Проектирование системы передачи дискретных сообщений

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

Проектирование  системы передачи дискретных сообщений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2012 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 5

1 Выбор УПС 6

2 Протокол  V.22 7

3 Алгоритм  кодирования LZW 10

4 Расчет вероятности ошибок  на выходе дискретного канала 11

5 Выбор помехоустойчивого кода 17

6 Определение порождающего полинома 19

7 Построение схемы кодера 20

8 Программная реализация кодера 21

9 Расчет оптимизации структуры резерва 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Система передачи дискретных сообщений служит для  переда сообщений по дискретному  каналу связи. Принципиальная схема  СПДС приведена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема  СПДС

 

На изображенной схеме блоки обозначают:

И – источник дискретных сообщений;

К – кодер, устраняет избыточность передаваемых сообщений;

УЗО – устройство защиты от ошибок, добавляет служебную  информацию при передачи (проверочные элементы), на приемной стороне осуществляет проверку целостности информации и корректирует ошибки;

УПС – устройство преобразования сигналов, согласует  параметры сигналов с полосой  пропускания линии;

Д – декодер;

П – получатель дискретных сообщений.

Сообщение является совокупность сведений, о состоянии  какой – либо материальной системы, которые наблюдаются человеком (или  устройством), наблюдающим эту систему, другому человеку (или устройству), обычно не имеющему возможности получить эти сведения из непосредственных наблюдений. Эта материальная система, вместе с  наблюдателем, представляет собой источник сообщения. Для того чтобы сообщение  было передано получателю, необходимо воспользоваться каким-либо физическим процессом. Изменяющаяся физическая величина (например, ток в проводе, электромагнитное поле, звуковые волны и т. п.), отображающая сообщение, называется сигналом. Совокупность средств, предназначенных для передачи сигнала, называется каналом связи.

Помимо передаваемого  сигнала в канале всегда присутствуют другие случайные процессы различного происхождения, называемые помехами или  шумами. Наличие помех вызывает принципиальную неоднозначность в восстановлении сообщения.

Канал это  не строго определенное понятие. Каналом  связи между источником и получателем  может оказаться совокупность различных  звеньев.

Для устранения избыточности предаваемого сообщения  используют кодирование. Основным требованием к коду является однозначное декодирование последовательности. [1]

Пейджинговая  связь – это радиотелефонная  связь когда, пересылка по телефону продиктованных абонентом-отправителем сообщений и прием их по

радиоканалу абонентом-получателем  обеспечивается с помощью пейджера –радиоприемника с жидкокристаллическим дисплеем. На пейджере высвечиваются принятые буквенно-цифровые тексты. Суть пейджинговой связи заключалась в том, что абонент (корреспондент) по одному каналу связи посылает сообщение на коммутатор, где производится его запись, которая затем по другому каналу связи передается другому абоненту (получателю). [2]

КАМ – квадратурная амплитудная модуляция, представляет собой сумму нескольких несущих  колебаний одной амплитуды, но сдвинутых  по фазе. В зависимости от позиций модуляции различают КАМ – 4, КАМ – 16, КАМ – 64.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

Тип непрерывного канала: радиоканал пейджинговой системы  связи.

Допустимая  вероятность ошибочного приема символов .

Минимальная необходимая скорость передачи информации: 150 слов русского текста за одну секунду.

Параметры непрерывного канала:

1. Распределение отношения сигнал/шум: Релея – Райса;
2. Отношение сигнал/шум, дБ:
3. Скорость замираний Q=0,001;
4. Вероятность импульсной помехи
5. Коэффициент сосредоточенных помех

Таблица 1 – Задача оптимизации структуры  резерва
Надежность
степень резервирования	Блоки
	№1	№2	№3	№4	№5	№6
1	0,71	0,72	0,53	0,54	0,65	0,76
2	0,82	0,84	0,86	0,88	0,81	0,83
3	0,92	0,94	0,96	0,98	0,97	0,95
Стоимость
степень резервирования	Блок
	№1	№2	№3	№4	№5	№6
1	10,00	20,00	20,00	30,00	40,00	10,00
2	20,00	30,00	30,00	50,00	80,00	20,00
3	30,00	50,00	50,00	80,00	110,00	30,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предел стоимости 210 у.е.

Выбрать с  учетом заданных параметров основные блоки системы передачи дискретных сообщений; рассчитать вероятность  ошибочного приема символа сообщения; выбор УПС осуществить путем  математического моделирования  модемов с различными методами преобразования сигналов; выбор УЗО завершить  программной реализацией кодера на любом алгоритмическом языке.

 

1 Выбор УПС

 

В ходе выполнения курсового проекта нужно осуществить  расчет минимальной скорости передачи данных. Выбрать УПС, удовлетворяющий скорости передачи.

Оценить достоверность  передачи, рассчитать вероятностные  характеристики, а также выбрать  помехозащищенные код, то есть УЗО.

Реализовать кодер на языке программирования, произвести оптимизацию структуры  резерва.

 

Выбор УПС  будем производить в соответствие с техническим заданием. Найденный  текст занимает объём 1088 байт. Переведём  байты в биты

 

.    (1)

 

Для уменьшения стоимости нужного оборудования сожмем информацию методом LZW, который сжимает примерно в четыре раза

 

.    (2)

 

Рассчитаем  скорость передачи информации

 

(3)

 

В соответствие с рекомендация МСЭ – Т, выберем подходящий модем. Такую скорость обеспечивает УПС – 4 (2400 бит/с). Выбираем модем V.22bis.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Протокол  V.22

 

Протокол V.22 является дуплексным, протоколом модуляции, предусматривающим использование относительной фазовой модуляции при частотном разделении каналов передачи взаимодействующих модемов.  
Нижний подканал, как и в протоколе V.21, использует вызывающий модем. Он передает на несущей частоте 1200 Гц.

Отвечающий модем, в свою очередь, использует частоту передачи 2400 Гц. Скорость модуляции равна 600 Бод.

Протокол предусматривает два  режима модуляции — ОФМ и ДОФМ.  
В первом случае скорость передачи достигает значения 600 бит/с, а во втором — 1200 бит/с.

В отличие от V.21, протоколом V.22 впервые  предусмотрено использование корректора фазовых искажений (эквалайзера) с  фиксированными характеристиками.

Рекомендация V.22bis совпадает с V.22 по значениям несущих частот и скорости модуляции. 

 

 

Рисунок 2 – Спектр сигналов модемов V.22 [3]

 

Предусматриваются два режима модуляции  — четырехпозиционная (КАМ-4) и шестнадцатипозиционная (КАМ-16) квадратурная модуляции с передачей двух (дибит) и четырех (квадбит) бит на один сигнальный отсчет.  
Скорость передачи данных может быть 1200 либо 2400 бит/с соответственно.         В режиме 1200 бит/с протокол V.22bis полностью совместим с V.22.

Согласно  Рекомендации V.22bis при передаче со скоростью 2400 бит/с поток данных разделяется  на группы из квадбитов. Первые два бита определяют изменение фазового квадранта по отношению к квадранту, в котором находился предыдущий сигнальный элемент.

Последние два  бита каждого квадбита определяют один из четырех сигнальных элементов в новом квадранте. 

Первые биты каждой пары являются также первыми в потоке данных, поступающем в модулятор после скремблирования.

Согласно Рекомендациям V.22 и V.22bis передаваемые данные

 

подвергаются скремблированию.

Схема скремблера и дескремблера V.22bisпредставлена на рисунке 4.

Протоколы V.22 и V.22bis предусматривают  возможность использования защитного  тонального сигнала с частотой 1800 Гц.  
Необязательное (альтернативное) значение частоты защитного сигнала может равняться 550 Гц.

Уровень защитного сигнала на частотах 1800 Гц и 550 Гц должен быть, соответственно, на 6 и 3 дБ ниже уровня мощности сигнала  в верхнем канале, который, в свою очередь, должен быть еще на 1 дБ ниже, чем мощность сигнала в нижнем канале. [3]

 

Таблица 2 – Кодирование сигналов согласно V.22bis [3]
α1α2	Δφ	Переход
00	900	2 3 4 1
01	00	1 2 3      4         4
10	2700	4 1 2      4         3
11	1800	3 4 1      4         2

 

 

Рисунок 3 – Сигнальная диаграмма  V.22bis [2]

 

 

Рисунок 4 – а) схема скремблера, б) дескремблер [2]

 

 

 

 

 

 

3 Алгоритм  кодирования LZW

 

Название алгоритм получил по первым буквам фамилий его разработчиков  — Lempel, Ziv и Welch. Сжатие в нем, в отличие от RLE, осуществляется уже за счет одинаковых цепочек байт.

Этот способ  сжатия  данных,  который  извлекает  преимущества  при повторяющихся  цепочках  данных.  Поскольку  растровые  данные обычно содержат довольно много таких повторений, LZW является хорошим методом для их сжатия  и раскрытия. [3]

Алгоритм:

1 Инициализация словаря всеми возможными одно символьными фразами. Инициализация входной фразы w первым символом сообщения.

2 Считать очередной символ K из кодируемого сообщения.

3 Если КОНЕЦ_СООБЩЕНИЯ, то выдать код для w, иначе шаг 4.

4 Если фраза wK уже есть в словаре, то выдать код wK, присвоить входной фразе значение wK и перейти к шагу 2, иначе выдать код w, добавить wK в словарь, присвоить входной фразе значение K и перейти к шагу 2.

Конец.

LZW реализован в форматах GIF и TIFF.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчет вероятности ошибок  на выходе дискретного канала

 

Расчет  вероятности ошибки на выходе дискретного  канала представляет собой достаточно сложную задачу, так как эта  вероятность зависит от многих факторов, таких как:

1 Вид модуляции и энергии сигналов.

2 Метод приема сигналов.

3 Вид и мощность действующих в непрерывном канале помех.

Последнее обстоятельство требует  учитывать свойства непрерывного канала при расчете параметров дискретного  канала.

Для получения дискретного отображения  модели непрерывного канала с переменными  параметрами может быть использована стационарная простая цепь Маркова  с 3-состояниями. К таким каналам во многих практически важных случаях могут быть отнесены коротковолновые, тропосферные, проводные каналы с изменяющимся уровнем передачи и пр. Непрерывные каналы рассматриваемого вида достаточно полно описываются двумерной функцией распределения мгновенных значений сигнала и помех либо одномерными функциями распределения отношения сигнал/шум и функциями корреляции сигналов и помех.

Если уровень сигнала в канале меняется сравнительно медленно (имеется  в виду, что интервал корреляции этих изменений больше длительности элемента сигнала), то дискретное отображение  такого канала можно представить  последовательностью состояний  простой цепи Маркова, граф которой  показан на рисунке 5.