Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектування тракту передачі даних. 2

Державний Університет Інформаційно – Комунікаційних Технологій

Факультет Інформаційних Технологій

Кафедра ІТ

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни

Системи документального електрозв’язку

на тему:

"Проектування тракту передачі даних"

Виконала студентка групи ІМД-43

Курмазенко А.А

Варіант №77

Перевірив

Хорунжий О.І.

Курсовий проект захищено “ “ 2011 р.

Київ 2011

РЕЦЕНЗІЯ

Позитивні сторони:

Недоліки:

Рецензент – Хорунжий О.І.

Оцінка - ______________

Підпис рецензента ___________
ЗМІСТ

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ..….……....…………………….………….………4

ВИХІДНІ ДАНІ……....…………………...………………………………………………..…...5

ВСТУП….…………………………….…………………………………….……………….…..6

1. Суть моделі часткового опису дискретного каналу (модель Пуртова Л.П.)………...…...7

2. Розрахнок імовірності помилки оптимального прийому елемента ………...………........9

3. Залежність імовірностей помилок в блоці від його довжини ……………...……….…... 11

4. Структурна схема системи з ВЗЗ-НПІ ……………………………………….....……….13

5. Вибір оптимальної довжини кодової комбінації n_опт…………………………….………. 20

6. Розрахунок параметрів циклічного коду n, k, r….…………................................……......23

7. Вибір типа породжуючого (утворюючого) полінома g(х) …………..……….………….. 25

8. Функціональна схема кодера для вибраного g(х) і пояснення його роботи…………..... 26

9. Функціональна схема декодера для вибраного g(х) і пояснення його роботи ………… 28

10. Повна функціональна схема модему ………………………….……........……………… 30

11. Принципова схема пристрою, заданого у варіанті ……………….……………...….…. 34

12. Розрахунок надійності принципової схеми ………………………………………..…… 35

13. Визначення обсягу W інформації, що передається...…………………....................…… 36

14. Вибір магістралі ПД…………………………………………………………….............… 37

15. Розрахунок надійності каналів ПД……...……………………..……………......……….. 39

16. Резервування каналів ПД………………………………………..………….…………… 42

ВИСНОВОК..…………………………………..……………..………………………………46

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ………………….………………………….48

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Варіант № 77

Спроектувати середньошвидкісний тракт передачі даних (ТПД) між двома джерелами і одержувачами інформації, віддаленими один від одного на L км.

Для підвищення вірності передачі використати систему з вирішальним зворотнім зв'язком, неперервною передачею і блокуванням приймача (РОС-НПбл). Система з РОС працює в режимі виявлення помилок з перезапитом неправильно прийнятої інформації. Для виявлення помилок в блоках, що приймаються, використовується циклічний код.

Розподіл помилок в дискретному каналі описується моделлю Пуртова Л.П. Для підвищення надійності ТПД застосовується постійне резервування.

Потрібно:

Пояснити суть моделі часткового опису дискретного каналу (модель Пуртова Л.П.), звернувши особливу увагу на параметр a - коефіцієнт групування помилок.
Розрахувати імовірність помилки оптимального прийому елемента при заданих : виді модуляції, значеннях сигналу та флуктуаційної завади в каналі.
Побудувати залежності імовірностей помилок в блоці від його довжини для трьох значень імовірності помилки в елементі.
Побудувати структурну схему системи з РОС-НПбл і описати алгоритм її функціонування, використовуючи часові діаграми, побудовані за умовами варіанту для n з пункту 5.
Визначити оптимальну довжину кодової комбінації n_опт, при якій забезпечується найбільша відносна пропускна спроможність R.
Визначити число перевірочних розрядів в кодовій комбінації r, що забезпечують задану імовірність невиявленої помилки. Знайти параметри циклічного коду n, k, r. Для отриманої довжини блоку побудувати графік розподілу імовірностей кратності помилок t.
Вибрати тип породжуючого (утворюючого) полінома g(х) з урахуванням останньої цифри студентського квитка.
Побудувати функціональну схему кодера для вибраного g(х) і пояснити його роботу.
Побудувати функціональну схему декодера для вибраного g(х), пояснити його роботу.
Побудувати повну функціональну схему модему з урахуванням заданого виду модуляції
Побудувати принципову схему пристрою, заданого у варіанті, використовуючи ІМС заданої серії.
Розрахувати надійність принципової схеми.
Визначити обсяг W інформації, що передається, для заданого темпу Т_пер і критерію відмови t_від.
По географічній карті вибрати два пункти, віддалені на L км, вибрати основну і обхідну магістраль, розбивши її на ряд дільниць довжиною 500-1000 км. Пункти переприйому прив'язати до великих населених пунктів.
Розрахувати показники надійності основного і обхідного каналів ПД.
Провести резервування каналів ПД по різних варіантах і вибрати найбільш економічний варіант, що забезпечує вимоги завдання по надійності.

ВИХІДНІ ДАНІ

Дані, загальні для всіх варіантів:

Швидкість модуляції: В = 1200 Бод;

Швидкість поширення сигналу в каналі зв'язку: V = 80000 км/с;

Середній час наробки на відмову групового пристрою: Т_ГП = 1500 ч;

Середній час відновлення групового пристрою: = 1,5 ч;

Середній час відновлення пристрою захисту від помилок ПЗП: = 0,33 ч;

Середній час відновлення пристрою перетворення сигналів ППС:=0,33 ч;

Імовірність помилки в дискретному каналі: Р_{пом
1} = 0,5·10^-3 і Р_{пом 2} = 5·10^-3.

Дані, що залежать від варіанту:

Елементна база ІМС серії К – 555;
Вид модуляції – ВФМ;
Швидкість передачі інформації: С = 2400 біт/с;
Рівень потужності сигналу на виході каналу: Р_С_В_И_Х = - 46,4 дБ;
Ефективне значення аддитивої флуктуаційної завади: U_п_е_ф = 1,7 мВ;
Розробити принципову схему вузла – Г (генератор);
Імовірність невиявленої помилки: Р_Н_В_П= 0,8·10^-6;
Відстань між кінцевими станціями: L = 4700 км;
Коефіцієнт групування помилок: = 0,62;
Мінімальна кодова відстань циклічного коду: d₀= 5;
Темп передачі інформації: Т_П_Е_Р= 580 с;
Критерій відмови: t_в_і_д= 60 с;
Час наробки на відмову ПЗП: Т_П_З_П= 460 г;
Час наробки на відмову ППС: Т_П_П_С= 790 г;
Коефіцієнт готовності тракту: К_Г=;
Імовірність безвідмовної роботи протягом 12 г. не менше:

Р(t=12 год)= 0,97.

Вступ

Передача даних (ПД) є найважливішим видом документального електрозв'язку. Цей вид набуває все більше значення і поширення в сучасному електрозв'язку, що визначається його призначенням. Поняття «дані» є досить широким: це певний тип повідомлень, що створюються різними автоматичними цифровими пристроями (наприклад, засобами обчислювальної техніки) і мають формат кодових комбінацій, як правило, двійкового коду. Такі повідомлення - повідомлення даних - звичайно призначені для обробки електронно-обчислювальними машинами (ЕОМ) або створюються внаслідок такої обробки.

Спочатку цей вид зв'язку служив для передачі повідомлень від цифрових датчиків і віддалених терміналів до ЕОМ, і таким чином створювалися системи телеобробки даних. Потім з розвитком цифрових методів передачі будь-яких видів повідомлень, передача даних стала використовуватися для перенесення різного типу файлів, факсимільних повідомлень і навіть аудіо і відео повідомлень. Такі повідомлення стали називати відповідно: датаграми, факсограми, мовограми і відеограми - аналогічно до телеграми - повідомлення самого старого виду докумен-тального електрозв'язку, тобто телеграфії.

Особливістю ПД в порівнянні з іншими видами документального електрозв'язку (телеграфією і факсимільним зв'язком) є підвищені вимоги до характеристик: швидкості, вірності передачі і надійності.

Курсовий проект по дисципліні "Системи документального електрозв'язку" передбачає проектування тракту передачі даних між джерелом інформації і одержувачем інформації.

Тракт передачі даних (ТПД), що проектується, є типовим прикладом системи документального електрозв'язку, якому присвячена дисципліна.

До якості тракту передачі даних ставляться дуже високі вимоги по вірності передачі і надійності, відображені в завданні на курсовий проект; тому проектується некомутований ТПД.

На вказані характеристики впливають передусім параметри каналу зв'язку, що входить в тракт. Як неперервний канал використовується стандартний канал тональної частоти, утворений аналоговою системою передачі (наприклад, К1920). Дискретний канал утвориться включенням передаючої і приймальної частин пристрою перетворення сигналів (ППС). Наприклад, в нашому випадку це можуть бути відповідно модулятор і демодулятор. При заданих параметрах неперервного каналу і виді модуляції визначиться імовірність помилки в одиничному елементі і пропускна спроможність дискретного двійкового каналу.

Для задоволення вимог до вірності передачі системи ПД (задана величина імовірності невиявленої помилки на виході системи) необхідно вжити заходів захисту від помилок і включити в систему відповідний пристрій захисту від помилок ПЗП.

У завданні вказаний спосіб побудови ПЗП: для підвищення вірності передачі використати систему з вирішуючим зворотним зв'язком (ВЗЗ), неперервною передачею і блокуванням приймача. Система з ВЗЗ працює в режимі виявлення помилок з перезапитом неправильно прийнятої інформації. При цьому для виявлення помилок використовується циклічний код.

Щоб задовольнити вимоги завдання до надійності системи ПД, потрібно зробити розрахунок показників надійності (передусім імовірності безвідмовної роботи протягом заданого часу). При заданих параметрах надійності елементів системи виявиться, що вимога завдання не виконується. Для підвищення надійності пропонується застосувати постійне резервування, причому потрібно використати найбільш економічний варіант резервування. Спочатку резервуються окремі найбільш дешеві елементи системи (ППС, ПЗП), а потім більш коштовні (канали зв'язку). У результаті формується тракт передачі даних - ТПД з необхідними по завданню характеристиками.

Всі самостійні рішення, що приймаються при проектуванні повинні бути обгрунтовані, і таким чином студент освоює інженерний підхід до проектування досить складних систем.

МОДЕЛЬ ЧАСТКОВОГО ОПИСУ ДИСКРЕТНОГО КАНАЛУ

(МОДЕЛЬ Л.П.ПУРТОВА)

На жаль, найпростіша пуассонова модель надто рідко може використовуватися: в реальних каналах помилки групуються в пакети (пачки). Моделі для опису таких каналів стають складними і різноманітними.

Найпростіша з них модель Гілберта, яка передбачає, що канал може знаходитися в одному з двох станів: «хорошому», коли помилок немає, і «поганому», коли виникає пакет помилок. Стан системи (каналу) визначається на кожному часовому інтервалі - кроці, а перехід з одного стану в інший відбувається покроково. Таким чином, модель Гілберта належить до класу так званих ланцюгів Маркова. Для опису каналу модель вимагає завдання імовірностей переходу з одного стану в інше або збереження попереднього стану, а також імовірності помилки в «поганому» стані. Існує велика кількість моделей, що враховують (з різною мірою подробиці) закономірності утворення пакетів помилок і розподілу помилок всередині і поза пакетами. Вони досить складні, задаються великим числом параметрів, які важко прив'язати до реальних каналів зв'язку, і відповідно мало придатні для інженерних розрахунків.

Виходом з цієї ситуації для інженерів-зв'язківців з'явилися спрощені моделі, що дають частковий опис каналу. За допомогою такої моделі можна визначити залежність Р(t >1, n) - імовірності появи помилкової комбінації від її довжини n і Р( > t, n) - імовірність появи комбінацій довжиною n з t і більше помилками.

Залежність імовірності появи помилкової кодової комбінації від її довжини n визначається наближеною формулою

P(» n ^{1 -} p , (1.3)

де – показник групування помилок.

Якщо, то пакетування помилок відсутнє, і появу помилок потрібно вважати незалежною, а формула переходить у відповідну формулу пуассонової моделі:

P(» n ^1- p = n p .

Найбільше значення (0,5-0,7) спостерігається в кабельних лініях зв'язку, оскільки короткочасні переривання і імпульсні завади приводять до появи пакетів з великою щільністю помилок. У радіорелейних лініях, де нарівні з інтервалами великої щільності помилок спостерігаються інтервали з рідкими помилками, значення лежить в межах від 0,3 до 0,5. У короткохвильових радіотелеграфних каналах показник групування помилок самий невеликий (0,3 - 0,4).

Імовірність P( є неубуваючою функцією n. Очевидно, що при n=1 P(= p, а при n, імовірність P(1.

Для вибору способу захисту від помилок і побудови ПЗП потрібно оцінювати розподіл помилок в комбінаціях різної довжини. Тому нам знадобиться не тільки імовірність появи спотворених комбінацій (хоча б одна помилка), але й імовірність прийому комбінацій довжиною n з t і більше помилками P(. Модель Л.П. Пуртова пропонує формулу, що дозволяє при t < n/3, обчислити з достатньою точністю значення P (:

P (.

Як видно з цих двох формул, модель Л.П. Пуртова дуже проста і легко прив'язується до реального каналу, оскільки необхідно визначити, наприклад, виміряти, лише р і .

Приклади побудованих графіків залежності імовірностей P(- криві на рисунку 1.1 - показують зміну P( при зростанні n для значень імовірності помилки в елементі р₂ и р₃. Нижня крива відповідає меншому значенню р.

2. РОЗРАХУНОК ІМОВІРНОСТІ ПОМИЛКИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЙОМУ ЕЛЕМЕНТА.

Найвищу завадостійкість забезпечує оптимальний прийом по критерію мінімальної повної імовірності помилки (оптимальний приймач Котельникова). Такий приймач має так звану потенційну завадостійкість, і імовірність помилки в прийомі елемента сигналу визначається наступною формулою

р = 0.5 [ 1-Ф (

h) ],

де Ф(х)=

е ^- ^t2/2 dt функція Крампа

коефіцієнт в залежності від виду модуляції приймає значення:

Для визначення імовірності помилки р при оптимальному прийомі сигналу з відносною фазовою модуляцією - ВФМ, можна скористатися наближеними формулами відповідно

Р_ВФМ = 2 р_ФМ = 1-Ф (

h) (2.1)

h = , (2.2)

Е - енергія сигналу,

N - спектральна щільність потужності флуктуаційної завади.

Енергію сигналу розраховуємо, знаючи тривалість елемента сигналу (задана швидкість модуляції В) і рівень потужності сигналу на виході каналу Рс вих, дБ

(2.3)

Спектральну щільність потужності завади визначимо, знаючи її потужність Рз і смугу частот каналу ТЧ: задана ефективна напруга завади в каналі Uз еф і відомий омічний опір каналу ТЧ.

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

Використовуючи вищевказані формули (2.3 – 2.8) та зробивши деякі спрощення, запишемо формулу 2.2:

(2.9)

Знаючи рівень сигналу, можна знайти напругу сигналу по формулі:

Uc = U₀*10 ^Pc^вих^/20 , (2.10)

де U₀=0,775 В.

Uc = 0,775*10 ^-46,4/20= 3,7 (мВ)

Таким чином отримуємо:

Для визначення імовірності помилки р при оптимальному прийомі сигналу ВФМ, скористатємося наближеною формулою:

Р_ВФМ = 2 р_ФМ = 1-Ф ( h) (2.1.1)

Знайшовши значення функції Крампа (в спеціальній таблиці) для h = 2,17 отримаємо:

Р_ВФМ = 2 р_ФМ = 1-Ф ( h) = 1-Ф (2,9981) = 1-0,9973 = 2,7·10^-3 (0,0027).

3. ПОБУДУВА ЗАЛЕЖНОСТІ ІМОВІРНОСТЕЙ ПОМИЛОК В БЛОЦІ ВІД ЙОГО ДОВЖИНИ.

Залежність імовірності появи помилкової кодової комбінації від її довжини n

визначається наближеною формулою:

(3.1)

де:

p₁ = 0,0005 (задано);
p₂ = 0,005 (задано);
p₃ = 0,0027 (розраховано в розділі 2);
- коэфіцієнт групування помилок, = 0,62.

n-˃	15	31	63	127	255	511	1023	2047
p1	13,992 * 10-4	18,436 * 10-4	24,139 *10-4	31,507 *10-4	41,063 *10-4	53,477 *10-4	69,618 *10-4	90,613 * 10-4
p2	13,992 *10-3	18,436 *10-3	24,139 *10-3	31,507 *10-3	41,063 *10-3	53,477 *10-3	69,618 *10-3	90,613 *10-3
p3	7,555 *10-3	9,955 *10-3	13,035 *10-3	17,014 *10-3	22,174 *10-3	28,877 *10-3	37,593 *10-3	48,931 *10-3

Табл 3.1.Результати розрахунку проміжних точок залежності імовірностей помилок в блокі від його довжини

Використовуючи вищевказані результати, будуємо графік залежностей імовірностей від помилок в блоці (p₁, p₂, p₃) від його довжини:

4. СИСТЕМА З ВЗЗ І НЕПЕРЕРВНОЮ ПЕРЕДАЧЕЮ ІНФОРМАЦІЇ

Використання систем із зворотним зв'язком (ОС) є ефективним і самим поширеним методом боротьби з помилками, оскільки при введенні в повідомлення порівняно невеликої надмірності дозволяють істотно підвищити вірність передачі даних. Введення зворотного зв'язку шляхом організації зворотного каналу фактично робить систему ПД адаптивною: вона отримує можливість враховувати стан каналу зв'язку. При наявності в ньому помилок («поганий» канал) вводиться додаткова надмірність за допомогою повторної передачі помилкових блоків (кодових комбінацій).

Розроблені різні алгоритми роботи систем із ЗЗ. У залежності від того, де приймається рішення про повторну передачу помилкових блоків, розрізнюють системи з інформаційним зворотним зв'язком (ІЗЗ) і вирішуєчим (ВЗЗ). У першому випадку рішення приймає передаюча частина, у другому - приймальна, причому частіше за все для рішення використовується надмірний код з виявленням помилок (наприклад, циклічний).

Найбільш поширені системи з ВЗЗ, причому з двох можливих їх варіантів - з очікуванням або неперервною передачею (НП) звичайно вибирають останній. Він більш ефективний, оскільки не тратить час на очікування сигналів рішення приймача.

Розглянемо алгоритм роботи системи, що рекомендується в завданні – ВЗЗ- НПбл.

У системах з цим алгоритмом передавач передає неперервну послідовність комбінацій, що поступає від джерела повідомлень ДП тривалості tк, не чекаючи отримання сигналів підтвердження. Приймач стирає лише ті комбінації, в яких його вирішальний пристрій виявляє помилки, і по них дає сигнал перезапиту. Інші комбінації видаються одержувачу повідомлень ОП по мірі їх надходження. При реалізації такої системи виникають труднощі, викликані кінцевим часом поширення по каналах tр інформаційних комбінацій і сигналів рішення.

При неперервній передачі за час між моментом виявлення помилки і приходом повторюваної кодової комбінації буде прийнято ще М комбінацій

М = <1+(2tр/ tк)>, де значення вираження в ламаних дужках округляється до більшого цілого.

Оскільки передавач повинен повторювати лише комбінації, по яких прийнятий сигнал перезапиту, то внаслідок повторення із запізненням на М tк порядок проходження комбінацій що видаються до ОП, буде відрізнятися від порядку надходжень кодових комбінацій від ДП. Для відновлення порядку проходження комбінацій в приймачі повинні бути спеціальні пристрої, в тому числі буферний накопичувач БН значної місткості (не менше за iМ, де i - число повторень), оскільки можливі багаторазові повторення.

Щоб уникнути ускладнення і дорожчання приймачів системи з ВЗЗ-НП будують в основному таким чином, що після виявлення помилки приймач стирає комбінацію з помилкою і блокує вхід з каналу на час Т бл =М tк. Тоді він не приймає М подальших комбінацій, а передавач по сигналу перезапиту повторює М останніх комбінацій (комбінацію з помилкою і М - 1, наступними за нею). Такі системи з ВЗЗ-НП отримали назву систем ВЗЗ-НПбл.

Спрощена структурна схема системи з ВЗЗ-НПбл приведена на рис. 4.1.

Передавач Приймач

Рис. 4.1

Робота системи з ВЗЗ-НПбл та блоків передавача і приймача може бути описана блок - схемою алгоритму, приведеною на Рис 4.2.

Рис. 4.2

При надходженні від ДП чергової кодової комбінації в Передавач відбувається її запис в буферний накопичувач БН і кодування завадостійким кодом в кодері, куди вона проходить через комутатор Ком. Прийнята з прямого дискретного каналу ПДК кодова комбінація декодується в декодері Приймача і записується в буферному регістрі БР. У залежності від результатів декодування вирішуючий і керуючий пристрій ВКП ухвалює рішення про видачу кодової комбінації з БР одержувачу або про її стирання. Перше з цих рішень приймається у разі відсутності або невиявлення помилок, друге - при виявленні помилок. У першому випадку одночасно з видачею кодової комбінації одержувачу ОП пристрій формування сигналу зворотного зв'язку ПФСЗЗ формує сигнал підтвердження, який по зворотному дискретному каналу ЗДК передається в передавач. Після отримання сигналу підтвердження і його декодування в пристрої прийому і декодування сигналу зворотного зв'язку ППДСЗЗ керуючий пристрій КП передавача запитує у джерела ДП наступну кодову комбінацію і процес повторюється. При надходженні нової кодової комбінації раніше передана комбінація в БН стирається. У другому випадку одночасно з рішенням ВКП приймача про стирання в ПФСЗЗ формується сигнал перезапиту, який по зворотному каналу передається в передавач. Після отримання і декодування сигналу перезапиту з накопичувача передачі БН через Ком повторно передається та ж кодова комбінація.

Рішення про закінчення сеансу зв'язку приймає джерело повідомлень. З блок-схеми алгоритму видно також, що відсутні помилки в зворотному дискретному каналі.

Розглянута система ВЗЗ-НПбл є односторонньою, тобто зворотний канал організується і використовується тільки для передачі сигналів рішення приймача. Так працюють телефонні модеми по рекомендації V.23 і інш.

Зворотний канал створюється в межах смуги частот каналу ТЧ методом ЧРК. Сигналами рішення “підтвердження" і “запит" служать двійкові сигнали 1 і 0, що передаються зі швидкістю модуляції 75 Бод. При такій низькій швидкості зворотний канал є вузькосмуговим і досить завадостійким. Якщо ж в зворотному ДК відбуваються помилки, то це приводить до порушень в послідовності кодових комбінацій - блоків, що видаються одержувачу. При помилковому переході сигналу підтвердження в сигнал запит відбувається повторна передача і так звана вставка додаткових М комбінацій. У протилежному випадку відбувається випадання М комбінацій. Для боротьби з цими спотвореннями інформації вживають спеціальних заходів (циклічна нумерація блоків, навмисне спотворення в останньому розряді блоку, що передається в момент прийому сигналу запиту).

У завданні на проект вказано некомутований телефонний канал зв'язку. Оскільки такі канали мають 4-провідне закінчення, то з метою підвищення ефективності їх використання необхідно будувати систему ПД як дуплексну, що забезпечить передачу інформації одночасно в двох напрямах. Це виявляється можливим завдяки тому, що перезапити в системі з ВЗЗ-НПбл відбуваються порівняно рідко і переважну частину часу зворотний канал може бути використаний для передачі корисної інформації.

Структурна схема дуплексної системи з ВЗЗ-НПбл представлена на рис.4.3

На відміну від попередньої - симплексної системи тепер на кожній з станцій - Ст. А і Ст. Б знаходяться і джерело і одержувач повідомлень. Сигнали рішення представляються в такому ж вигляді, що і основні повідомлення. Сигнали підтвердження не передаються взагалі, а сигнали запиту кодуються тим же циклічним кодом, що і повідомлення. При цьому формується комбінація запиту КЗ, яка передається в загальному потоці з основними повідомленнями.

Побудова часових діаграм

Для побудови часових діаграм, які мають вигляд такий же, як на рис. 2.4, розрахуємо наступні параметри системи:

час поширення сигналу по каналу зв’язку:

t_p= L/v = 4700/80000 = 0,058 c;

тривалість блоку - кодової комбінації з n розрядів:

t_б= t_к= n*

= n/В

для p = 0,0005 t_к = n/В = 2047/1200 =0,1,705;