Основные принципы организации передачи
информации по телемеханическим каналам связи

Почти всегда в канале связи действует помеха. Наиболее важным при передаче информации является обеспечение ее достоверности. К критериям оценки достоверности относятся следующие вероятности:

• вероятность правильного приема Р_ПР;
• вероятность ложного приема Р_{Л ПР};
• вероятность защитного отказа (обнаружения искаженной информации) Р_ЗО;

В системах с использованием телемеханических каналов связи могут быть рассмотрены также вероятность потери сообщения Р_ПОТ и вероятность подделки сообщения Р_ПОД.

Вероятность потери сообщения не является аналогом вероятности защитного отказа. Защитный отказ сопровождается сигналом о том, что была принята искаженная информация. В этом случае можно попытаться передать сообщение еще раз. В случае потери информации на приемной стороне ничего не будет принято. Такой случай имеет место, например, при искажении синхросигнала. В некоторых случаях системы работают в условиях постоянного поддержания синхронной работы источника и приемника. Однако большинство систем работают в режиме ожидания. Сообщение в случае, когда синхросигнал ожидается, будет безвозвратно потеряно.

В ряде случаев помеха может образовать либо синхросигнал, либо информационный сигнал. Вероятность этого определяется величиной Р_ПОД и имеет значение порядка одного сообщения в год.

Для оценки достоверности информации можно рассматривать все рассмотренные критерии, но Международный электротехнический комитет (МЭК) рекомендует выбирать два или даже один из них: Р_{Л ПР} и Р_ПОД. Остальные вероятности рассчитываются позднее. В зависимости от величины Р_{Л ПР} и Р_ПОД по рекомендации МЭК все телемеханические каналы связи разделяются по достоверности на три класса: I₁, I₂, I₃. При этом достоверность системы класса I₃ выше, чем системы класса I₂, а системы класса I₂ – выше, чем системы I₁.

Вероятность ложного приема рассчитывается для двоичного симметричного канала связи с учетом p₀ = 10 ^-4. Данное значение является характерным для канала связи среднего качества. После проектирования системы делают предположение относительно p₀ в канале связи и проверяют истинность этого предположения. Величина p₀ используется для оценки достоверности канала связи и устанавливается по договоренности. Следующая таблица иллюстрирует достоверность систем различных классов и минимальное кодовое расстояние, которое они обеспечивают.

Табл. 1 Классы достоверности систем передачи информации

Система, дающая результаты, худшие, чем I₁, запрещена для эксплуатации.

Класс достоверности канала связи определяется целями его использования. Различные каналы связи имеют различную “степень ответственности”. При передаче информации по каналу телесигнализации вероятность ложного приема P_{Л ПР} можно принять большей, чем при передаче информации по каналам телеуправления или телерегулирования.

К обеспечению достоверности информации, передаваемой по каналам телеуправления и телесигнализации, существует различный подход. Информация телеуправления кодируется циклическим кодом, а при кодировании информации телесигнализации в простейшем случае используется сигнал, в котором каждая позиция соответствует определенному устройству.

Реальный канал связи может иметь вероятность p₀, удовлетворяющую неравенству 0 ≤ p₀ ≤ 0,5. Поэтому целесообразно построить зависимость вероятности ложного приема от p₀, то есть зависимость Р_{Л ПР} = F(p₀), принимая во внимание две уже известные ординаты этой функции (P_{Л ПР} и P_{Л ПРmax}).

Для построения кривых Р_{Л ПР} = F(p₀) покажем, что данная функция линейно зависит от минимального кодового расстояния d_min. Из теории информации известно, что при получении n - элементной кодовой комбинации с кодовым расстоянием d_min выполняется неравенство:

Приведенное неравенство имеет место при работе декодера в режиме обнаружения ошибок, что наиболее часто встречается на практике. Это объясняется тем, что появление ошибки – достаточно редкое событие, а аппаратные затраты при работе в режиме исправления ошибок гораздо больше, чем в случае только обнаружения. Из позиций искаженных с вероятностью p₀ символов часть ошибок будет входить в защитный отказ. Поэтому вместо Cⁱ_n используют величину B_i, определяемую эмпирически. Множитель (1 – p₀)^{n – i} в каждом из слагаемых суммы означает, что (n – i) символов сообщения приняты правильно.

Рассматриваемое неравенство можно несколько упростить. Если p₀ ≈ 10^-4, можно рассматривать только член суммы при i = d_min, так как слагаемое, содержащее pⁱ₀ = p₀^{d min} имеет наибольший вес среди других. Кроме того, можно сделать допущение о том, что (1 – p₀)^{n – i} ≈ 1. Учитывая все это, получим

P_{Л ПР} = B_{d min} p₀^{d min}

После логарифмирования полученного выражения можно перейти к прямой зависимости:

lg P_{Л ПР} = lg B_{d min} + d_min lg p₀.

При построении графика зависимости Р_{Л ПР} = F(p₀) нужно учесть данные табл.1 и наклон участка ломаной при различных значениях d_min. Графики позволяют определить конкретное значение вероятности ложного приема для любого конкретного канала связи с заданным минимальным кодовым расстоянием. В каждом классе систем минимальное кодовое расстояние обеспечивается введением избыточности, при которой вероятность ложного приема не превышает максимально допустимого значения в наихудшем канале связи.

Рис. 11 Зависимость вероятности ложного приема от вероятности ошибки

Ложный прием будет зафиксирован, если избыточная часть будет соответствовать информационной. Помеха искажает каждый из контрольных символов с максимальной вероятностью 0,5, а все k контрольных символов будут искажены с вероятностью ≤ 0,5 ^k. Следовательно Р_{Л ПРmax} ≤ 0,5 ^k. Из этой формулы при известном для каждого класса максимальном значении вероятности ложного приема можно определить число избыточных элементов для различных классов систем: для класса I₁оно равно 1, для класса I₂ – 8, а для I₃– 40.