Структура форматов для асинхронных систем

Передача данных в формате FT1.1 осуществляется словами. Информационная часть слова имеет байтовую длину. Кроме того, перед информационными битами и после них передаются специальные символы: 0 – до информационной части (стартовый бит), Р – после нее (бит проверки на четность), 1 – за битом проверки на четность (стоповый бит). Иногда под словом понимают только информационную часть.

В асинхронных системах передачи данных канал связи обтекается постоянным током. Прием информационных бит осуществляется после исчезновения этого тока (передача стартового бита).

Кодовые слова передаются без пауз между ними, то есть блоками. Такой блок называется кодовым предложением. Число слов в таком блоке при использовании формата FT1.1 не должно превышать 127. Если их будет больше, система может выйти из синхронизма, который с увеличением скорости передачи все сложнее обеспечивать. Если необходимо передать число слов больше 127, после паузы определенной длительности продолжают передачу.

В формате FT1.1 можно передавать как постоянное, так и переменное число слов. При передаче блока с фиксированным числом слов положительным моментом является то, что на приемной стороне заранее известно, сколько бит должно быть в кодовом предложении. Отрицательной стороной является недоиспользование канала связи при передаче небольшого числа слов длинным кодовым предложением. При передаче блока с переменным числом слов необходимо указывать их количество, причем эта информация не полезная, а служебная.

На приемной стороне кодовый формат FT1.1 считается принятым правильно, если все его структурные особенности сохранены, то есть не искажены (в каждом слове информационные биты заключены между стартовым и стоповым битами и включают в себя бит четности). При нарушении хотя бы одного из признаков хотя бы в одном слове формат полностью бракуется. Однако в частном случае, когда одно сообщение об объекте укладывается в 8 информационных бит, то есть отсутствует корреляция между словами, при структурном нарушении принятого кодового слова бракуется только оно одно, другие считаются принятыми правильно.

Кроме того, при передаче информации необходимо предусмотреть появление нуля определенной длительности из-за возможного действия помехи, чтобы исключить реакцию на дробление.

Каждый кодовый формат принято оценивать по критерию эффективности. Эффективность – отношение правильно принятых информационных бит (n_ИP_ПР) к общему числу бит n_ОБЩ:

Вероятность правильного приема Р_ПР зависит не только от свойств кода (минимальное кодовое расстояние d_min), но еще и от способа распоряжения d_min, то есть от режима обнаружения или исправления ошибок. Следует отметить, что все форматы в основном используются только в режиме обнаружения.

Независимо от вида формата вероятность правильного приема определяется следующим образом:

Общее число бит в сообщении n_ОБЩ является степенью, так как все символы кодового предложения должны быть приняты правильно. Таким образом, выражение для эффективности кодового формата принимает вид:

Для FT1.1 n_ОБЩ = 11i, n_И = 8i. Тогда эффективность кодового формата FT1.1 определяется формулой

где q = (1 – p₀) – вероятность правильного приема в двоичном симметричном канале связи,
i – число слов в кодовом блоке.

С физической точки зрения, эффективность EFF стремится к единице или EFF = 1.при p₀ = 0, когда отсутствуют избыточность и помехи в канале связи.

Эффективность тем больше, чем ближе n_ОБЩ к n_И. Но если n_ОБЩ стремится к n_И, в реальном канале связи увеличивается Р_{Л ПР}, обеспечивающая нужный класс эффективности.

Таким образом, формат FT1.1 довольно эффективен с точки зрения параметра EFF, но мало эффективен с точки зрения помехоустойчивости, так как обеспечивает минимальное кодовое расстояние d_min = 2.

Формат FT1.1 используется в малоответственных системах передачи информации (например, в циклических системах телеизмерения).

Кодовое предложение в формате FT1.2 состоит из i слов (оно может быть постоянным или переменным), каждое из которых имеет такую же структуру, как и в формате FT1.1. Кроме того, в конце кодового предложения добавляется еще одно служебное слово. Оно формируется по правилам итеративного кода и представляет собой результат проверки столбцов матрицы, сформированной кодовыми словами, в отличие от классического итеративного кода, где проверяются и строки, и столбцы. В данном служебном слове столбцы проверяются путем арифметического поразрядного суммирования всех строк с формированием остатка по модулю 256 и его инвертированием. При такой проверке можно обнаружить больше ошибок (то есть уменьшить вероятность ложного приема), чем при использовании правил классического итеративного кода.

На приемной стороне все слова складываются по модулю 256. При правильном приеме результат сложения должен представлять собой инверсию служебного контрольного слова. После их суммирования должен быть получен результат, целиком состоящий из единиц. Физически это означает установление всех триггеров в единичное состояние. Это свидетельствует не только о правильности приема, но и о наличии приема вообще, так как исходным является нулевое состояние триггеров.

В формате FT2 слова формируются в некоторые блоки (объединения i слов). Каждое слово имеет только 8 информационных бит, в отличие от структуры слов форматов FT1.1 и FT1.2.

Контрольный байт формируется по законам циклического кода как остаток от деления информационной части блока на образующий полином седьмой степени P(x) = x⁷ + x⁶ + x⁵ + x² + 1 расширенный восьмым битом защиты по четности всего блока с инверсией всех восьми контрольных бит.

Как следует из теории циклических кодов, приведенный полином может породить код длиной n = 2⁷ – 1 = 127, обеспечивающий минимальное кодовое расстояние d_min = 3. Бит защиты по паритету добавляется для обеспечения d_min = 4, код удлиняется на 1 бит. Зная это, можно легко определить максимальное число слов в блоке:

i_max = (128 бит блока – 8 бит контрольного слова) / 8 бит в каждом слове = 15

При передаче данных одним словом можно передавать информацию сразу от группы объектов, так как часто между ними существует корреляция, и в случае неполадки одного из них невозможно обеспечить безотказную работу всей группы.

Форматы FT1.2 и FT2 используются обычно для передачи информации от объектов сигнализации и наиболее важных параметрах телеизмерения, так как обеспечивают d_min = 4. Для менее важных объектов телеизмерения можно использовать и формат FT1.1.

В общем случае в формат входит несколько блоков. Если выявляются ошибки либо нарушения структуры формата, весь формат бракуется.

Формат FT3 строится по тем же принципам, что и FT2 с использованием более мощного образующего полинома P(x) = x¹⁶ + x¹³ + x¹² + x¹¹ + x¹⁰ + x⁸ + x⁶ + x⁵ + x² + 1, после деления на который информационной части блока получают два контрольных байта. Таким образом, при общей длине блока в 128 бит максимальное число информационных слов равно 14. При использовании формата FT3 число информационных слов уменьшается на одно, но минимальное кодовое расстояние увеличивается до шести (d_min = 6). Однако ситуации, где необходимо использовать d_min = 6, встречаются редко. Обычно используют укороченные коды с d_min = 4 или d_min = 5.

Формат применяется, в основном, для передачи команд телеуправления. Если это особо ответственные объекты, d_min = 6. В других случаях выбирают укороченный код.

Табл. 2 Структура кодовых форматов для асинхронных систем

Тип формата	dmin	Класс достоверности	Структура кодового слова
FT1.1	2	I1
FT1.2	4	I2
FT2	4	I2
FT3	4 6	I2 I3

Подводя итог обзору форматов, можно отметить, что FT1.1 и FT1.2 – неблочные форматы с большим количеством слов. FT2 и FT3 имеют блоки малой длины, информация в них передается без пауз между словами и между блоками.

В случае слишком длительной передачи возможен выход приемной схемы из синхронизма. Чтобы этого не произошло, необходимо определить длину цикла синхронного режима. Исходя из длины цикла, можно определить время передачи без пауз. Во время паузы синхронизируются блоки и генераторы передатчика и приемника, и передача продолжается.

---