Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 44
|
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра
Автоматической электросвязи ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине ТЦС Выполнила:
М.К. Алибекова Алматы 2007 Требуется спроектировать среднескоростной тракт передачи данных между двумя источниками и получателями, отстающими друг от друга на L км. Для повышения верности передачи использовать систему с решающей обратной связью, непрерывной передачей и блокировкой приемника. Тип кода циклический. Система с РОС работает в режиме обнаружения ошибок с переспросом неправильно принятой информации. Распределение ошибок в дискретном канале описывается моделью Пуртова Л.П.. Для повышения надежности ТПД применяется постоянное время резервирования. Требуется: 1) пояснить сущность модели частичного описания дискретного канала (модель Пуртова Л.П.), обратив особое внимание на параметр α - коэффициент группирования ошибок; 2) построить структурную схему системы с РОСнп
и блокировкой и структурную схему алгоритма работы системы; 3) определить оптимальную длину кодовой комбинации n, при которой обеспечивается наибольшая относительная пропускная способность R; 4) определить число проверочных разрядов в кодовой комбинации r, обеспечивающих заданную вероятность необнаружения ошибки. Найти параметры циклического кода n, k, r; 5) выбрать тип образующего полинома g(x) с учетом последней цифры з.к.; 6) построить схему кодера для выбранного g(x) и пояснить его работу; 7) построить схему декодера для выбранного g(x) и пояснить его работу; 8) получить схему кодирующего и декодирующего устройства циклического кода с модуляцией и демодуляцией своего варианта, а также собрать схему с применением пакета «SystemView»; 9) определить объем передаваемой информации Wпри заданном темпе Tпер
и критерии отказа tотк
; 10) определить емкость накопителя М; 11) рассчитать надежностные показатели основного и обходного каналов; 12) по географической карте РК выбрать 2 пункта, отстоящих друг от друга на L км, выбрать магистраль, разбив ее на ряд участков длиной 500-1000 км. Пункты переприема привязать к крупным населенным пунктам; 13) построить временную диаграмму работы системы. Исходные данные
B= 1200 – скорость модуляции V= 80000 км/с – скорость распространения информации по каналу связи Pош
= 0,5 10-3
– вероятность ошибки в дискретном канале Pно
= 0,8 10-6
- вероятность неопределения кодом ошибки L= 4700 км – расстояние между источником и получателем tотк
= 60 сек – критерий отказа Tпер
= 580 сек – заданный темп d0
= 6 – минимальное кодовое расстояние α = 0,7 – коэффициент группирования ошибок nФМ – тип модуляции СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1 Модель частичного описания дискретного канала (модель Пуртова Л.П.)
2 Система передачи данных с РОС
2.1 Фазовая манипуляция 3 Оптимальная длина кодовой комбинации при использовании циклического кода в системе с РОС.
4 Параметры циклического кода
5 Расчет надежностных показателей основного и обходного каналов
6 Схемы кодера и декодера циклического кода
6.1 Кодирующее устройство циклического кода 6.2 Декодирующее устройство циклического кода 7 Количество передаваемой информации за время Т
8 Характеристики дискретного канала
8.1 Прямой ДК 8.2 Обратный ДК 9 Временная диаграмма работы системы
10 Магистраль на карте РК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б ПРИЛОЖЕНИЕ В Развитие телекоммуникационных сетей увеличивает роль и значение передачи дискретных сообщений в электросвязи. Целью дисциплины ТЦС является: · изложение принципов и методов передачи цифровых сигналов, научных основ и современное состояние технологии цифровой связи; · дать представление о возможностях и естественных границах реализации цифровых систем передачи и обработки, · уяснить закономерности, определяющие свойства устройств передачи данных и задачиих функционирования. Основная задача - обучить теоретическим знаниям и алгоритмам построения систем ТДС, а также привить практические навыки по методологии инженерных расчетов основных характеристик и обучить методам технической эксплуатации цифровых систем и сетей. Курсовой проект посвящен проектированию тракта передачи данных между источником информации и получателем информации. К качеству тракта передачи данных (ТПД) предъявляются очень высокие требования по верности передачи данных и надежности, поэтому проектируются некоммутируемой ТПД. Для повышения верности передачи использовать систему с решающей обратной связью, непрерывной передачей и блокировкой приемника. Тип кода – циклический. Решение этих задач раскрывает выполнение основной цели задания – моделирование телекоммуникационных систем. Кроме того, необходимо собрать схему с применением пакета «SystemView» для моделирования телекоммуникационных систем, кодирующего и декодирующего устройства циклического кода с использованием модуляции и демодуляции. среднескоростной тракт телекоммуникационная система По этой модели можно определить зависимость вероятности появления искаженной комбинации от ее длины n и вероятности появления комбинации длиной n с t ошибками.(t<n) Зависимость вероятности появления искаженной комбинации от ее длины n характеризуется как отношение числа искаженных кодовых комбинаций Nош
(n) общему числу переданных комбинаций N(n): P(>=1, n) = где вероятность P(>=1, n) – неубывающая функция n. При n=0, P(>=1, n) = Рош
. При n P(>=1, n)= где α – показатель группирования ошибок α = 0 – пакетирование ошибок отсутствует, и появление ошибок следует считать независимым. α = 0,5 α = 0,3 α = 0,3 Распределение ошибок в комбинациях различной длины оценивает не только вероятность появления искаженных комбинаций (хотя бы 1 ошибка), но и вероятность комбинаций длиной n и t наперед заданными ошибками P(>= t, n): P(>= t, n)= Группирование ошибок приводит к увеличению числа кодовых комбинаций, пораженных ошибками большой кратности. При группировании ошибок уменьшается число искаженных кодовых комбинаций заданной длины n. Примеры зависимости
Рисунок 1
- Вероятности ошибки Эти зависимости, снятые в реальных каналах связи и отмеченные на рисунке 1 точками, хорошо аппроксимируются прямыми линиями при логарифмических масштабах. Для определенной вероятности ошибок (Pош
=0,002) пунктиром показаны две зависимости. Если бы ошибки не зависели друг от друга, то вероятность Рисунок 2
– Структурная схема системы с РОСнп
и блокировкой На рисунке 2 представлена структурная схема системы с РОСнп
и блокировкой. Здесь: ИИ
– источник информации; КУ
– кодирующее устройство; ДК
– прямой дискретный канал; РУ
– решающее устройство; ДКУ
– декодирующее устройство; УУ
– устройство управления; УДС
– устройство декодирования сигнала; УФС
– устройство формирования сигнала; ПИ
– получатель информации Передача информации осуществляется следующим образом. При поступлении от источника информации ИИ кодовой комбинации происходят ее кодирование помехоустойчивым кодом (в КУ) и запись в накопитель передачи Принятая из прямого дискретного канала ( В зависимости от результатов декодирования решающее устройство РУ принимает решение о выдаче кодовой комбинации из накопителя приема через схему Блоки управления приемником и передатчиком работают согласно структурной схеме алгоритма, представленной на рисунке 3. Рисунок 3
– Структурная схема алгоритма системы с РОСнп
и блокировкой Фазовая манипуляция (phaseshiftkeying - PSK) была разработана в начале развития программы исследования дальнего космоса; сейчас схема PSK широко используется в коммерческих и военных системах связи. Фазо-манипулированный сигнал имеет следующий вид: Здесь фазовый член Аналитическое представление:Сигнал: Вектор: Параметр Е – это энергия символа, Т – время передачи символа, На практике фазовая манипуляция используется при небольшом числе возможных значений начальной фазы – как правило, 2, 4 или 8. Кроме того, при приеме сигнала сложно измерить абсолютное значение начальной фазы; значительно проще определить относительный фазовый сдвиг между двумя соседними символами. Поэтому обычно используется фазоразностная манипуляция (синонимы – дифференциальная фазовая манипуляция, относительная фазовая манипуляция; английский термин - differentialphaseshiftkeying , DPSK). Длина кодовой комбинации n должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить наибольшую пропускную способность канала связи. При использовании корректирующего кода кодовая комбинация содержит n разрядов, из которых k разрядов являются информационными, а r разрядов – проверочными: n= k+r (3.1) Если в системе связи используются двоичные сигналы (сигналы типа «1» и «0») и каждый единичный элемент несет не более одного бита информации, то между скоростью передачи информации и скоростью модуляции существует соотношение C = (k/n)*B, (3.2) где С – скорость передачи информации, бит/с; В – скорость модуляции, Бод. Очевидно, что тем меньше r, тем больше отношение k/n приближается к 1, тем меньше отличается С и В, т.е. тем выше пропускная способность системы связи. Известно также [3, стр. 104], что для циклических кодов с минимальным кодовым расстоянием d0
=3 справедливо соотношение Видно, что чем больше n, тем ближе отношение k/n к 1. Так, например, при n = 7, r=3, k=4, k/n = 0,571; при n = 255, r=8, k=247, k/n = 0,964; n = 1023, r=10, k=1013, k/n = 0,990. Приведенное утверждение справедливо для больших d0
, хотя точных соотношений для связей между r и n нет. Существуют только верхние и нижние оценки, указанные на стр. 104 [3]. Из изложенного можно сделать вывод, что с точки зрения внесения постоянной избыточности в кодовую комбинацию выгодно выбирать длинные кодовые комбинации, так как с увеличением n относительная пропускная способность увеличивается, стремясь к пределу, равному 1. R= C/B= k/n (3.4) В реальных каналах связи действуют помехи, приводящие к появлению ошибок в кодовых комбинациях. При обнаружении ошибки декодирующим устройством в системах с РОС производится переспрос группы кодовых комбинаций. Во время переспроса полезная информации уменьшается. Можно показать, что в этом случае где Р00
– вероятность обнаружения ошибки декодером (вероятность переспроса); РПП
– вероятность правильного приема (безошибочного приема) кодовой комбинации; М – емкость накопителя передатчика в числе кодовых комбинаций. При малых вероятностях ошибки в канале связи (Рош.
< 10-3
) вероятность Р00
также мала, поэтому знаменатель мало отличается от 1 и можно считать При независимых ошибках в канале связи, при тогда Емкость накопителя [2, стр. 323] где tp
– время распространения сигнала по каналу связи, с; tk
– длительность кодовой комбинации из n разрядов, с. Знак < > - означает, что при расчете М следует брать большее ближайшее целое значение. Но где L – расстояние между оконечными станциями, км; v – скорость распространения сигнала по каналу связи, км/с; B – скорость модуляции, Бод. После простейших подстановок окончательно имеем Нетрудно заметить, что при Рош
= 0 формула (3.10) превращается в формулу (3.4). При наличии ошибок в канале связи величина R является функцией Pош
, n, k, B, L, v. Следовательно, существует оптимальное n (при заданных Pош
, B, L, v), при котором относительная пропускная способность будет максимальной. Формула (3.10) еще более усложняется в случае зависимых ошибок в канале связи (при пакетировании ошибок). Выведем эту формулу для модели ошибок Пуртова. Как показано в [1], число ошибок tоб
в комбинации, длинной в n разрядов, определяется формулой 7.38 [1]. Для обнаружения такого числа ошибок находим циклический код с кодовым расстоянием d0
не менее Как показано [4], с некоторым приближением можно связать вероятность Подставляя значение При расчетах на микрокалькуляторах удобнее пользоваться десятичными логарифмами. После преобразований Возвращаясь к формулам (3.7) и (3.10) и производя замену k на n-r с учетом значения r, из формулы (3.13) получим Второй член формулы (3.10) с учетом группирования ошибок по соотношению 7.37 [1] примет вид Окончательно Примем n равной 31. Если при расчете пропускная способность R будет меньше 0.6, то рассчитаем ее для n равной 63. Итак, в моем случае: n = 31 R = 0.695 К параметром циклического кода относятся: n
– длина кодовой комбинации (разрядов); k
– длина информационной части кодовой комбинации (разрядов); r
– длина проверочной части кодовой комбинации (разрядов); g
(
x
)
– вид образующего полинома циклического кода. После определения оптимальной длины кодовой комбинации n, обеспечивающей наибольшую относительную пропускную способность R, по формуле (3.13) определяют число проверочных разрядов: Так как n , в моем случае, равно 31, то воспользовавшись формулой (3.1), определим число информационных символов k: k = 31 – 10 = 21 Выбираем образующий полином согласно последней цифре зачетной книжки и числу проверочных символов, которые определяют степень g(x): g (x) = х10
+х4
+х3
+х+1 Вероятность появления ошибки известна (Рош
=0,5∙10-3
), полная вероятность будет складываться из суммы следующих составляющих рпр
– правильный прием, рно
– необнаружения ошибки, роб
– вероятность обнаружения ошибки декодером (вероятность переспроса). Зависимость вероятности появления искаженной комбинации от ее длины характеризуется как отношение числа искаженных кодовых комбинаций Nош
(n) к общему числу переданных комбинаций N(n): Вероятность Р(≥1,n) является не убывающей функцией n. При n=1 Р(≥1,n)=рош
, а при n→∞ вероятность Р(≥1,n) →1. Вероятность необнаруживаемой кодом ошибки определяется по формуле: В моем случае она равна 1,368*10-6
. Вероятность обнаруживаемой кодом ошибки: Подставив числовые значения, получим 1,4*10-3
. Вероятность правильного прием: В данном случае она равна 0,999,то есть близка к единице. Избыточность кода: Подставим параметры циклического кода и получим Скорость кода: Подставим в данную формулу вычисленное ранее значение избыточности кода и получим скорость кода равную 0,667. Избыточность необходимая для обеспечения в ДК вероятности необнаружения кодом ошибки определяется по формуле: где Rнпбл
– средняя относительная скорость передачи в РОСнп
и блокировкой где Итак, избыточность необходимая для обеспечения в ДК вероятности необнаружения кодом ошибки будет равна 0,33. Рассмотрим построение и принцип действия кодера и декодера циклического (31,21) кода. Выбираем образующий: g (x) = х10
+х4
+х3
+х+1 Работа кодера на его выходе характеризуется следующим: 1.Формирование k
элементов информационной группы и одновременно деление полинома, отображающего информационную часть х
r
m
(х),
на порождающий (образующий ) полином g
(
х)
с целью получения остатка от деления r
(х)
. 2. Формирование проверочных r
элементов путем считывания их с ячеек схемы деления х
r
m
(
х)
на выход кодера. Структурная схема кодера приведена на рисунке 4. Цикл работы кодера для передачи n = 31
единичных элементов составляет n
тактов. Тактовые сигналы формируются передающим распределителем, которыйна схеме не указан . Первый режим работы кодера длится k
= 21
тактов. От первого тактового импульса триггер Т занимает положение, при котором на его прямом выходе появляется сигнал "1", а на инверсном - сигнал "0". Сигналом "1" открываются ключи (логические схемы И) 1 и 3 . Сигналом "0" ключ 2закрыт.В таком состоянии триггер и ключи находятся k+1
тактов, т.е. 22 тактов.За это времяна выход кодера через открытый ключ 1 поступят 56 единичных элементов информационной группы k =21
. Одновременно через открытый ключ 3 информационные элементы поступаютна устройство деления многочлена х
r
m
(
х)
наg
(
х).
Деление осуществляется многотактным фильтром с числом ячеек, равным числу проверочных разрядов (степени порождающего полинома). В рассматриваемом случае число ячеек г=10
. Число сумматоров в устройстве равно числу ненулевых членов g(
х)
минус единица. В нашем случае число сумматоров равно четырем. Сумматоры устанавливаются после ячеек, соответствующих ненулевым членам g
(х)
. Поскольку все неприводимые полиномы имеют член х°=1,
то соответствующий этому члену сумматор установлен перед ключом 3 (логической схемой И). После k=21 тактов в ячейках устройства деления окажется записанным остаток от деления г(х)
. При воздействии k
+1
= 22 тактового импульса триггер Т изменяет свое состояние: на инверсном выходе появляется сигнал "1", а на прямом - "0". Ключи 1 и 3 закрываются, а ключ 2 открывается. За оставшиеся r
=10
тактов элементы остатка от деления (проверочная группа) через ключ 2 поступают на выход кодера, также начиная со старшего разряда. Рисунок 4
- Структурная схема кодера Рисунок 5
- Структурная схема декодера Функционирование схемы декодера (рисунок 5) сводится к следующему. Принятая кодовая комбинация, которая отображается полиномом Р(х)
поступает в декодирующий регистр и одновременно в ячейки буферного регистра, который содержит k
ячеек. Ячейки буферного регистра связаны через логические схемы "нет", пропускающие сигналы только при наличии "1" на первом входе и "0" - на втором (этот вход отмечен кружочком). На вход буферного регистра кодовая комбинация поступит через схему И1
. Этот ключ открывается с выхода триггера Т первым тактовым импульсом и закрывается k+1
тактовым импульсом (полностью аналогично работе триггера Т в схеме кодера) . Таким образом, после k
тактов информационная группа элементов будет записана в буферный регистр. Схемы НЕТ в режиме заполнения регистра открыты, ибо на вторые входы напряжение со стороны ключа И2
не поступает. Одновременно в декодирующем регистре происходит в продолжение всехn
=31
тактов деление кодовой комбинации (полином Р(х)
на порождающий полином g
(
х)
). Схема декодирующего регистра полностью аналогична схеме деления кодера, которая подробно рассматривалась выше. Если в результате деления получится нулевой остаток -
синдром S
(х)
=
0, топоследующие тактовыеимпульсы спишут информационные элементы на выход декодера. При наличии ошибок в принятой комбинациисиндром S(х)
не равен 0. Это означает, что после n
-
го(31) такта хотя бы водной ячейкедекодирующего регистра будетзаписана “
1”. Тогдана выходе схемы ИЛИ появится сигнал. Ключ2 (схема И2
) сработает, схемы НЕТ буферного регистра закроются, а очереднойтактовый импульс переведет все ячейки регистра в состояние "0". Неправильно принятаяинформация будетстерта. Одновременно сигнал стиранияиспользуется как команданаблокировку приемника и переспрос. Пусть требуется передавать информацию за временной интервал Т который называется темпом передачи информации Критерий отказа tотк
-
это суммарная длительность всех неисправностей,
которая допустима за время Т. Если время неисправностей за промежуток времени Т превысит tотк
, то система передачи данных будет находиться в состоянии отказа, С учетом выбранных параметров кода W = R*B*(Tпер
– tотк
), (7.1) где R - наибольшая относительная пропускная способность для выбранных параметров циклического кода. W = 0,695∙1200∙(580-60)=433680 бит Максимальная скорость работы по каналу равна скорости модуляции В = 1200 Бод. Распределение вероятности возникновения хотя бы одной ошибки на длине n определяется по формуле (1.2) P(>=1, n) = Распределение вероятности возникновения ошибки кратности t и более на длине n определяется по формуле (1.3) для она равна P(>= t, n) = для P(>= t, n) = Время распределения определим по формуле (3.9): Максимальная скорость работы по каналу равна скорости модуляции В = 200 Бод. Распределение вероятности возникновения хотя бы одной ошибки на длине n и распределение вероятности возникновения ошибки кратности t и более на длине n такие как в прямом ДК. Емкость накопителя М определяется по формуле (3.8) где tp
– время распространения сигнала по каналу связи, с; tk
– длительность кодовой комбинации из n разрядов, с. Время распространения сигнала по каналу связи и длительность кодовой комбинации из n разрядов определим по формулам (3.9): где L – расстояние между оконечными станциями, км; v – скорость распространения сигнала по каналу связи, км/с; B – скорость модуляции, Бод. Будем считать, что tс
= tк
= 0,02583 сек tа.к.
= tа.с.
= 0.5 tк
= 0,012915 сек Для правильного построения диаграммы совершенно необходимо соблюдать временной масштаб и учитывать соотношение между величинами tс
, tк
, tа.к.
, tа.с.
, tр
. tож
= tp'
+ tр’’
+ tак
+ tас
+ tc
, (8.1) где tp'
– время распределения по прямому ДК tр’’
- время распределения по обратному ДК tак
– время анализа канала tас
- время анализа сигнала Таким образом, tож
=2*0,05875+2*0,012915+0,02583= 0,16916 сек Временная диаграмма (рисунок 6) иллюстрирует работу системы с РОСНП
и блокировкой при обнаружении ошибки во второй комбинации в случае с h=8. Как видно из диаграммы, передача комбинации ИИ осуществляется непрерывно до момента получения передатчиком сигнала переспроса. После этого передача информации от ИИ прекращается на время tож
и 8 комбинаций начиная со второй. В это время в приемнике стираются h комбинаций: вторая комбинация, в которой обнаружена ошибка (отмечена звездочкой) и 6 последующих комбинаций (заштрихованы). Получив переданные из накопителя комбинации (от второй до 8-ой включительно) приемник выдает их ПИ, а передатчик продолжает передачу последующих комбинаций. Рисунок 6
– Временная диаграмма работы системы Уральск - 0 км; Актюбинск - 1004,5 км; Кызылорда - 1893,5 км; Шымкент – 2100 км; Тараз - 2453,5 км; Алматы - 3500,5 км; Караганда – 4020,5 км; Астана - 4700 км. Рисунок 7
– Выбор магистрали по карте РК В ходе выполнения данной курсовой работы я · пояснила сущность модели частичного описания дискретного канала (модель Пуртова Л.П.); · построила структурную схему системы с РОСнп
и блокировкой и структурную схему алгоритма работы системы; · определила оптимальную длину кодовой комбинации n, при которой обеспечивается наибольшая относительная пропускная способность R, а также число проверочных разрядов в кодовой комбинации r, обеспечивающих заданную вероятность необнаружения ошибки; · нашла параметры циклического кода n, k, r; · выбрала тип образующего полинома g(x) с учетом последней цифры з.к.; · построила схему кодера и декодера для выбранного g(x) и пояснила их работу; · получила схему кодирующего и декодирующего устройства циклического кода своего варианта, а также собрала схему с применением пакета «SystemView»; · определила объем передаваемой информации W при заданном темпе Tпер
и критерии отказа tотк,
емкость накопителя М; · рассчитала надежностные показатели основного и обходного каналов; · построила временную диаграмму работы системы. В результате мной была выполнена основная задача курсовой работы – моделирование телекоммуникационных систем. 1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: 2-е изд. /Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - 1104 с. 2. Прокис Дж. Цифровая связь. Радио и связь, 2000.-797с. 3. А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. - М.:-2002. 4. Фирменный стандарт. Работы учебные. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию. ФС РК 10352-1910-У-е-001-2002. – Алматы: АИЭС, 2002. 5. 1 Шварцман В.О., Емельянов Г.А. Теория передачи дискретной информации. – М.: Связь, 1979. -424 с. 6. Передача дискретных сообщений / Под ред. В.П. Шувалова. - М.: Радио и связь, 1990. -464 с. 7. Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. - М.: Радио и связь, 1982. - 240 с. 8. Пуртов Л.П. и др. Элементы теории передачи дискретной информации. – М.: Связь, 1972. – 232 с. 9. Колесник В.Д., Мирончиков Е.Т.. Декодирование циклических кодов.- М.: Связь, 1968. Кодер циклического кода
Рисунок А.1 –
Схема кодера циклического кода, выполненная с применением пакета «SystemView» Рисунок А.2 –
Входные и выходные сигналы кодера циклического кода Декодер циклического кода
Рисунок Б.1 –
Схема декодера циклического кода, выполненная с применением пакета «SystemView» Рисунок Б.2 –
Входные и выходные сигналы декодера циклического кода Рисунок В.1 –
Входные и выходные последовательности для кодера и декодера циклического кода Размещено на http://www.
| |||||