковых разрядов.

КОД БУРГЕРА

(код с сумированием)

Позволякт обнаруживать однонаправленные ошибки любой кратности (Однонаправленные-этозначит либо 0Þ1 либо 1Þ0 ). Применяется в тех случаях , когда в канале связи возникают помехи, длительность которых больше длительности одного импульса тока.

Строится по следующим принципам:

1) Сообщения кодируются обыкновенным кодом. Число контрольных разрядов.

2) Число контрольных разрядов.

Если S=8, то m=log2 8 . k=log2(3+1)=2

3) В контрольных разрядах записывается двоичное число, десятичный эквивалент который равен числу нулей в информационных разрядах:

Инф. Разряды Контр

1 2 3 4 5

0 0 0 1 1

0 0 1 1 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 1

1 0 0 1 0

1 0 1 0 1

1 1 0 0 1

1 1 1 0 0