Методические указания. Методические указания по выполнению курсового проекта. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Общая теория передачи информации
Скачать 0.89 Mb.
|
kf, а также коэффициенты деления реверсивного счетчика S, делителя частоты mд и частоту задающего генератора. В стартстопных системах нет необходимости на приемной стороне устанавливать устройство синхронизации по единичным элементам. Достаточно, исходя из погрешности синхронизации, определить максимально допустимую длину цикла распределителя при использовании задающего генератора с коэффициентом нестабильности 10-6 и среднеквадратическим отклонением 10-4. Для систем с фазовой модуляцией рассчитать параметры устройства выделения когерентных колебаний УВКК (по методике расчета устройств синхронизации с дискретным управлением), полагая погрешность синхронизации опорных колебаний 1-2%. Расчет среднеквадратического отклонения фазы кв несущего колебания частотой fн от номинального значения на выходе полосового фильтра с шириной полосы пропускания Fпф и отношения сигнал/помеха qможно производить по формуле кв = fн / (qFпф). Распределив погрешность синхронизации на статическую и динамическую составляющие, вычислить допустимый коэффициент нестабильности частоты опорного генератора kf,а также определить коэффициенты деления S и mд УВКК и частоту опорного генератора. Не забывайте, что на вход фазового дискриминатора УВКК опорные колебания должны подаваться с частотой в 2lвыше несущей, где l — кратность модуляции. С учетом обобщенной структурной схемы УПС (см. рисунок 2.1) и структурных схем блоков синхронизации, регистрации, демодулятора составить детальную функциональную схему устройства преобразования сигналов. В состав схемы УПС необходимо также включить блок подключения аппаратуры к каналу связи и устройство автоматического вызова и указать соответствующие цепи стыка. Проанализировать схему УПС с помощью временных диаграмм и составить техническое описание устройства. Пример 1.6 Рассчитать параметры УПС при исходных данных на проектирование, задаваемых следующими позициями варианта задания: 4, 2, 1, 5, 2, 2, 4, 1, 5, 1, 1, 1, 1, 3, 5, 3, 2, 1, т. е. исходные данные имеют следующие значения (приложение 1): Объем передаваемой информации за сеанс связи — 760 Кбит. Время передачи — 3 мин. Стык АПД с ООД источника — С2, получателя — СЗ. Время синхронизации — 3 с. Время поддержания синхронизма— 2 с. Вид канала связи — тональной частоты, четырехпроводный. Остаточное затухание —10 дБ. Эффективное значение напряжения флуктуационной помехи в полосе 3,1 кГц— 1,2 мВ. Неравномерность характеристики ГВП — 1,6 мс. Перерывы в канале отсутствуют. Характер ошибок в дискретном канале — независимые. Вероятность появления пакета ошибок. 15, 16 Не задаются, так как канал тональной частоты. 17 Способ фазирования циклов — маркерный. 18 Вероятность ложного запуска — 210-5. 1 Определим необходимую скорость передачи данных по каналу связи при условии, что объем служебной информации за сеанс не превысит 8%: V = 1,08Iп/Tсс = 1,08760/(360) = 4560 бит/с. Выбираем из рекомендуемого ряда скоростей (ГОСТ 17422—82) стандартную скорость 4800бит/с. Согласно рекомендации МККТТ V.27 и V.27 бис передача данных по некоммутируемым 4-проводным каналам связи со скоростью 4800 бит/с должна осуществляться синхронным способом при использовании ТОФМ (дифференциальной восьмифазовой модуляции). 2 В соответствии с ГОСТ 26532—85 несущая частота передачи составляет (1800±1) Гц, а скорость модуляции — 1600 Бод. Длительность единичных элементов при такой скорости модуляции 0=1/В = 1/1600 = 62510-6 с = 625 мкс. Скачок фазы при ТОФМ = 360/8=45°. При передаче методом ТОФМ поток двоичной последовательности, подлежащей передаче, следует разделить на трибиты, причем первая цифра трибита является первой в потоке данных, поступающих на вход УПС. Соответствие фаз единичных элементов трибитам следующее: Трибит 001 000 010 011 111 110 100 101 Разность фаз, град 0 45 90 135 180 225 270 315 Требуемая ширина полосы пропускания Fпф фильтров передачи и приема зависит от скорости модуляции и определяется по формуле Fпф = 1,42 В = 1,421600=2272 Гц. С учетом допуска на временную и температурную нестабильность параметров элементов фильтров принимаем Fпф = 2300 Гц. Центральная частота полосового фильтра зависит от частоты модуляции. Для уменьшения краевых искажений передаваемых сигналов при низкой несущей частоте за счет влияния «отраженного спектра» модуляцию будем осуществлять на повышенной частоте с последующим переносом спектра модулированного сигнала в полосу канала связи. Частота модуляции должна быть в 5-10 раз выше частоты изменения модулирующего сигнала, т, е. f1м5B8000 Гц. Принимаем f1м = 8 кГц. Таким образом, полосовой фильтр ПФ1 на выходе модулятора (см. рисунок 1.2) должен пропускать сигналы в диапазоне 2,3 кГц при средней частоте 8 кГц (6,85—9,15 кГц). Так как несущая частота в канале связи fн должна быть 1,8 кГц, то для переноса ФМ-сигнала в эту область генератор преобразователя должен иметь частоту f2м = f1м - fн = 8 - 1,8 = 6,2 кГц. Полоса пропускания фильтра ПФ2 при этом находится в пределах (1,8±1,15) кГц, т. е. от 650 до 2950 Гц. Сдвиг частот генераторов Г1, Г2, ГЗ не может превышать при этом ±1 Гц. Для уменьшения искажений на приемной стороне демодуляцию будем производить на повышенной частоте. С целью упрощения реализации УПС частоту преобразователя f3мпринимаем равной f2м = 6,2 кГц. 3 Вероятность ошибочного приема единичных элементов Р0не должна быть выше коэффициента ошибок по элементам, который в соответствии с ГОСТ 26532—85 для дискретных каналов с ТОФМ при скорости передачи 4800 бит/с равен 110-4. Учитывая, что в канале присутствуют только флуктуационные помехи и что при ТОФМ целесообразно применять демодуляторы с однократным отсчетом в оптимальный момент времени, минимально допустимый уровень сигнала на входе приемной части УПС определим из формулы Р0 = 0,67[1 - Ф(q )], откуда при P0= 10-4 Ф(q )=0,99985. По таблице значений функции Крампа находим q = 7,06. С учетом того, что погрешность синхронизации может вызвать дополнительные ошибки, примем q несколько больше расчетной (q = 7,2). По заданию эффективное значение флуктуационной помехи в полосе канала Uп эф = 1,2 мВ. За счет фильтрации эффективное значение помехи на выходе ПФ приемника мВ. Следовательно, минимальное значение эффективного напряжения сигнала на входе приемника (выходе канала) для обеспечения регистрации единичных элементов с требуемой вероятностью ошибки Р0должно быть, не менее Uc эф qUп эф = 7,21,03 7,42 мВ Соответственно минимально допустимый уровень сигнала на выходе канала равен рс вых = 20 lg (7,42/775)= -40,4 дБ. С учетом затухания канала минимальный уровень сигнала на выходе передающей части (входе канала) должен быть рс вх рс вых + аост = -40,4 + 10 = -30,4 дБ. Таким образом, условие рс вх < рс доп выполняется, так как максимально допустимый уровень сигнала на входе некоммутируемого канала ТЧ, согласно ГОСТ 25007-81, равен -13 дБмО. Для приемной части УПС с ТОФМ необходимо предусмотреть как схему устройства синхронизации по единичным элементам (УС), так и схему выделения когерентных колебаний (УВКК). Оба эти устройства строятся на основе схемы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Реализацию ФАПЧ целесообразно осуществлять на базе устройства синхронизации с дискретным управлением (УСДУ), обладающую высокой точностью синхронизации, временной и температурной стабильностью. Рассчитаем параметры УСДУ формирования тактовых импульсов. Для выделения значащих моментов модуляции ФМ-сигналов используем резонансный метод, при котором амплитудным детектором выделяется огибающая сигнала на выходе приемного фильтра и с помощью усилителя-ограничителя формируются тактовые импульсы. Вследствие влияния флуктуационных помех на последовательность тактовых импульсов наблюдаются краевые искажения, которые приводят к динамической погрешности синхронизации. Примем допустимую величину погрешности синхронизации доп = 0,03, так как при такой погрешности устройство синхронизации практически не влияет на помехоустойчивость приемника. Тогда допустимая величина коэффициента нестабильности задающих генераторов kfмодулятора и демодулятора равна kf= доп /(2Вtпс) = 0,03/(216002) = 4,710-6. Распределим погрешность тактовой синхронизации на статическую и динамическую составляющие следующим образом: ст = 0,008; дин = 0,022. Среднеквадратическая величина краевых искажений тактовой последовательности импульсов при амплитудном детектировании определяется по формуле (2.24): кв = В/(qFпф) = 1600/(7,22300) 0,14. Решая систему уравнений найдем S=13; mд=126. Частота задающего генератора устройства синхронизации f0 = mдfв= 1261600 = 201600 Гц. Время вхождения в синхронизм tc=Smд /B = 13126/1600=1,02с, что не превышает установленного техническим заданием. Для устройства выделения когерентных колебаний воспользуемся аналогичной схемой ФАПЧ. Входным сигналом для УВКК являются ФМ-колебания, снимаемые с выхода преобразователя частоты, несущая частота которых при выделении верхней боковой полосы f'н = f3м =fн = 6,2 + 1,8 = 8 кГц. Максимально допустимая величина расхождения по фазе опорного колебания, при которой еще обеспечивается правильный прием ТОФМ-сигналов при отсутствии искажений в канале связи, равна ±22,5°, что составляет 6,25%. Примем доп = 6%. Тогда коэффициент нестабильности задающего генератора УВКК kf доп /(2 f'н tпс) = 0,06/(280002) = 1,910-6. Определим абсолютную величину смещения пересечения нулевого уровня смеси сигнала с шумом на выходе приемного фильтра. Относительная величина среднеквадратического отклонения при этом составляет кв = fн = 1800610-5 0,11. Полагая погрешность синхронизации когерентных колебаний с=2% при рассчитанном среднеквадратическом отклонении фазы колебания от номинального значения кв=0,11, распределим с на статическую и динамическую составляющие: ст = 0,008; дин=0,012. Решая систему уравнений получим S=132; mд=142. В связи с тем, что частота опорных колебаний, подаваемых на фазовый дискриминатор УВКК, при ТОФМ должна быть в 8 раз выше частоты демодулируемых сигналов, частота задающего генератора f0 =8 mдf 'н = 81428 =9088 кГц. Время синхронизации опорных колебаний tс=Smд/f'н=132142/80002,34с, что значительно меньше допустимого техническим заданием. Для определения необходимости коррекции характеристики ГВП канала рассчитаем максимально допустимую величину ее неравномерности. Так как характеристика ГВП для канала ТЧ имеет обычно четно-симметричный характер, то гр доп=1/В=1/1600=0,625мс. По техническому заданию неравномерность характеристики ГВП составляет 1,6мс, поэтому на входе демодулятора необходимо установить фазовый корректор, который должен снизить неравномерность группового времени прохождения сигнала менее 625мкс. На основе типовых функциональных узлов УПС, заданной элементной базы и рассчитанных числовых значений параметров не сложно составить детальную функциональную и электрическую принципиальную схемы всего устройства. 1.8 Проектирование устройств защиты от ошибок 1.8.1 Краткая характеристика и выбор способов защиты Основным способом повышения верности передачи дискретных сообщений является введение в передаваемую последовательность избыточности с целью обнаружения и исправления ошибок в принятой информации. Все устройства защиты от ошибок (УЗО) делятся на две группы: симплексные (без обратной связи) и дуплексные (с обратной связью). В симплексных (односторонних) УЗО повышение верности может быть достигнуто тремя способами: путем многократного повторения символов; одновременной передачей одной и той же информации по нескольким параллельным каналам; применением кодов, исправляющих ошибки. Многократное повторение является наиболее простым способом повышения верности, который состоит в том, что передатчик посылает в канал нечетное число раз одну и ту же информацию, а на приемной стороне происходит сравнение между собой одноименных кодовых комбинаций (либо одноименных двоичных разрядов). Потребителю выдается тот символ (или бит), который был принят большее число раз (мажоритарный метод). Однако при выборе такого способа защиты следует иметь в виду, что избыточность информации растет пропорционально количеству повторений одних и тех же символов, аналогично возрастают и затраты времени на передачу массива. Вероятность ошибочного приема символа Ркк, состоящего из nк-разрядной комбинации, при трехкратном повторении и посимвольном сравнении не превышает величины, определяемой по формуле Ркк 3 n2к Р0 , (1.41) где Р0 — вероятность ошибочного приема единичного элемента. При пятикратном повторении nк-элементной комбинации эта вероятность равна Ркк 10n2к Р30 . (1.42) При поразрядном сравнении принимаемых символов, состоящих из nк бит, вероятность ошибочной регистрации кодовой комбинации при трехкратном и пятикратном повторении соответственно равна Ркк 3nк Р20 , (1.43) Ркк 10nк Р30 . (1.44) Формулы (1.43) и (1.44) справедливы при независимых ошибках в дискретном канале. При пакетировании ошибок вероятность поражения соседних символов, а тем более бит высока, что может привести к значительному снижению помехоустойчивости. Для устранения этого явления следует произвести декорреляцию ошибок, увеличивая интервал между повторяемыми символами (битами), т. е. следует повторять не отдельные символы блока, а их группы либо весь блок. Такой алгоритм передачи приводит к усложнению аппаратуры и увеличению временной задержки между передачей данных от источника и получением их потребителем, что не всегда можно допустить в реальных системах обмена информацией. Способ одновременной передачи по нескольким каналам по помехоустойчивости эквивалентен способу многократной передачи. Он предусматривает наличие нечетного количества каналов, по которым передаются одни и те же кодовые последовательности. На приеме используется мажоритарный прием. Основное требование таких систем: наличие параллельных каналов с независимыми ошибками. Для обеспечения этого требования каналы связи должны быть разнесены географически или хотя бы по крайней мере выбираться в разных линиях связи. Недостатком способа одновременной передачи является резкое повышение стоимости СПД за счет использования для передачи сообщений от одного источника нескольких каналов. Наибольшей эффективностью в симплексных СПД обладает способ защиты от ошибок, основанный на использовании кодов с исправлением ошибок. В таких системах передаваемый блок кроме информационных единичных элементов, полученных от источника информации, содержит и проверочные биты, которые формируются кодирующим устройством на основании информационных разрядов по определенным правилам. На приемной стороне декодером по тем же правилам осуществляются аналогичные проверки, при которых учитываются и проверочные элементы. В результате проверки определяется номер позиции в принятом блоке, значение которой необходимо в процессе исправления проинвертировать. Вероятность ошибочного приема символа зависит не только от вероятности ошибки в дискретном канале, но и от применяемого кода. В односторонних СПД при выборе корректирующего кода для УЗО приходится рассчитывать на худшее состояние канала, т. е. избыточность в таких системах является постоянной, независимо от того, имеются ошибки в канале или нет. В начальных условиях худшее состояние канала будет относительно редко, его пропускная способность используется очень неэффективно. Вторым недостатком систем с исправлением ошибок является резкое возрастание сложности аппаратуры с увеличением количества исправляемых ошибок. Существенное снижение аппаратурных затрат может быть получено за счет применения в качестве кодирующих и декодирующих устройств микропроцессоров. К дуплексной группе УЗО относятся устройства, в которых повышение верности передаваемой информации достигается за счет введения обратной связи. Они в свою очередь делятся на системы с решающей (РОС), информационной (ИОС) и комбинированной (КОС) обратной связью. Сущность повышения верности в этих системах состоит в том, что при обнаружении искажений в передаваемом сообщении происходит запрос блока, в котором один или несколько неправильно принятых знака. В системах с РОС передаваемые данные кодируются избыточными кодами, позволяющими обнаруживать одиночные ошибки или пачки (группы) ошибок. Решение о необходимости повторения блока информации, в котором обнаружена ошибка, принимается приемником на основании анализа поступившей последовательности. В случае обнаружения в принятом блоке ошибок он стирается и по каналу обратной связи (ОС) приемная станция посылает сигнал «Запрос», на основании которого передатчик повторно выдает этот же блок. При безошибочном приеме блока данные поступают потребителю, а по каналу ОС передается сигнал «Подтверждение». 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. УЗО с КОС представляют собой сочетание информационной и решающей ОС. В них решение о необходимости повторной передачи может приниматься как на передающей, так и на приемной сторонах, а по каналу обратной связи могут передаваться информационные элементы или сигналы «Запрос» и «Подтверждение». В процессе проектирования УЗО должны быть заданы следующие параметры. Вероятность ошибочной регистрации знака Ркк. Скорость передачи дискретной информации V. Допустимое время" задержки выдачи сообщения потребителю t3. Время готовности к передаче (время фазирования по циклу) tф. Вероятность ложного запуска приемного устройства Рлф. Вероятность ошибочной регистрации единичного элемента Р0и характер группирования ошибок. Тип канала связи (симплексный или дуплексный). Кроме этих данных могут быть введены ограничения на параметры, определяющие эксплуатационные показатели УЗО, в частности на применяемую элементную базу, потребляемую мощность, габаритные размеры, надежность и т. д. Одной из главных задач проектирования УЗО является выбор способа защиты от ошибок, который при минимальных затратах обеспечит выполнение поставленных требований. Под затратами подразумевается не только стоимость аппаратуры, но и необходимые полоса частот (требуемое число каналов связи), время на передачу сообщения, а также стоимость обслуживания устройства в процессе эксплуатации. При наличии симплексных каналов связи повышение верности может быть достигнуто только за счет применения кодов с исправлением ошибок либо многократного повторения. Одновременная передача одной и той же информации по нескольким каналам применяется весьма редко. Если ошибки в дискретном канале независимы, т. е. вероятность группирования их в пачки мала, то необходимая помехоустойчивость сравнительно легко может быть достигнута при использовании кодов, исправляющих одиночные ошибки, например кода Хемминга. При группировании ошибок в пачки небольшой кратности их исправление может быть обеспечено за счет применения кодов Файра. С увеличением длины пачки (пять и более ошибок) кодирующие и декодирующие устройства получаются очень громоздкими, а для их декодирования с помощью микропроцессора требуется значительное время. В этом случае целесообразно использовать многократное повторение блока информации. Причем длина блока должна быть не менее длительности пачки ошибок. Многократное повторение блоков приводит к увеличению задержки выдачи сообщения потребителю. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы время задержки не превысило допустимой величины. При наличии дуплексных каналов связи в большинстве случаев целесообразно использовать УЗО с ОС. Устройства с информационной ОС позволяют обнаруживать ошибки практически любой кратности, но к каналу обратной связи предъявляются такие же требования, как и к прямому. Поэтому УЗО с ИОС наиболее эффективно могут быть использованы при скорости передачи 300/200 бит/с, так как УПС для такой скорости образуют в полосе канала ТЧ два идентичных двунаправленных дискретных канала. Если передача данных должна осуществляться на скорости 600 бит/с или выше, то эффективность использования канала связи УЗО с ИОС снижается и в этом случае для повышения помехоустойчивости передачи символов следует применять УЗО с РОС. При снижении качества канала связи в системах с ОС время задержки сообщения резко увеличивается, а в худшем случае выдача информации потребителю может вообще прекратиться. Чтобы не допустить этого, на каналах низкого качества целесообразно совмещать методы повышения верности передачи информации. Например, при хорошем состоянии канала УЗО работает с ОС, а при его ухудшении переходит в режим односторонней передачи с исправлением ошибок. Пример 1.7 Выбрать способ защиты от ошибок, обеспечивающий верность передачи по байтам Ркк 110-6 при передаче данных по симплексному двухпроводному телефонному каналу связи со скоростью 1200 бит/с при условии, что ошибки на выходе дискретного канала группируются в пачки длиной не более 12 бит, а минимальный интервал между пачками составляет 3 с. Вероятность ошибки по элементам на выходе дискретного канала Р0 110-4. Для исправления ошибок кратностью 12 наиболее целесообразно в данном случае применить способ многократной передачи информации. Так как пачка ошибок может поразить 3 байта, то повторять следует не менее трех знаков. При трехкратном повторении и поэлементном сравнении вероятность ошибки регистрации знака равна (1.4.3): Ркк 3nк Р20 38 (110-4)2 = 0,2410-6 < 110-6. Максимальная задержка выдачи информации потребителю при трехкратном повторении составит t3=240 = 240,83 20 мс, что вполне приемлемо для практических нужд. 1.8.2 Выбор помехоустойчивого кода Помехоустойчивыми (корректирующими) называются коды, позволяющие обнаруживать и исправлять ошибки в принимаемых кодовых последовательностях. Корректирующая способность кода зависит от кодового расстояния d, численно равного минимальному числу элементов, которыми отличается любая кодовая комбинация от другой. В общем случае d = t0, + tи + 1, (1.45) где t0и tи - число обнаруженных и исправленных ошибок соответственно, причем обязательно t0 tи. Если код только обнаруживает ошибки, то d = t0 + 1, а в случае только исправления d = 2tи + l.Количество проверочных элементов rкорректирующего кода зависит от вида кода, а число информационных элементов k = n - r, где п — длина двоичной последовательности, кодируемой помехоустойчивым кодом. Отношение r/п называют коэффициентом избыточности кода. Код с проверкой на четность — один из простых кодов, позволяющих обнаруживать одиночные ошибки. Он образуется путем добавления к передаваемой комбинации, состоящей из kинформационных символов не избыточного кода, одного контрольного бита так, чтобы общее количество единиц в передаваемой комбинации было четным. В итоге общее количество элементов в передаваемой комбинации n = k+1. На приемной стороне производят проверку на четность. При четном числе единиц предполагается, что ошибок нет, и потребителю выдается kбит, а контрольный элемент отбрасывается. Аналогично может быть построен код с проверкой на нечетность. Вероятность необнаруженных ошибок для кода с проверкой на четность зависит от длины блока п и вероятности ошибочного приема единичного элемента Р0: (1.46) где - число сочетаний из п по l. Как показывают расчеты по (1.46), для обеспечения вероятности ошибки по символам менее 110-6 допустимая длина кодовой комбинации п составляет несколько байт. Итеративный код характеризуется наличием двух или более систем проверок внутри каждой кодовой комбинации, согласно ГОСТ 20687—75 он строится следующим образом. К семиэлементному коду КОИ-7 добавляют проверочный бит, который располагается в восьмой позиции. Элементы передаваемого блока и проверочные биты образуют матрицу: где aij(i = l, 2, ..., 7; j= 1, 2, ..., n) — информационные биты; q1, q2, ... , qn — проверочные биты знаков, образующие первую совокупность проверок. В конце матрицы стоят биты проверки на четность ri (i=l, 2, ..., 7), которые являются суммой по модулю 2 всех элементов строки; r1 - r7включается в знак проверки — это вторая совокупность проверок. К семи элементам знака добавляется восьмой проверочный бит qn+1. Проверочные биты q1, q2, ... , qn , qn+1формируются таким образом, чтобы число единиц в столбце было четным для асинхронных систем и нечетным — для синхронных. Каждый знак нужно передавать последовательно, начиная с первого бита aij и кончая восьмым проверочным. Начальный знак блока НТ (начало текста) и символ СИН (синхронизация) не следует включать в суммирование. При использовании итеративного кода в блок обязательно включается комбинация КБ (конец блока), которая указывает, что далее следует знак проверки матрицы. Приведенный итеративный код является простейшим кодом этого класса. Кодовое расстояние для него d=4. Он обнаруживает все ошибки кратности до трех и нечетной кратности, а также любой пакет ошибок длиной l+1, где l длина строки матрицы кода. Основным недостатком итеративных кодов, использующих проверки на четность по столбцам и строкам, является их относительно высокая избыточность (15%). Однако кодирование и декодирование таких кодов очень просто реализуются программными методами, поэтому простейшие итеративные коды целесообразно использовать в АПД с микропроцессорными УЗО. При более жестких требованиях по достоверности передачи данных применяют итеративный код с тремя проверками. Код Хэмминга — один из наиболее эффективных кодов, позволяющих исправлять одиночные ошибки. Кодовое расстояние d=3. Код образуется путем дополнения информационной части передаваемого блока, состоящей из kбит, r проверочными элементами, причем в информационную часть при кодировании можно включать и служебные символы (номер, начало и конец блока), за исключением маркерных комбинаций, которые целесообразно располагать в начале блока. При выборе длины передаваемого блока п и количества проверочных элементов rследует руководствоваться неравенством 2rn+1. Учитывая, что r=n-k, неравенство запишется в виде 2r2n/(n+1) (1.47) где п и k— целые числа. Неравенство является исходным для определения длины кодовой комбинации по заданному числу k. Первый проверочный элемент П1 кода Хемминга образуется суммированием по модулю 2 всех нечетных бит блока, начиная с первого: П1 = a1 + a3 + a5 + a7 + … (1.48) Результат проверки П2 определяет второй разряд проверочной комбинации (синдрома ошибки). Он вычисляется суммированием тех бит блока, номера которых соответствуют «-разрядным двоичным числам, имеющим единицу во втором разряде, т. е. П2 = a2 + a3 + a6 + a7 + a10 + a11 + … (1.49) Третья проверка П3 охватывает разряды, номера которых соответствуют n-разрядным числам, имеющим единицу в третьем разряде. Аналогично находятся разряды, охватываемые четвертой, пятой и т. д. Проверками. Место расположения проверочных элементов не имеет значения, их можно размещать перед, после и чередуя с информационными символами. Если их расположить на местах кратных степени 2, т. е. на позициях 1, 2, 4, 8 и т. д., то код двоичного числа, образованного проверочными элементами, на приемной стороне будет указывать номер разряда, в котором произошла ошибка. Циклические коды находят наибольшее распространение в системах передачи данных с решающей обратной связью, что обусловлено их высокими корректирующими свойствами, сравнительно простой реализацией, невысокой избыточностью. Особенно они эффективны при обнаружении пакетов ошибок. Циклические коды относятся к блочным систематическим кодам, в которых каждая комбинация кодируется самостоятельно в виде блока таким образом, что информационные kи проверочные r элементы всегда находятся на определенных местах. Для упрощения процедуры кодирования и декодирования проверочные биты размещают в конце блока. Кодирование передаваемого сообщения осуществляется умножением двоичной последовательности G(x) на одночлен хr, имеющий ту же степень, что и образующий полином Р(х), с добавлением к этому произведению остатка R(x), полученного после деления произведения G(x)xrна образующий полином, т. е. передаваемое в канал связи сообщение F(x) имеет вид F(x) = G(x) xr+R(x). (1.50) При декодировании принимаемая последовательность F(х) снова делится на образующий полином Р(х). Полученный нулевой остаток R(x)=0свидетельствует об отсутствии ошибок в принятом блоке, а отличие от нуля — о наличии ошибок. Анализируя остаток, можно определить номера искаженных разрядов и скорректировать их. Таблица 1.2
Для построения циклических кодов в качестве образующих полиномов используются неприводимые многочлены. Неприводимыми называются многочлены, если они делятся без остатка только на себя и на единицу. Р(х) может быть представлен в алгебраической форме либо в виде двоичного или восьмеричного числа. В последнем случае каждая восьмеричная цифра отображает три двоичных разряда. Например, для полинома Р(х) =х5 + х3 + 1 двоичная запись имеет вид 101001, а соответствующая ему восьмеричная — 51. При выборе образующего полинома Р(х) следует иметь в виду, что степень образующего полинома не может быть меньше числа проверочных элементов r. Для упрощения технической реализации кодеров и декодеров необходимо выбирать степень полинома, равную r. Если в таблице имеется несколько неприводимых многочленов с данной степенью, то целесообразно выбрать самый короткий, причем число ненулевых членов Р(х) не должно быть меньше требуемого кодового расстояния, определенного по (1.45). Существует множество разновидностей циклических кодов, но в связи с тем, что по техническому заданию необходимо обеспечить передачу данных при наличии пакетов ошибок, рассмотрим коды, наиболее широко используемые для исправления и обнаружения пакетов ошибок. Циклические коды с кодовым расстоянием d5— разработаны Боузом-Чоудхури и Хоквингемом (БЧХ-коды), обнаруживают и исправляют любое число ошибок. При кодировании заданными являются число tиошибок, которые нужно исправить, и длина блока п. Необходимо определить число информационных kи проверочных rэлементов, а также вид образующего полинома. Длина кодовой комбинации определяется по формуле n = 2m - 1 (1.51) где m— целое число. Например, при m = 6, п = 63; при m = 7, п = 127; при m = 8, п = 255 и т. д. Образующий полином находится как наименьшее общее кратное (НОК) минимальных нечетных полиномов mi(x) до порядка 2tи-1 включительно: Р(х)= НОК {m1(x) m3(x) … } (1.52) Минимальный многочлен представляет собой простой неприводимый полином. Существуют многочлены одного и того же порядка различных степеней. Степень минимальных многочленов, входящих в (1.52), должна быть равной т, для которого справедливо (1.51). Так как порядок (номер) самого старшего минимального многочлена 2tи-1, то количество многочленов, входящих в (1.52), равно числу исправляемых ошибок tи. Например, если tи=5, то 2tи-1 = 9 и в (1.52) будут входить многочлены m1(x) , m3(x), т5(х),m7(x), т9(х). Таблица1.3
Минимальные многочлены циклических кодов различных степеней представлены в Таблице 1.3, где значения mi(x) даны в восьмеричной системе счисления. Так полином 13-го порядка 9-й степени, представленный числом 453, в двоичной форме имеет вид 100 101 011, а многочлен записывается как x8 + x5 + x3 + x + l. Для нахождения Р(х)необходимо выписать из табл. 3.2 все значения минимальных полиномов, соответствующих степени т, до порядка 2tи-1 включительно. При отсутствии в таблице полинома нужного порядка следует взять ближайший меньший, а если среди минимальных многочленов окажутся два одинаковых, то в (3.26) включают один из них. Пример 1.8 Рассчитать параметры кода для симплексного УЗО, позволяющего исправлять четырехкратные ошибки. Эффективная скорость выдачи информации потребителю должна составлять не менее 90% технической скорости передачи по каналу связи. Определим требуемое кодовое расстояние, позволяющее исправлять четырехкратные ошибки. В соответствии с (1.45) d=2tи-1=24+l=9. Так как d>5, то для исправления ошибок следует применить БЧХ код с d=9. Для выполнения условия (1.51) длину блока информации будем выбирать из ряда: 127, 255, 511, 1023 и т. д. Пусть n=127, тогда по (1.51) т=7. Количество контрольных разрядов в блоке будет r mtи 74 = 28. Следовательно, число информационных элементов в блоке k = n - r= 127 - 28 = 99. Эффективная скорость выдачи информации (при отсутствии в блоке служебных бит) составит Vэф = V(127—28)/127 0,78V, что не удовлетворяет техническим требованиям. Проведем аналогичные расчеты при n = 255, получим Vэф = 0,87V. Примем n=511, тогда из (1.51) m=9, а r 94 = 36. Количество информационных бит в блоке k=475. Так как длина информационной части блока должна быть кратна байту, то число знаков в блоке kзн=475/8=59. Тогда длина информационной части k = 598 = 472. Оставшиеся свободными три бита могут быть использованы для передачи, например, номера блока. Эффективная скорость выдачи информации потребителю составит Vэф = 0,92V. Если Vэф окажется меньше допустимой или в передаваемый блок нужно ввести дополнительные служебные символы, то п следует взять 1023 либо следующее число из ряда. Вид образующего полинома определим по (1.52). Количество минимальных многочленов равно tи=4, причем порядок последнего 2tи-1=7, а старшая степень т=9. Выписываем из табл. 8.2 минимальные многочлены требуемой степени и с учетом (1.52) получаем Р(х) = (x9 + x4 + l)(x9 + x6 +x4 + x3 + l)(x9 + x8 +x5 + x4 + l)(x9 + x7 +x4 + x3 + l) Число контрольных элементов полученного БЧХ кода определяется степенью полученного образующего полинома и равно 36. Из циклических кодов, обнаруживающих и исправляющих пакеты ошибок, наиболее эффективным является циклический код Файра, образующий полином которого Рф(х) определяется выражением: Рф(х) = Р(х)(xс + l) (1.53) где Р(х) - неприводимый многочлен степени т. Коды Файра могут исправлять одиночный пакет ошибок длиной bии одновременно обнаруживать пакет длиной b0 при условии c bи + b0 - 1, m bи (1.54) с не должно делиться на число е без остатка (е = 2m - 1). Если применять эти коды только для обнаружения ошибок, то можно обнаружить любой одиночный пакет ошибок, длина которого меньше или равна числу проверочных элементов: r = c + m (1.55) Неприводимый многочлен Р(х)выбирают из табл. 8.1 согласно (1.54), но так, чтобы удовлетворялось условие (1.55). Длина блока п равна наименьшему общему кратному чисел е и с: n=НОК{е,с}, а число проверочных элементов r=с+т. Список использованных источников Шульгин, В.И. Основы теории передачи информации [Текст]: Учебное пособие / В.И. Шульгин. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т. «ХАИ», 2003. – 102 с. Рабинер, Л.Р. Теория и применение цифровой обработки сигналов [Текст] / Л.Р. Рабинер, Г. Голд. – М.: Мир, 1988. – 512 с. 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. Волков, Л.Н., Немировский, М.С., Шинаков, Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики [Текст]: Учеб. Пособие. - М.: Эко-Трендз, 2005.-392.с. ил. Галкин, В.А. Цифровая мобильная радиосвязь [Текст]. Учебное пособие для вузов. -М.: Горячая линия-Телеком, 2007.- 432 с., ил. Прокис, Джон Цифровая связь [Текст]/ Прокис Дж. // Пер. с англ.Под. ред. Д.Д. Кловского.-М.: Радио и связь, 2000. – 800 с.: ил. Скляр, Бернард Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение [Текст]. Изд. 2-е испр.: Пер. с англ. – М. : издательский дом «Вильямс», 2003- 1104с. : ил Томаси, У Электронные системы связи [Текст]. – М.: Техносфера, 2007. – 1360 с. Маковеева, М.М. Системы связи с подвижными объектами [Текст]/ М.М. Маковеева, Ю.С. Шинаков // Учебное пособие для вузов.-М.: Радио и связь, 2002. – 440с.:ил. Чернега, В. С., Василенко, В.А., Бондарев, В.Н. Расчет и проектирование технических средств обмена и передачи информации [Текст] // Учебное пособие для вузов.-М.: Высш. шк., 1990. – 224с.:ил. Берлин, А.Н. Цифровые системы связи [Текст] / М.: Эко-Трендз 2007. 294 с. Лайонс, Р. Цифровая обработка сигналов [Текст]: Второе издание. Пер. с англ. – М.: ООО «Бином – Пресс», 2007 г. – 656 с. Основы цифровой обработки сигналов [Текст]: курс лекций : учеб. пособие / А.И.Солонина, Д. А. Улахович, С. М. Арбузов и др. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 608 с.: ил. Гольденберг, Л. М. Цифровая обработка сигналов [Текст]: учеб. пособие / Л. М. Гольденберг, Б. Д. Матюшкин, М. Н. Поляк. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Радио и связь, 1990. – 256 с. Лайонс, Р. Цифровая обработка сигналов [Текст]: Второе издание. Пер. с англ. – М.: ООО «Бином – Пресс», 2007 г. – 656 с. Процедура оценивания результатов освоения основной образовательной программы в ходе курсового проектирования по дисциплине «Общая теория передачи информации» Курсовой проект – вид самостоятельной письменной работы, направленный на творческое освоение дисциплины «Общая теория передачи информации» профессионального цикла Основной образовательной программы направления 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи и формирование профессиональных компетенций бакалавра. Выполнение студентом курсового проекта по дисциплине «Общая теория передачи информации» проводится с целью формирования у студентов опыта самостоятельного комплексного решения конкретных задач профессиональной деятельности. Объем курсового проекта может достигать 30-50 страниц; время, отводимое на ее написание: в течение пятого семестра. В зависимости от индивидуального задания, курсовой проект может иметь различную творческую направленность. Основная тематика курсового проекта ориентирована на разработку решений по внедрению современных инфокоммуникационных технологий при проектировании систем передачи информации. Курсовой проект проводится в сроки, определенные рабочим учебным планом направления подготовки, в соответствии с графиком учебного процесса и расписанием занятий. Выбор темы курсового проекта студенты осуществляют добровольно на основе предлагаемого им списка вариантов курсовых проектов. Студенту предоставляется право уточнения темы курсового проекта, а также право предложения собственной формулировки темы, не входящей в список тем курсовых проектов, утвержденных кафедрой. Тема курсового проектирования «Расчет характеристик систем передачи информации и разработка их схемных решений» (по вариантам, перечень которых находится в Приложении №3). Курсовой проект должен представлять собой завершенное исследование, в котором анализируются проблемы в исследуемой области, и раскрывается содержание и технологии разрешения этих проблем не только в теоретическом, но и в практическом плане на местном, региональном или федеральном уровнях. Работа должна носить творческий характер, отвечать требованиям логичного и четкого изложения материала, доказательности и достоверности фактов, отражать умения студента пользоваться рациональными приемами поиска, отбора, обработки и систематизации информации и содержать теоретические выводы и практические рекомендации. Выполнение курсового проекта складывается из нескольких этапов: библиографирование и изучение литературы по избранной теме, составление плана работы, накопление и обработка фактического материала, написание и оформление работы, защита курсового проекта. При написании курсового проекта студент должен полностью раскрыть выбранную тему, соблюсти логику изложения материала, показать умение делать обобщения и выводы. Курсовой проект должен состоять из введения, основной части, заключения и списка использованных источников. Во введении автор кратко обосновывает актуальность темы, структуру работы и даёт обзор использованной литературы. В основной части раскрывается сущность выбранной темы; основная часть может состоять из двух или более глав (разделов); в конце каждого раздела делаются краткие выводы. В заключении подводится итог выполненной работы, и делаются общие выводы. В списке использованных источников указываются все публикации, которыми пользовался автор, а также электронные ресурсы. Руководство, консультирование и оценивание курсового проекта проводит руководитель курсового проекта - преподаватель кафедры Информационно-телекоммуникационных систем и технологий. Научный руководитель выдает студенту задание на выполнение курсового проекта: разъясняет студенту цель и задачи работы над избранной темой, утверждает ее план, намеченный студентом самостоятельно, а также консультирует студента по вопросам подбора литературы, изучения и систематизации материалов к теме. Этапы работы с руководителем: утверждение темы; утверждение списка литературы и источников; утверждение структуры, названия глав и параграфов; защита (сдача) курсового проекта. При оценке уровня выполнения курсового проекта, в соответствии с поставленными целями для данного вида учебной деятельности, контролируются следующие умения, навыки и компетенции: • владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения; • умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; • использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; • навыки самостоятельной работы на компьютере и в компьютерных сетях; быть способным к компьютерному моделированию устройств, систем и процессов с использованием универсальных пакетов прикладных компьютерных программ; • готовность к изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике инвестиционного (или иного) проекта;уметь собирать и анализировать информацию для формирования исходных данных для проектирования средств и сетей связи и их элементов; •способность создать содержательную презентацию выполненной работы. Процедура выполнения и оценивания проводится следующим образом. В начале семестра студент получает от преподавателя – руководителя курсового проекта задание на расчет характеристик систем передачи данных и разработку их схемных решений. В течение семестра студент приходит на консультации и систематически отчитывается о выполненной работе. При подготовке курсовых проектов руководители проводят как индивидуальные, так и групповые консультации. Индивидуальные консультации проводятся 1-2 раза в неделю для всех студентов. На групповых консультациях анализируются типовые ошибки, даются рекомендации по использованию справочной литературы. По окончании выполнения работы, за неделю до срока защиты, указанного в задании на проект, студент предоставляет преподавателю на проверку (на кафедру) пояснительную записку по курсовому проекту, и, при необходимости, перечень графических материалов. Руководитель решает вопрос о допуске студента к защите курсового проекта (на титульном листе курсового проекта руководителем указывается «Допущен к защите», указывается дата и подпись руководителя). Преподаватель дает письменный отзыв на курсовой проект, с указанием замечаний и рекомендаций. Студенту назначается дата повторного рассмотрения курсового проекта. Студент исправляет замечания преподавателя и является на защиту курсового проекта в указанный в отзыве срок. Решение о публичности защиты (проводить её или нет) принимает научный руководитель. На защите студент делает краткий доклад (8-10 минут) по сути курсового проекта, отражая актуальность темы, предложенные варианты решения поставленных задач, выводы и рекомендации по полученным результатам. Доклад может сопровождаться презентацией материалов с помощью мультимедийного оборудования. По окончании доклада преподаватель задает вопросы по сути рассматриваемых в курсовом проекте задач, и оценивает работу студента по следующим критериям. Курсовой проект оценивается «удовлетворительно», если: проект выполнен с нарушениями графика, в оформлении, структуре и стиле проекта есть недостатки; проект выполнен самостоятельно, присутствуют собственные обобщения, заключения и выводы, при этом литература и источники по теме проекта использованы в недостаточном объеме, их анализ слабый или вовсе отсутствует; тема проекта раскрыта не полностью; доклад сделан не качественно, устные ответы не полные. Курсовой проект оценивается «хорошо», если: проект выполнен в срок, в оформлении, структуре и стиле проекта нет грубых ошибок; проект выполнен самостоятельно, присутствуют собственные обобщения, заключения и выводы; использованы основная литература и источники по теме проекта, однако проект имеет недостатки в проведенном исследовании; тема проекта в целом раскрыта; доклад сделан качественно, ответы на вопросы получены. Курсовой проект оценивается «отлично», если: проект выполнен в срок, оформление, структура и стиль проекта полностью соответствуют существующим требованиям; проект выполнен самостоятельно, присутствуют собственные обобщения, заключения и выводы; использовано достаточное количество литературы и источников по теме проекта, их изучение проведено на высоком уровне; автор проекта владеет методикой исследования. Использованы источники на иностранных языках; тема проекта четко сформулирована, раскрыта полностью, дано обоснование ее актуальности; доклад сделан качественно, даны исчерпывающие ответы на вопросы преподавателя. Курсовой проект не может быть оценен положительно, если: 1. какая-либо ее часть, либо весь текст проекта, является плагиатом, скомпилирован из фрагментов проектов других авторов и носит несамостоятельный характер. Использование текстов, взятых на сайтах сети Интернет, в качестве «своего» проекта также является плагиатом; 2. содержание курсового проекта не соответствует ее теме; 3. при написании проекта не были использованы источники и литература; 4. оформление проекта совершенно не соответствует требованиям; 5. студент затрудняется ответить на вопросы преподавателя. Шкала оценивания презентации
Перечень вопросов: какая часть системы передачи информации разрабатывается в курсовом проекте; в чем отличие скорости передачи информации от скорости модуляции; какие виды двоичной манипуляции используются в настоящее время, поясните особенности их реализации; поясните в чем сущность многоосновного кодирования; с чем связана необходимость применения помехоустойчивого кодирования при передаче информации по каналам связи; назовите основные типы помехоустойчивого кодирования и поясните особенности их формирования и обработки; какие виды преобразований непрерывного сигнала происходят при использовании цифровых методов его передачи и приема; какие виды искажений и помех возникают при использовании цифровых методов передачи и приема непрерывных сигналов; какие особенности изменения частотных характеристик непрерывного сигнала происходят при использовании цифровых методов его передачи; объясните особенности когерентного и некогерентного методов приема сигналов. По окончании защиты преподаватель выставляет оценку «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» на титульном листе пояснительной записки курсового проекта, в зачетной книжке студента и ведомости. Отметка «неудовлетворительно» проставляется в экзаменационную ведомость, в зачетную книжку не вносится. Студент, получивший неудовлетворительную оценку, должен доработать курсовой проект. В этом случае смена темы не допускается, либо допускается по решению преподавателя и заведующего кафедрой. По результатам аттестации учащийся имеет право подать в Апелляционную комиссию письменное апелляционное заявление о нарушении процедуры аттестационных испытаний, приведшим к снижению оценки, либо об ошибочности, по его мнению, выставленной оценки на аттестационных испытаниях. Апелляционная комиссия формируется в институте Инженерных и цифровых технологий приказом ректора НИУ «БелГУ». Апелляционная комиссия, на основании анализа предоставленных документов и заявления студента, устанавливает соответствие выставленной оценки установленным требованиям оценивания, и принимает решение о соответствии выставленной оценки, или об ее изменении. Курсовой проект регистрируется на кафедре в Журнале регистрации курсовых проектов (работ) и хранится в архиве кафедры один год. Приложение 1 Приложение 2 Приложение №3 |