Методические указания. Методические указания по выполнению курсового проекта. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Общая теория передачи информации

• Название: Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Общая теория передачи информации
• Анкор: Методические указания
• Дата: 14.11.2022
• Размер: 0.89 Mb.
• Имя файла: Методические указания по выполнению курсового проекта.docx
• Тип: Методические указания; #788119
• страница: 1 из 5

ФЕДЕРАЛЬНОЕ Государственное АВТОНОМНОЕ образовательное учреждение высшего образования

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(НИУ «БелГУ»)

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНЫХ И ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Общая теория передачи информации»

для студентов очной и заочной форм обучения

направления подготовки бакалавров

11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

БЕЛГОРОД 2018

Кафедра Информационно-телекоммуникационных систем и технологий


Методические указания

по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Общая теория передачи информации»

Направление подготовки

11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Автор-составитель: профессор кафедры информационно-

телекоммуникационных систем и технологий С.П. Белов


Содержание

Общие сведения……………….……………………………………………….4

1.1 Параметры и характеристики каналов связи…………………...………..6

1.2 Характеристики помех в каналах связи....................................................11

1.3 Расчет скорости модуляции и полосы пропускания дискретного

канала ………………………………………………………………………...16

1.4 Общие методические рекомендации………………………..………......19

1.5 Выбор метода передачи и модуляции………………….…………..........23

1.6 Расчет помехоустойчивости приема единичных элементов………......28

1.7 Порядок проектирования УПС…………………………………….….....34

1.8 Проектирование устройств защиты от ошибок………………………...43

1.8.1 Краткая характеристика и выбор способов защиты………………..43

1.8.2 Выбор помехоустойчивого кода……………………………………..49

Список использованных источников………………………………..………59

Процедура оценивания результатов освоения основной образовательной программы в ходе курсового проектирования по дисциплине «Общая теория передачи информации» ……...……………………………………....61

Приложение 1 Таблица значений функций Крампа……………………......70

Приложение 2 Таблица оценки вероятности ошибки……………………...71

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основными характеристиками, определяющими качество и эффективность передачи данных, являются скорость и верность передачи, а также удельная скорость. Немаловажным показателем является сложность аппаратурной реализации, опре­деляющая ее стоимость. При выборе вариантов проектируемой аппаратуры необходимо остановиться на том, который при ра­венстве одного или нескольких показателей обеспечивает более высокие остальные. Однако в зависимости от назначения техни­ческих средств часто приходится ухудшать одни показатели (на­пример, стоимость или скорость) с целью обеспечения более вы­соких других показателей.

Скорость передачи информации Vравна количеству инфор­мации, передаваемой по каналу связи за единицу времени [бит/ с]:
(1.1)
где m_C— количество позиций сигнала; ₀ — длительность единич­ного элемента сигнала.

Для двухпозиционных сигналов
(1.2)
Величина 1/₀ определяет количество элементов, передавае­мых по каналу связи в секунду, и носит название скорости моду­ляции В (Бод):
B=1/₀ (1.3)
Таким образом, для двоичных систем скорости передачи информации и модуляции совпадают. Применение мно­гопозиционных сигналов позволяет при одной и той же скорости модуляции повысить, по сравнению с двухпозиционными систе­мами, скорость передачи.

При разработке АПД (аппаратуры передачи данных) следует иметь в виду, что соответствую­щим ГОСТ установлен ряд скоростей передачи: для телеграфных каналов 50, 75, 100 и 200 бит/с; для каналов то­нальной частоты 300(200), 600, 1200, 2400, 3600, 4800, 7200, 9600 бит/с; для широкополосных 6, 12, 24, 48, 72 и 96 кбит/с. При разработке аппаратуры передачи дискретной информации по физическим линиям необходимую скорость передачи также сле­дует выбирать из приведенного ряда скоростей.

Верность передачи данных количественно оценивается веро­ятностями ошибочного приема единичных элементов P₀ и кодо­вой комбинации Ркк, которые определяются следующим образом:
(1.4)
где п_ош, N_ош— количество ошибочно принятых единичных эле­ментов и кодовых комбинаций соответственно; п, N_п— количест­во переданных единичных элементов и кодовых комбинаций со­ответственно.

В связи с ограниченным числом п и N_пна практике вместо вероятностей Р₀и Р_кк используют коэффициенты ошибок по эле­ментам К₀и по кодовым комбинациям К_кк.:
(1.5)
Для телефонных каналов коэффициент К₀нормируется реко­мендацией МККТТ V53. Его величина зависит от типа канала, скорости модуляции. Значения К₀ приведены в Таблице 1.1.

Коэффициент ошибки по кодовым комбинациям независимо от типа канала и скорости передачи должен быть не более 110^-6.

Удельная скорость передачи _э характеризует эффективность использования канала связи и численно равна количеству передаваемых бит на 1 Гц полосы:
(1.6)
где — эффективная полоса пропускания канала.
Таблица 1.1

Тип канала связи	Скорость модуляции, Бод	Вероятность (коэффициент ошибки)
Коммутируемый канал (КК)	300	110-4
	600; 1200	110-3
Некоммутируемый (выделенный) канал (НКК)	300; 600; 1200	510-5

Без применения амплитудно-фазовых корректоров _э , как пра­вило, не превышает 0,39 бит/Гц, а с применением автоматиче­ских корректоров — 3,2 бит/Гц и выше. Повышение удельной ско­рости связано с увеличением сложности аппаратурной реализа­ции и соответственно ее стоимости, поэтому при проектировании АПД для реальных условий необходимо учитывать объем пере­даваемых сообщений, стоимость аренды каналов и т. д. Задачей учебного проектирования является разработка АПД, удовлетво­ряющей заданным требованиям при минимальной стоимости ап­паратурной реализации.
1.1 Параметры и характеристики каналов связи

Для организации обмена и передачи данных от абонента к узлу коммутации используются стандартные телефонные каналы тональной частоты (ТЧ). Каналы тональной частоты предназначались для организации телефонной связи между абонентами одного города или различных населенных пунктов и не учитывали особенностей передачи дискретных сигналов. Параметры каналов, которые практически не оказывали влияния на качество передачи теле­фонных сообщений, заметно ухудшают качество передачи дис­кретной информации, особенно при передаче на скоростях 2400 бит/с и выше. Поэтому при проектировании АПД по теле­фонным каналам связи необходимо учитывать их особенности, чтобы обеспечить требуемое качество передаваемой информации.

Одной из характеристик каналов связи является относитель­ный уровень сигнала. Относительные уровни по мощности, на­пряжению и току измеряются в децибелах (дБ) и определяются следующими формулами соответственно:
(1.7)
где Р_х, U_хи I_х— мощность, напряжение и ток в измеряемой точ­ке х; Р_исх, U_исх и I_исх — мощность, напряжение и ток в точке ка­нала, принятой за исходную.

Если в качестве исходных приняты Р_исх =1 мВт; U_исх = 0,775 В и I_исх =1,29 мА, то такие уровни называют абсолют­ными. Напряжение и ток в этом случае определены для сопротив­ления R_н=600Ом. Если сопротивление нагрузки канала не рав­но 600 Ом, то исходные значения напряжения тока определяют по формулам:
(1.8)
Измерительный уровень — абсолютный уровень в данной точ­ке, когда уровень на входе канала равен 0 дБ. От относительных уровней можно легко перейти к абсолютным по формулам, полу­ченным из (1.7):
(1.9)
Величина a=101g(Р_вх/Р_х)=20lg(U_вх/U_х) называется зату­ханием участка линии связи. Соотношение между уровнями на входе р_вхи выходе р_выхканала определяет его остаточное зату­хание:
. (1.10)
Общее затухание кабельной линии связи длиной l_к равно а_л=аl_к, где а_л [дБ/км] — затухание единицы длины линии. Если канал связи состоит из iучастков, вносящих затухание a_iи jучастков с усилением S_j, то остаточное затухание всего канала вычисляется по формуле
,

где — усиление j-го участка.

Для повышения помехозащищенности сигналов необходимо увеличивать уровень передачи. Однако предельный уровень на входе стандартных каналов строго нормируется, так как превышение мощности сигнала может привести к перегрузке и выходу из строя каналообразующей аппаратуры. Так, например, пре­дельный уровень сигналов передачи данных для каналов ТЧ в точке нулевого измерительного уровня (установленного для пе­редачи сигналов телефонных сообщений) должен составлять 32мкВт (-15дБ), хотя в отдельных случаях допускается -13дБ.

Рисунок 1.2 Схема коммутируемого канала ТЧ (а) и диаграммы уровней (б)
Сеть линейных сооружений ГТС состоит из соединительных линий (СЛ) и абонентских линий (АЛ). Посредством СЛ соеди­няются между собой узлы коммутации ГТС. Абоненты телефон­ной сети связаны с узлами коммутации абонентскими линиями. Передача данных может быть организована как по цепям кабе­лей существующей ГТС, так и по специально выделенным кабельным линиям. На рисунке 1.2,а представлена схема коммути­руемого канала ТЧ с междугородной линией связи и распределе­ние затуханий по участкам канала, а на рисунке 1.2,6— диаграмма уровней для телефонных сообщений 1 и сигналов передачи дан­ных 2. Сигналы от АПД, являющейся абонентом телефонной се­ти, по абонентской двухпроводной физической линии АЛ пода­ются на АТС, проходят через приборы коммутации ПК и далее по соединительным линиям СЛ поступают на автоматическую междугородную телефонную станцию АМТС. Дифференциальная система ДС осуществляет переход с двухпроводной СЛ город­ской АТС на четырехпроводное окончание междугородной стан­ции АМТС. Для согласования уровней сигналов на выходе при­боров коммутации ПК с высокочастотной системой передачи ВЧ применяется согласующий удлинитель У_дл.

Вследствие большой загрузки канала (длительная передача данных) исходящий уровень сигналов передачи данных для ка­налов ТЧ устанавливается на 13 или даже на 15 дБ ниже уровня сигналов, чем при телефонной передаче. При определении уров­ней сигналов за точку номинального относительного уровня передачи принимается двухпроводный вход стандартного кана­ла ТЧ (на входе дифференциальной системы ДС). Номинальный относительный уровень передачи на частоте 800 Гц в этой точке равен 0 дБ. Уровни по мощности, отнесенные к точке с нулевым измерительным уровнем, обозначают через дБмО. В четырехпроводной части стандартного канала ТЧ номинальный относитель­ный уровень передачи должен быть равен — 13дБ, а уровень приема (на выходе канала) +4дБ.

Как видно из приведенной диаграммы уровней, затухание го­родского участка не должно превышать 10 дБ, а общее затуха­ние между абонентами составляет 27 дБ.

Пример 1.1 Относительный уровень сигнала в точке А линии связи ра­вен -4,3 дБ. Определить абсолютный и измерительный уровни в этой точке при условии, что мощность сигнала на входе линии равна 200 мВт.

Определим по (1.9) мощность сигнала в точке А:
P_A= P_вх10^{0, 1рАотн} = 20010^-0,43 = 74,3 мВт.
Вычислим абсолютные уровни на входе линии р_{вх абс} и в точке А p_{A вх абс}.
р_{вх абс} = 10lg200 = 23 дБ;
p_{A вх абс} = 10lg74,3 =18,7 дБ.
Остаточное затухание участка линии
а_ост = р_{вх абс} -p_{A вх абс} =23 - 18,7 = 4,3 дБ.
Измерительный уровень, по определению, равен р_изм = р_вх - а_ост при р_вх = 0дБ, т. е. р_изм = 0 - 4,3 = - 4,3 дБ.
Пример 1.2 По линии связи, имеющей километрическое затухание а_л = 0,175 дБ/км, необходимо обеспечить передачу сигналов на расстояние l_к = 80 км. Определить остаточное затухание линии и мощность сигнала на выходе при условии, что входная мощность сигнала равна Р_вх = 3 мВт,

Остаточное затухание линии равно
а_ост = а_л l_к = 0,17580= 14 дБ.
Определим абсолютный уровень сигнала на входе линии
р_{вх абс} = 10lg(Р_вх / Р_исх) = 4,77 дБ.
Уровень выходного сигнала определяется разностью
р_вых = р_вх - а_ост = 4,77 - 14 = -9,23 дБ.
По (1.9) находим мощность сигнала на выходе линии
Р_вых = Р_исх 10^0,1рвых = 110^-0,19,23 = 0,119 мВт.
1.2 Характеристики помех в каналах связи

В линиях и каналах связи, используемых для передачи данных, действуют как аддитивные, так и мультипликативные помехи. Аддитивные помехи содержат три составляющие: флуктуационную, гармоническую (сосредоточенную по частоте) и им­пульсную (сосредоточенную во времени).

Флуктуационная помеха в полосе частот канала ТЧ в боль­шинстве случаев имеет нормальное распределение, а ее спектр, приблизительно соответствует спектру белого шума. Причинами флуктуационных помех являются не только собственные шумы активных и пассивных элементов каналообразующей аппарату­ры, но и взаимное влияние между отдельными каналами ТЧ высокочастотного тракта или цепями кабельных линий, а также внешние электромагнитные воздействия. Характеристики адди­тивных флуктуационных помех в каналах ТЧ и физических ли­ниях связи (кабелях ГТС) являются псофометрическое напряже­ние (мощность) и уровень невзвешенного шума. Псофометриче­ское напряжение характеризует помехи в телефонных цепях, а невзвешенный шум применяется для оценки уровня помех в цепях передачи данных. Первая величина измеряется псофометром — прибором с квадратичным детектором и специальным кон­туром, учитывающим чувствительность человеческого уха, микро­фона и телефона к напряжениям различных частот. Вторая величина измеряется прибором с квадратичным детектором и временем интегрирования 200 мс. В дальнейшем, говоря о флук­туационных помехах, будем иметь в виду невзвешенный шум в определенной полосе частот.

Для стандартных каналов ТЧ, используемых для передачи данных, установлены нормы на среднее значение помехи, кото­рое за любой час измерений для каналов l_к<2500 км в точке нулевого относительного уровня должно составлять -46дБ. Для каналов с l_к>2500 км нормированная величина помехи рав­на [дБ]
. (1.11)
Верность канала передачи данных зависит не столько от уровня помехи, сколько от разности уровней сигнала р_си поме­хи р_пхарактеризующей помехозащищенность АПД. Для норми­рованных значений остаточного затухания и помех в каналах l_к<2500 км эта величина составляет р = р_с - р_п = -15 - (-46) = 31 дБ.

Остаточное затухание и уровень помех в канале ТЧ могут от­личаться от нормированных значений, что приводит к изменению помехозащищенности. Экспериментальные исследования каналов показывают, что реальная помехозащищенность сигнала на кана­лах больших протяженностей с достаточно большой вероят­ностью может лежать в пределах 10—20 дБ при среднем значе­нии 30 дБ. При расчете искажений дискретных сигналов на вы­ходе демодулятора используется р.

Важнейшим видом гармонических помех, появляющихся на абонентских линиях телефонной сети, являются напряжения фона переменного тока частотой 50 Гц и их высших гармоник, а также синусоидальные помехи более высоких частот, попадаю­щие в канал за счет передачи по соседним линиям служебных сигналов (импульсов абонентской платы, сигналов селекторного вызова и пр.). Фоновые напряжения частотой 50 Гц могут дос­тигать эффективного значения до 100 мВ

Максимальное напряжение наводки в соседних жилах от пере­дачи импульсов абонентской платы может достигать 7 мВ в диапазоне частот 10—16 кГц.