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: 3 из 5

т_с.

Последовательный способ передачи предпочтительнее при пе­редаче информации по каналам связи с относительно хорошими и стабильными характеристиками (некоммутируемые междуго­родные КС). Для передачи данных на небольшие расстояния, при использовании каналов с низким качеством (коммутируемые ве­домственные каналы, внутризаводские телефонные линии связи, радиотелефонные каналы низовой связи), при передаче данных по радиоканалам с подвижных объектов во многих случаях целе­сообразно использование параллельного способа.

Весьма перспективными являются УПС с последовательно-параллельным способом передачи, при котором часть битов ко­довой комбинации передается параллельными посылками, кото­рые в свою очередь следуют друг за другом, что позволяет объе­динить преимущества последовательного и параллельного спо­собов.

Вид модуляции сигналов в УПС для каждого конкретного слу­чая проектирования выбирается на основе отдельных критериев, так как единого обобщенного критерия для сравнения различных методов модуляции, которым можно было бы воспользоваться на практике, нет. В качестве таких критериев наиболее распростра­ненными являются: помехоустойчивость, требуемая полоса час­тот, относительная сложность аппаратуры (по сравнению с двух­полосной AM). Решающим фактором при определении метода модуляции является его помехоустойчивость. Требуемая вероят­ность ошибочной регистрации может быть обеспечена путем при­менения различных методов модуляции, отличающихся удельной скоростью, сложностью аппаратурной реализации и другими па­раметрами. Наименьшей помехоустойчивостью обладают УПС с AM. Для обеспечения коэффициента ошибок не более 10^-4, т. е. одного неверно принятого единичного элемента на 10 000 передан­ных при AM, требуется, чтобы эффективное напряжение сигна­ла U_cэф было на порядок выше эффективного значения помехи U_{п эф} (q=U_{с эф}/U _{п эф}>10). В то же время аппаратурная реали­зация такого УПС является самой простой. Наибольшей поме­хоустойчивостью обладает метод ФМ с двумя боковыми полоса­ми (q≈2). ЧМ занимает промежуточное значение по помехоус­тойчивости (q≥6), а его реализация проще по сравнению с ФМ. Преимуществом ЧМ является также независимость коэф­фициента ошибок от сдвига частоты в канале (до ± 10 Гц) и скачков фазы (до 40°). Эти же возмущения в фазовых УПС приводят к появлению ошибок. Поэтому метод ЧМ является более предпочтительным при передаче информации по коммути­руемым каналам ТЧ, а также по радиотелефонным каналам связи. В случае наличия некоммутируемых каналов ТЧ или пе­редачи данных по междугородным каналам и необходимости передачи с более высокой скоростью следует применять много­позиционные (многоуровневые, многофазовые или комбиниро­ванные) методы модуляции.

Еще более высокую скорость могут обеспечить методы пере­дачи с одной боковой полосой, однако сложность такой аппара­туры возрастает, а помехоустойчивость снижается. Их приме­няют в УПС для передачи данных по некоммутируемым теле­фонным каналам связи.

Все эти особенности, а также большой опыт разработки УПС, накопленный в мировой практике, учтены в рекоменда­циях МККТТ серии V, которые являются обязательными для применения при проектировании аппаратуры передачи данных, предназначаемой для работы на международных каналах свя­зи.

Рекомендация V.1 устанавливает соответствие между двоич­ными символами и значащими позициями двухпозиционного кода. Одну из двух значащих позиций в рекомендациях МККТТ принято называть «холостой» («стартом») и обозначать через А, а другую «рабочей» («стопом») и обозначать через Z. Реко­мендация V.1 предусматривает: символ «1» двоичной системы счисления должен соответствовать позиции Zмодуляции, а сим­вол «0» — позиции А модуляции.

Рекомендация V.2 относится к допустимым уровням мощно­сти при передаче данных по каналам ТЧ. Эти ограничения не­обходимы для предотвращения перегрузки групповых трактов аппаратуры городских и междугородных линий связи, которая может возникнуть при подаче в точку нулевого измерительного уровня сигналов с уровнем выше— 15 дБмО/32 мкВт — мощность сигнала при телефонной передаче.

Рекомендация V.2 для передачи по коммутируемым каналам предписывает: в системах с непрерывной передачей несущей частоты, таких, как системы с ЧМ и ФМ, уровень мощности або­нентского оборудования, должен быть установлен таким, чтобы номинальный уровень сигнала в точке нулевого измерительного уровня не превышал—10 дБмО (симплексные системы) или —13 дБмО (дуплексные системы); в системах, в которых несу­щая частота не передается непрерывно, таких, как AM или мно­гочастотные системы, могут использоваться более высокие уров­ни. При этом средняя мощность всех сигналов в той же точке в течение любого часа при двух направлениях передачи не должна превышать 64 мкВтО, что соответствует среднему уровню —15 дБмО для каждого из направлений одновременной переда­чи. Рекомендации МККТТ V.2 соответствует ГОСТ 26557—85.

В процессе проектирования устройств преобразования сигна­лов для коммутируемых и некоммутируемых (выделенных) ка­налов телефонной связи необходимо учитывать нормы, установ­ленные рекомендациями МККТТ V.53 на вероятность (част­ность) ошибочного приема единичных элементов, которая определяется типом канала связи и скоростью модуляции, т. е. спроектированное УПС должно обеспечивать вероятность оши­бочного приема по элементам Р_оне хуже значения, указанного в Таблице 1.1.

1.6 Расчет помехоустойчивости приема единичных элементов

При оптимальном приеме полностью известных двоичных сиг­налов, передаваемых по каналу с постоянными параметрами и аддитивной помехой типа «белый шум», выражение для вероят­ности ошибки имеет вид
(1.24)
где E₁и Е₀— энергия единичных сигналов S₁(t)и S₀(t); — коэффициент корреляции между сигналами S₁(t)и S₀(t);N₀ — спектральная плотность помехи; Ф(х)—табулированная функ­ция Крампа.

Для сигналов равных энергий при использовании амплитуд­ной, частотной (ортогональных сигналов) и фазовой манипуля­ции вероятности ошибки зависят от параметра h²=E_c/N₀:
(1.25)
(1.26)
(1.27)
Данные выражения определяют потенциальной помехоустой­чивость. Для реализации потенциальной помехоустойчивости не­обходимо обеспечить когерентный прием и идеальное согласова­ние АЧХ—ФЧХ тракта со структурой и параметрами сигнала. Если идеальное согласование характеристик канала связи с па­раметрами сигнала отсутствует, но прием когерентный, то ве­роятность ошибочной регистрации единичных элементов зависит не от отношения энергии сигнала к спектральной плотности по­мехи h, а от отношений эффективных значений напряжений сиг­нала U_{c эф} и помехи U_{п эф} (среднеквадратическое _п значение на­пряжения помехи):
q=U_{c эф}/U_{п эф}=U_{c эф}/_п
— для АМ-сигналов, (1.28)
—для ортогональных ЧМ-сигналов, (1.29)
— Для ФМ-сигналов. (1.30)
В общем случае для многократной ФМ с т_спозициями веро­ятность ошибочной регистрации Р_0ФМопределяется выражением
(1.31)
Связь между hи qвыражается зависимостью
(1.32)
где F_пф — ширина полосы пропускания приемного фильтра.

На практике вследствие трудностей реализации когерентно­го приема распространение получил некогерентный. Для ампли­тудной манипуляции при больших отношениях сигнала к помехе (q>>1) вероятность ошибки равна
(1.33)
Для ЧМ при узкополосном приеме и по мгновенной частоте
, (1.34)
а при широкополосном приеме с интегрированием после детектора
(1.35)
Когерентный метод приема ФМ-сигналов не нашел примене­ния из-за наличия «обратной работы». Широкое распростране­ние приобрели методы относительной фазовой модуляции (ОФМ). Вероятности ошибок при использовании этих методов определяются по следующим формулам:
— ОФМ со сравнением фаз, (1.36)
—ОФМ со сравнением полярностей. (1.37)
Для метода двукратной относительной фазовой модуляции (ДОФМ) в приемнике со сравнением фаз , а со сравнением полярностей
(1.38)
При применении многочастотных систем при т_счастотных по­зициях
(1.39)
Пример 1.3 По каналу ТЧ передаются данные со скоростью модуляции В=600Бод. Среднеквадратическое напряжение флуктуационной помехи в полосе канала связи на его выходе составляет 1,2мВ. Остаточное затуха­ние канала связи 31,36дБ. Эффективное значение напряжения сигнала на входе канала равно 0,133В. Определить вероятности ошибочной регистра­ции:

а) при оптимальном приеме ЧМ-ортогональных AM- и ФМ-сигналов;

б) при приеме ОФМ-сигналов методами сравнения фаз и сравнения поляр­ностей;

в) при неоптимальном некогерентном приеме по огибающей ЧМ-сигналов (прием сигналов с активной паузой).

При расчетах предполагается, что помеха имеет равномерную спектральную плотность в полосе используе­мого канала связи.

Определим абсолютный уровень передачи сигнала
р_{с вх} = 20 lg(U_c/0,775) = 20 lg(0,133/0,775) = -15,3 дБ.
Уровень сигнала на выходе канала равен
р_{с вых} = р_{с вх} - а_ост = -15,3 -31,36 = -46,66 дБ.
Абсолютное значение сигнала на выходе канала определяется по (1.9):
U_{с вых} = 0,77510^-46,66/20 = 3,610^-3 В.
При передаче данных модулированными колебаниями с двумя боковыми полосами необходимая ширина полосы частот канала при скорости модуля­ции В равна F_к =1,42 В. С учетом (2.10) определим отношение сигнал/ помеха на входе приемника:

Вероятности ошибочной регистрации при оптимальном приеме при ис­пользовании ЧМ-ортогональных, AM- и ФМ-сигналов соответственно равны:
ЧМ: Р_0ЧМ = 0,5[1 - Ф(3,57)] = 210^-4 ;
АМ: Р_0АМ = 0,5[1 - Ф(3,57/ )] = 610^-3 ;
ФМ: Р_0ФМ = 0,5[1 - Ф(5)]  310^-7 .
Вероятности ошибочной регистрации при приеме ОФМ-сигналов метода­ми сравнения фаз и сравнения полярностей, а также при неоптимальном приеме по огибающей ЧМ-сигналов соответственно равны:
Р_ОЧМсф = 0,5exp(-q²) = 6,210^-5 ;
Р_ОФМсп = 0,5[1 - Ф²(4,24)] = 210^-5 ;
Р_ЧМ = 0,5exp(-4,5) = 5,5510^-3 ,
где q = 3,6/1,2 = 3.
Пример 1.4 Рассчитать минимально допустимый уровень сигнала на вхо­де канала, выбрать вид модуляции сигналов, а также метод приема, обес­печивающие при наиболее простой аппаратурной реализации вероятность ошибочного приема единичных элементов не хуже 110^-4, при передаче дан­ных со скоростью 2400 бит/с по каналу ТЧ при следующих условиях: в ка­нале присутствует аддитивная флуктуационная помеха, эффективное значе­ние которой при измерении прибором с фильтром с полосой пропускания 0,3—3,4 кГц составило 1,7 мВ. Остаточное затухание тракта между пере­датчиком и приемником равно 36 дБ. Максимально допустимый уровень на входе тракта не должен превышать -4 дБ. Согласно рекомендации МККТТ V.26 при скорости передачи 2400 бит/с выбираем двухкратную относительно фазовую модуляцию (ДОФМ) со скоростью модуляции в канале В = 1200 Бод.

Определим минимально допустимый уровень сигнала на входе приемни­ка для ДОФМ со сравнением фаз и полярностей по (1.36), (1.37) соответ­ственно. Для приемника с ДОФМ со сравнением фаз Р₀ = 0,5 ехр(q²/2)10^-4 =0,5e^-q2/2,откуда q = 4,13. Тогда U_cэф = U_пэфq= 1,74,13 = 7 мВ, что соответствует —40,9 дБ. Чтобы обеспечить такое значение сигнала на вы­ходе канала, уровень сигнала на входе тракта должен быть выше на вели­чину затухания
р_{с вх} = р_{с вых} + а_ост = -40,9+36 = -4,9 дБ.
При этом должно соблюдаться условие р_{с вх} < р_{с доп}. Это условие выполняется, так как -4,9дБ<-4дБ. Для приемника с ДОФМ со сравнением полярностей из (1.37):
Ф(q) = 0,9999; q = 3,9;
U_cэф = 1,73,9 = 6,63 мВ;
р_{с вых} = 20 lg(6,63/775) = -41,3 дБ;
р_{с вх} = -41,3 + 36 = -5,3 дБ.
Для этого метода приема р_{с вх} < р_{с доп}. Таким образом из двух методов выбираем ДОФМ со сравнением полярностей, так как он более прост.

Большая часть ошибок в процессе передачи данных возни­кает за счет кратковременных перерывов в каналах связи. При наличии кратковременных перерывов больше длительности еди­ничного интервала ₀ возможно пропадание единичного элемен­та независимо от вида модуляции. В течение такого перерыва вероятность ошибки будет равна 0,5. Следовательно, количество ошибочно зарегистрированных элементов, вызванных одним пе­рерывом длительностью t_пр, приблизительно, равно n_ош  0,5t_пр/₀. Зная среднюю величину перерывов и интенсив­ность их появления _пр (количество перерывов в час), определя­ют вероятность ошибки за любой промежуток времени:
(1.40)
где — средняя длительность перерывов при учете прерываний длительностью свыше ₀.

Пример 1.5 Определить вероятность ошибки при передаче данных по стандартному телефонному каналу со скоростью В=1200 Бод, если интен­сивность перерывов _пр в канале связи с длительностью более 1/В_ равна 52 ч^-1. Средняя величина при учете тех перерывов, в которых >₀, равна 7 мс.

Согласно (2.18) получим
.
1.7 Порядок проектирования УПС

Проектирование устройств преобразования сигналов целесо­образно проводить в следующем порядке.

Рассчитать необходимую скорость передачи данных (1.24) ис­ходя из объема передаваемой информации, ориентировочного количества служебных символов и допустимого времени пере­дачи. На основании рекомендаций МККТТ и соответствующих требований ГОСТ выбрать стандартную скорость, тип дискрет­ного канала и способ передачи.

Определить необходимую длительность единичных элементов (1.2) — (1.3), рекомендуемую несущую частоту, девиацию часто­ты (для ЧМ), значение скачка фазы (для ФМ) или скачка фа­зы и амплитуды (для АФМ) и определить индекс модуляции. Для выбранного метода модуляции рассчитать по­лосу пропускания фильтров передачи и приема (1.19) — (1.21), частоты вспомогательного генератора преобразователя и цент­ральных полосовых фильтров.

На основании скорости модуляции и типа канала выбрать допустимую вероятность ошибочного приема единичных элемен­тов УПС Р₀(см. Таблицу 1.1). При передаче данных по физической линии требования по вероятности ошибки считать аналогич­ными.

Рассчитать необходимое отношение сиг­нал/помеха qдля метода демодуляции с наиболее простой тех­нической реализацией и найти минимально допустимое эффек­тивное напряжение U_{c эф} и абсолютный уровень р_{с вых} сигнала на выходе канала (входе приемника).

С учетом остаточного затухания канала связи найти мини­мально допустимый уровень сигнала на входе канала (выходе передатчика) р_свх (1.10). Проверить, выполняется ли условие (1.23). В случае невыполнения необходимо изменить метод мо­дуляции на более помехоустойчивый, например вместо узкопо­лосной ЧМ применить широкополосную или ОФМ и повторить расчет для уточненного метода.

Выбрать способ синхронизации и рассчитать параметры схе­мы. При этом следует помнить, что наиболее эффективными яв­ляются устройства без непосредственного воздействия на часто­ту генератора с дискретным управлением. Для АПД упрощен­ного типа и при отсутствии в канале длительных перерывов воз­можно использование устройств синхронизации разомкнутого типа с резонансным контуром. В многочастотных устройствах передачи данных при числе частот более 12 можно применить синхронизацию с помощью пилот-сигналов, если этот способ обеспечивает существенное упрощение схемы синхронизации по сравнению с вышеназванными способами. На основе исправляю­щей способности _эфвычислить максимально допустимую по­грешность синхронизации _с и определить коэффициент нестабильности частоты задающего генератора