Расчет характеристик систем передачи информации и разработка их схемных решений

Следовательно, код действительно может исправлять любые одиночные ошибки.Коды Рида - Соломона - это недвоичные коды, где в качестве разрядов кодовых слов рассматриваются не биты, а группы битов (чаще всего - шестнадцатеричные, восьмеричные символы или байты). Спектр их применения достаточно широк: в устройствах памяти (включая магнитные ленты, CD, DVD, штрих-коды, и т.д.); в беспроводных или мобильных коммуникациях (включая сотовые телефоны, микроволновые каналы и т.д.);в спутниковых коммуникациях; в цифровом телевидении (DVB); в скоростных модемах (ADSL, xDSL и т.д.). Выбор конкретного корректирующего кода в определенной степени зависит от требований, предъявляемых к достоверности передачи, от характеристик канала связи. Для правильного его выбора необходимо иметь данные о возникновении ошибок, их характере, численности и распределении во времени. Так, например, корректирующий код, исправляющий одиночные ошибки, может быть эффективен лишь при условии, что ошибки статистически независимы, а вероятность их появления не превышает некоторой величины. Этот же код окажется не пригодным, если ошибки появляются группами (пачками).Системы с обратной связьюУстройства защиты от ошибок, в которых повышение верности передаваемой информации достигается за счет введения обратной связиотносятся к дуплексной группе УЗО. Сущность повышения верности в этих системах состоит в том, что при обнаружении искажений в передаваемом сообщении происходит запрос и повторение этого блока информации. Для таких систем требуются двусторонние каналы (прямой и обратный), так как в системах с обратной связью должна быть возможность передавать информацию в обратном направлении - от приёмника к передатчику.Обратный канал, как правило, используется для передачи служебной информации. В зависимости от способа использования обратного канала эти системы делятся на:1)С решающей обратной связью (РОС) на рисунке 2.2;2)С информационной обратной связью (ИОС) на рисунке 2.3;Рисунок 2.3 – Структурная схема СПДС с решающей обратной связьюВ системах с РОС передаваемые данные кодируются избыточным кодом, позволяющими обнаруживать одиночные ошибки или пачки (группы) ошибок. По каналу обратной связи, обычно, передается решение о необходимости повторения блока информации, в котором обнаружена ошибка(сигнал «Запрос»), или отчет о правильном приеме информации, который автоматически определяет начало передачи следующего блока информации(сигнал «Подтверждение»). В случае обнаружения в принятом блоке ошибок он стирается, и приемная станция ожидает повторного приема этого блока. При безошибочном приеме блока данные поступают потребителю.В УЗО с ИОС нет необходимости вводить избыточность в передаваемые данные. Двоичная последовательность, зафиксированная приемником, запоминается и затем по каналу ОС передается вся или в виде укороченной кодовой комбинации, содержащей определенные признаки всей последовательности, на передающую сторону. Полученная по каналу ОС информация анализируется передающей станцией, которая по результатам анализа принимает решение о передаче следующего блока либо о повторении ошибочно принятого. Это решение сообщается на приемную сторону и на его основании полученная информация выдается потребителю или стирается.В системах с информационной обратной связью (ИОС) передача информации осуществляется без помехоустойчивого кодирования. Получив по прямому каналу информацию, приемник записывает ее в запоминающее устройство (ЗУ) и передает передатчику по обратному каналу. Передатчик сравнивает отправленную им информацию с принятой по каналу обратной связи и при совпадении посылает сигнал подтверждения. В противном случая происходит повторная передача всей информации.Рисунок 2.4 – Структурная схема СПДС с информационной обратной связьюСистемы с решающей и информационной обратной связью обеспечивают одинаковую помехоустойчивость. При возникновении пакетов ошибок, предпочтительно использование системы с информационной обратной связью, поскольку передача сообщений по обратному каналу происходит в более короткие интервалы времени, чем по прямому каналу. Однако системы с информационной обратной связью имеют более сложное техническое оборудование, а используемые в них каналы связи характеризуются меньшей пропускной способностью, поэтому в реальных сетях чаще применяются системы с решающей обратной связью в сочетании с контролем на четность или циклическим кодированием. Системы с ИОС применяют в тех случаях, когда обратный канал может быть использован наиболее эффективно. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИИсходные данные:Объем передаваемой информации за сеанс связи, кбит………………800Время передачи, мин…………………………………………………….....6Остаточное затухание канала, дБ………………………………………..10Эффективное значение напряжения помехи в полосе 3,1 кГц, мВ…...1,2Характер ошибок в дискретном канале – группируются в пакеты длиной, не более, элементов………………………………………........................12Вероятность появления пакета ошибок…………………...……..Длина линии связи -Примечание: километрическое затухание линии ал=0,175 дБ/кмАнализ исходных данных:Канал связи – стандартный канал тональной частоты Расчет необходимой скорости передачи данныхНеобходимая скорость передачи данных по каналу связи определяется при условии, что объем служебной информации за сеанс не превысит 5-10%.Примем для расчетов и рассчитаем скорость передачи информации Vкак количество информации, передаваемой по каналу связи за единицу времени [бит/ с], с учетом служебной информации:где – объем передаваемой информации; – время сеанса связи.РассчитаемПри проектировании систем передачи информации нужно руководствоваться рекомендациями международных и отечественных организаций (ITU-T, ГОСТ). В соответствии с этими рекомендациями для телефонных каналов разрешается использовать значения скорости V из следующего стандартного ряда: 50, 100, 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600.Рассчитанная скорость передачи соответствует международным рекомендациям.Расчет скорости модуляцииСкорость модуляции B определяется по формуле:где – длительность единичного элемента сигнала.Для канала тональной частоты передача данных ведется с применением модуляции и в этом случае скорость модуляции зависит от режима передачи сигнала (с двумя боковыми или одной боковой полосой):Для радиосигналов с двумя боковыми полосамиСоответственно Для радиосигналов с ОБПСоответственно Вычисление количества позиций сигналаИспользуя выражение (2) запишем значение скорости передачигде – количество позиций сигнала;ТогдаИз выражения (4) следует, что Для радиосигналов с двумя боковыми полосами:Тогда Для радиосигналов с ОБП:Тогда Так как на начальном этапе еще сложно представить количество избыточной информации, вводимой в сигнал для достижения соответствующей помехозащищенности, а условия передачи из-за пакетирования ошибок до 12 штук выглядят достаточно тяжелыми, выбираем четырехпозиционный сигнал, позволяющий работать в канале в наиболее простом режиме с двумя боковыми полосами. Сложность в этом случае увеличится незначительно, а полосу пропускания можно будет использовать без опасения проблем.Рассчитанная скорость модуляции соответствует международным рекомендациям.Ширина полосы пропускания фильтра не должна превышать допустимой полосы 3100 Гц. 1704 Гц 3100 Гц использовать можно.Выбор вида модуляцииДля формирования четырехпозиционного сигнала со скоростью передачи информации 2400 бит/с, будем использовать двукратную относительную фазовую манипуляцию (ДОФМ).Эффективное значение напряжения помехи при полосе пропускания фильтра ∆Fпф = 1704 Гц по формуле:РассчитаемПотенциальная помехоустойчивость (вероятность ошибки) при использовании метода ДОФМ:где Ф(q) – табулированная функция Крампа;q–отношение сигнал/помехагде – эффективное значение напряжения сигналаРассчитаем[по таблице значений функций Крампа] q=4,15Расчет уровней сигнала на входе и выходе каналаТогда уровень сигнала на входе По формуле (7):Для того чтобы передающее устройство не вышло из строя, должно выполняться условие:где: – максимально допустимый уровень сигнала.Для каналов тональной частоты условие (8) выполняется, следовательно, этот тип модуляции может быть использован для построения системы передачи с данными параметрами.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИФункциональная схема системы передачи информации общего вида представлена на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Функциональная схема системы передачи информацииИ – источник информации,ФМ – фазовый модулятор сигнала,Г – генератор несущей,ПФ – полосовой фильтр,ОА – ограничитель амплитуды,ФД – фазовый демодулятор,ФНЧ – фильтр нижних частот, ВУ – выходное устройство,П – приемник информаци.Дискретный сигнал от источника поступает впреобразователь, который будет обеспечивать относительное кодирование (кодирование относительно первого посланного элемента, который не считается информативным, а является лишь «точкой отсчета»).Преобразователь обеспечивает изменение фазы несущей частоты. Рисунок 4.2 – Преобразователь кодаВ качестве примера рассмотрим преобразование абсолютного кода в относительный (относительный кодер) для М2 (рис. 4.2). Здесь текущий символ bkсообщения сравнивается с предыдущим символом dk-1 кодированной последовательности, Если они равны, то dk=1, в противном случае dk=0. Это соответствует выполнению логических операций.Здесь символ означает сложение по mod 2, а черта сверху — логическую операцию дополнения.Далее это сообщение отправляется в модулятор, на выходе которого получается последовательность положительных и отрицательных импульсов, умноженных на синусоидальное несущее колебание, создаваемое генератором импульсов Г. Несущая частота генератора будет равна несущей частоте канала. При ширине частот канала 3100 Гц несущая частота будет 1800 Гц в соответствии с протоколом V.26 МККТТ .Полосовой фильтр УПСпер служит для ограничения спектра сигнала, передаваемого в канал связи.Частота модуляции должна быть в 5-10 раз выше частоты изменения модулирующего сигнала, т. е. f1м5B6000 Гц. Принимаем f1м = 6 кГц. Таким образом, полосовой фильтр ПФ1 на выходе модулятора (см. рис. 10) должен пропускать сигналы в диапазоне 1,7 кГц при средней частоте 6 кГц (5,15—6,85 кГц). Полоса пропускания фильтра УПСпр находится в пределах (1,80,85 кГц), т.е. от 0,95 до 2,65 кГц.Ограничение амплитуды ОА позволяет, во-первых, почти полностью устранить влияние изменений амплитуды сигнала в канале связи на длительность принимаемых сигналов и, во-вторых, значительно уменьшить искажения элементов сигнала в результате нестационарных процессов. Кроме того, ОА уменьшает действие импульсных помех.Демодулятор превращает сигнал в импульсы постоянного тока.Фильтр нижних частот ФНЧ подавляет в выпрямленном сигнале высшие гармоники и остатки несущей. Выходное устройство ВУ обеспечивает форму и амплитуду сигналов на выходе, необходимую для нормального функционирования приемника информации П.ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫИзобразим временные диаграммы операций при прохождении сообщения по нашей системе передачи.Сперва поступает исходный сигнал в виде последовательности нулей и единиц (рис. 5.1):Рисунок 5.1 – Исходная информационная последовательностьПервый символ «0», как было сказано выше, не несет информации. После преобразования мы получим следующую последовательность (рис. 5.2):Рисунок 5.2 – Информационная последовательность после преобразованияЭто сообщение передается на фазовый манипулятор.Рассмотрим принцип работы системы передачи при ОФМ. При ОФМ для передачи информации по двоичному каналу используются фазовые сдвиги 0 и π. Фазовый модулятор производит умножение несущей на полученные импульсы (рис. 5.3)Рисунок 5.3 – Работа фазового модулятора Этот сигнал, пройдя через линию связи, и, поступив на фазовый демодулятор, обратно преобразуется в переведенное сообщение (рис. 5.4)Рисунок 5.4 – Работа фазового демодулятораДемодулятор ОФМ устроен так, что при сдвиге фаз между предыдущим и последующим единичными элементами на 0° на выходе канала получаются нули, при ∆= π — единицыДалее обратный преобразователь восстанавливает исходное сообщение (рис. 5.5)Рисунок 5.5 – Восстановленная информационная последовательностьЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения курсового проекта были изучены различные виды модуляции.В результате выполнения данного курсового проекта было спроектировано устройство преобразования сигналов, основной задачей которого является передача сигналов данных по каналу связи с требуемой скоростью и вероятностью ошибки.Была проведена сравнительная характеристика возможных вариантов построения систем передачи информации для заданных параметров. При выборе наиболее оптимального варианта вида модуляции учитывались такие критерии: помехоустойчивость, требуемая полоса частот, относительная сложность аппаратуры.Были разработаны структурная и функциональная схемы приемного и передающего устройства, временные диаграммы его работы.Для его проектирования были рассчитаны параметры системы связи. При данной скорости модуляции была выбрана ДОФМн, обеспечивающая заданную помехоустойчивость.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВБелов С.П. Методические рекомендации по выполнению курсовых проектов (работ) по дисциплине «Теория электрической связи" для студентов специальности 210406 Сети связи и системы коммутации/С.П. Белов, Е.И. Прохоренко. – Белгород:, 2005. Гаранин, М.В. Системы и сети передачи информации [Текст] /М.В. Гаранин, В.И. Журавлев, С.В. Кунегин. – М.: Радио и связь, 2001. – 336 с.Душин В.К. Теоретические основы информационных процессов и систем: Учебник.- Издательско-торговая корпорация <Дашков и К>, 2004Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. – Издательство М., Радио и связь, 1982.