Проектирование системы передачи дискретных сообщений
 Скачать 249.16 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева» (СибГУ) Институт информатики и телекоммуникаций Кафедра электронной техники и телекоммуникаций Курсовая работа по дисциплине: Теория электрической связи на тему: Проектирование системы передачи дискретных сообщений Выполнил: студент группы ТБ16-01 Брюханов Алексей Александрович Руководитель: доцент кафедры ЭТТ Гаипов Константин Эдуардович Дата сдачи: «» 2019г. Дата защиты: «» 2019г. Оценка: (подпись руководителя) Красноярск, 2019 Институт информатики и телекоммуникаций Кафедра электронной техники и телекоммуникаций Заданиена курсовую работу по дисциплине Теория электрической связи студенту: Брюханову А.А. Группа ТБ16-01 Форма обучения очная Тема работы (проекта): Проектирование СПДС Срок сдачи студентом работы Перечень вопросов, подлежащих разработке при наличии теоретической части: Виды модуляции Методы разделения каналов Перечень вопросов, подлежащих разработке при написании практической части: Произвести расчёт СПДС и найти порождающий полином Разработка кодирующего устройства циклического кода Оптимизация структуры резерва Дата выдачи задания:04.04.2019 Руководитель доцент кафедры ЭТТ Гаипов Константин Эдуардович Задание принял к исполнению (Дата) _____________________ (подпись студента) содержаниеЗадание 2 Введение 4 1 Полезные сведения 5 1.1 Многопозиционная ОФМ 5 1.3 Квадратурная модуляция 6 1.4 Методы разделения каналов 8 1.5 Выводы по главе 10 2 Практическая часть. Проектирование СПДС 11 2.1 Техническое задание на проектирование №3 11 2.2 Расчёт СПДС 11 2.3 Поиск порождающего полинома 14 2.4 Разработка кодирующего устройства циклического кода 15 2.5 Оптимизация структуры резерва 17 2.6 Выводы по главе 18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19 Список использованных источников 20 ВведениеВыполняемый курсовой проект содержит в основном элементы эскизного проектирования. Часть проекта, посвященная разработке кодирующего устройства циклического кода, относится к этапу технического проектирования. Техническое проектирование выполняется после утверждения эскизного проекта. Цель технического проектирования - разработка всей необходимой технической документации для изготовления и производства подсистем СПДС. В результате технического проектирования выполняются работы по составлению принципиальных схем, моделированию и лабораторному проектированию отдельных узлов СПДС, составлению монтажных схем и патентного формуляра. Кроме того, составляется карта технического уровня, включающая сравнение с аналогичными устройствами, в том числе и выпускаемыми за рубежом. В пояснительной записке к техническому проекту даются необходимые расчеты, указывается, в какой системе выполняется ТЗ на СПДС. При проектировании любой системы решаются задачи оптимизации. В зависимости от поставленных в ТЗ задач могут выбираться различные критерии оптимизации. Для того что бы определить эффективные параметры кодирования, для заданной системы и рассчитать оптимальное соотношение между помехозащищённостью и скоростью работы необходимо выполнить следующее: Изучить теоретическую часть; Выбрать необходимое программное обеспечение; Реализовать полученные знания на практике. 1 Полезные сведения1.1 Многопозиционная ОФМПрифазоразностной модуляции (ДОФМ, ТОФМ, DPSK – Differential Phase Shift Keying) изменяемым в зависимости от значения информационного элемента параметром является фаза сигнала при неизменных амплитуде и частоте. При этом каждому информационному элементу ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения.  Рисунок 1 – ОФМ, ДОФМ, ТОФМ. Согласно рекомендаций МККТТ при скорости 2400 бит/с поток данных, подлежащих передаче, разделяется на пары последовательных битов (дибитов), которые кодируются в изменение фазы по отношению к фазе предыдущего элемента сигнала. Один элемент сигнала несет 2 бита информации. Если информационный элемент есть дибит, то в зависимости от его значения (00, 01, 10 или 11) фаза сигнала может измениться на 90, 180, 270 градусов или не измениться вовсе. При тройной относительно-фазовой модуляции или восьмикратной фазоразностной модуляции поток данных, подлежащих передаче, разделяется на тройки последовательных битов (трибитов), которые кодируются в изменение фазы по отношению к фазе предыдущего элемента сигнала. Один элемент сигнала несет 3 бита информации. Фазовая модуляция наиболее информативна, однако увеличение числа кодируемых бит выше трех (8 позиций поворота фазы) приводит к резкому снижению помехоустойчивости. Поэтому на высоких скоростях применяются комбинированные амплитудно-фазовые методы модуляции. 1.2 Амплитудно-фазовая модуляция При Амплитудно-фазовой модуляции (amplitude phase keying — АРК) одновременно изменяются амплитуда и фаза сигналов, причем каждой комбинации амплитудного уровня и значения фазы соответствует определенная кодовая комбинация исходного кода. 1.3 Квадратурная модуляцияДля увеличения скорости передачи данных используют так называемую квадратурную амплитудную модуляцию QAM, которая является амплитудно-фазовым видом модуляции. QAM применяется в кабельных модемах, в стандарте цифрового телевидения DVB-C, а также, в цифровом радиовещании СВЧ диапазона.  Рисунок 2 – QAM Векторные диаграммы:  Рисунок 3 - Векторная диаграмма сигнала 16-QAM (слева) и сигнальное созвездие сигнала 32-QAM (справа) В 16-ти позиционной QAM (16-QAM) существует по четыре сигнальных значения для каждой из квадратурных компонент I и Q. Этим достигаются 16 значений суммарного сигнала. Зная, что 16=24, получаем, что в 16-QAM одним символом могут быть переданы четыре бита. Это означает, что символьная скорость в таком виде модуляции получается в четыре раза меньше битовой, т.е. равна 1/4 от битовой скорости. Таким образом, данный тип модуляции позволяет организовать спектрально более эффективную передачу данных. С точки зрения скорости передачи этот вид модуляции намного более эффективен по сравнению с двоичной (BPSK), четырехпозиционной (QPSK) или восьмипозиционной (8 PSK) фазовой модуляцией. Следует сразу оговориться, что QPSK и 4-QAM на самом деле один и тот же вид модуляции. Еще одна разновидность QAM — это 32-QAM. Ее характеристики таковы: по шесть сигнальных значений для I и для Q, что в итоге дает 6×6 = 36 точек созвездия для суммарного сигнала. Этот тип модуляции наделен особенностью. В итоге, количество значений 36 не соответствует исходным данным, т.к. слишком велико, (36>32). Поэтому, четыре «угловых» сигнальных значения, (на которые приходится большинство мощности передатчика), опущены. Этим уменьшается значение выходной мощности, которую передатчик должен произвести. Исходя из того, что 32 = 25, получаем битовую скорость равную 5 бит/с и символьную скорость, равную 1/5. 1.4 Методы разделения каналовВременное разделение (ВР). Каждому из n - сигналов линия предоставляется поочередно: сначала за промежуток времени t1передается сигнал 1, за t2 - сигнал 2 и т.д. При этом каждый сигнал занимает свой временной интервал. Время, которое отводится для передачи всех сигналов, называется циклом. Полоса частот для передачи сигналов определяется самым коротким импульсом в кодовой комбинации. Между информационными временными интервалами необходимы защитные временные интервалы во избежание взаимного влияния канала на канал т.е. проходных искажений. Для осуществления временного разделения используют распределители, один из которых устанавливают на пункте управления, а другой - на исполнительном пункте. Кодово-адресное разделение сигналов (КАР). Используют временное кодово-адресное разделение сигналов (ВКАР), при этом сначала передается синхронизирующий импульс или кодовая комбинация (синхрокомбинация) для обеспечения согласованной работы распределителей на пункте управления и контролируемом пункте. Далее посылается кодовая комбинация, называемая кодом адреса. Первые символы кода адреса предназначены для выбора контролируемого пункта и объекта, последние образуют адрес функции, в котором указывается, какая ТМ - операция (функция) должна выполняться (ТУ, ТИ и т.п.). После этого следует кодовая комбинация самой операции, т.е. передается командная информация или принимается известительная информация. Частотное разделение сигналов. Для каждого из n - сигналов выдается своя полоса в частотном диапазоне. На приемном пункте (КП) каждый из посланных сигналов выделяется сначала полосовым фильтром, затем подается на демодулятор, затем на исполнительные реле. Можно передавать сигналы последовательно или одновременно, т.е. параллельно. Фазовое разделение сигналов. На одной частоте передается несколько сигналов в виде радиоимпульсов с различными начальными фазами. Для этого используется относительная или фазоразностная манипуляция. Частотно-временное разделение сигналов.  Рисунок 4 - Частотно-временное разделение сигналов Заштрихованные квадраты с номерами - это сигналы, передаваемые в определенной полосе частот и в выделенном интервале времени. Между сигналами имеются защитные временные интервалы и полосы частот. Число образуемых сигналов при этом значительно увеличивается. OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются применением обратного БПФ (Быстрое преобразование Фурье). 1.5 Выводы по главеВ данной главе были рассмотрены следующие виды модуляции и их особенности: фазоразностная модуляция, амплитудно-фазовая модуляция, квадратурная модуляция. Так же были изучены методы разделения каналов: временное разделение, кодово-адресное разделение, частотное разделение, фазовое разделение, частотно-временное разделение, OFDM. 2 Практическая часть. Проектирование СПДС2.1 Техническое задание на проектирование №3Тип непрерывного канала передачи: проводной канал Допустимая вероятность ошибочного приема символов  : 10-6Минимально необходимая скорость передачи информации 50 Мб биллинговой информации за 1 ч Параметры непрерывного канала:
2.2 Расчёт СПДСВыбор типа УПС Согласно заданию, необходимо передать 50 Мб биллинговой информации. Информационный объём сообщения: 50*210 *210= 52428800 бит Затем рассчитаем скорость, после чего выберем тип модуляции и протокола:  Рисунок 5 – Скорость Расчет вероятности ошибки  Рисунок 6 - Функция распределения отношения сигнал/шум Финальные вероятности состояний канала определяются выражениями:  Рисунок 7 – Вероятности Учитываем вероятность импульсных помех:  Рисунок 8 - Вероятности на промежутках Далее, исходя из типа модуляции выберем аналитическое выражение и произведём расчёт вероятности ошибки  Рисунок 9 – Аналитическое выражение Вероятности ошибок εi в состояниях определяются усреднением значений вероятностей ошибок при данном отношении сигнал/помеха:  Рисунок 10 - Вероятности ошибок εi Средняя вероятность ошибки в канале р0 (вероятность ошибки на бит) в этом случае определится как:  Рисунок 11 - Средняя вероятность ошибки Далее, необходимо выбрать длину кодовой комбинации n, и вычислить вероятности любых ошибок:  Рисунок 12 - Ошибки 2.3 Поиск порождающего полиномаДля определения минимальных многочленов нужно найти числа информационных и проверочных элементов:  Рисунок 13 – Проверочные и информационные элементы Исходя из этих данных, минимальные многочлены будут равны:  Рисунок 14 – Минимальные многочлены Построение полинома:  Рисунок 15 – Полином 2.4 Разработка кодирующего устройства циклического кодаСхематическое изображение кодера:  Рисунок 16 - Циклический кодер, схема  Рисунок 17 – Циклический кодер 2.5 Оптимизация структуры резерва Рисунок 18 – Задача оптимизации  Рисунок 19 – Оптимизация В результате чего получилось:
Таблица 20 - Результат 2.6 Выводы по главеВ данной главы были успешно реализованы все поставленные задачи. Произведён расчёт системы передачи дискретных сообщений. На основе полученных данных был составлен полином. Средствами программы Mathcad 15 реализован циклический кодер. А так же произведена оптимизация структуры резерва. ЗАКЛЮЧЕНИЕПри выполнении проекта была спроектирована система передачи дискретных сообщений. В качестве подходящего Программного обеспечения был выбран Mathcad15. Были изучены некоторые виды модуляции, а также разобраны методы разделения каналов. В практической части был выполнен расчёт системы передачи дискретных сообщений, так же на основе полученных, в ходе расчёта данных найден полином, на основе которого произведена разработка кодирующего устройства циклического кода, и выполнена задача оптимизации структуры резерва. В ходе работы были успешно выполнены все поставленные задачи. Список использованных источниковПередача дискретных сообщений: Учебник для вузов/ В.П.Шувалов, Н.В.Захарченко, В.О.Шварцман и др.; Под ред. В.П.Шувалова.- М.: Радио и связь,1990; Макаров А.А., Ковязин В.И. Автоматизация проектирования систем передачи данных: Учеб. пособие/ Одесск. электротех. ин-т связи им. А.С. Попова. - Одесса, 1987; Штагер В.В. Цифровые системы связи. Теория. Расчет и оптимизация М.: Радио и связь, 1993; В.В. Лебедянцев, В.П. Шувалов Расчет системы передачи дискретных сообщений/ учебное пособие Новосибирск.:НЭИС,1989; Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации; Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации; Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов; Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов; Какой размер в пикселях имеют листы формата А4 и А3 в зависимости от DPI? URL: «https://biznessystem.ru/kakoj-razmer-v-pikselyah-imeet-list-formata-a4/». |