Устройство дистанционной передачи дискретной информации
Параметры устройства дистанционной передачи дискретной информации, алгоритм его функционирования, функциональная схема. Помехоустойчивое кодирование по методу Хэмминга, параметры согласования спектра сигнала с частотными характеристиками канала связи.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.12.2012 |
| Размер файла | 915,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ
Норильский индустриальный институт
Кафедра электропривода и автоматизации технологических процессов и производств
Курсовой проект
по Основам микропроцессорной техники
Тема: "Устройство дистанционной передачи дискретной информации"
Выполнил: Арламов А.С.
Проверил: Маловичко Ю.В.
Норильск 2010
Содержание
Введение
1. Теоретическая часть. 3G - сеть третьего поколения
1.1 Предыстория развития
1.2 Стандарты, скорости и частоты 3G
1.3 Дальнейшее развитие технологий
2. Расчетная часть
2.1 Исходные данные
2.2 Функциональная схема
2.3 Расчет объёма предаваемой информации
2.4 Расчет количества и состава контрольных символов при помехоустойчивом кодировании по методу Хэмминга
2.5 Расчет временных характеристик сигнала
2.6 Расчет параметров согласования спектра сигнала с частотными характеристиками канала связи
3. Эскизный проект
3.1 Разработка синтезатора частот
3.2 Синтез шифратора
3.3 Разработка кодирующего устройства
3.4 Разработка устройства, формирующего синхроимпульсы
3.5 Разработка устройства преобразования сигналов
Заключение
Список литературы
Введение
Подлежащая проектированию система является дистанционной и предназначена для передачи дискретной информации. Дискретная информация о состоянии датчиков поступает на устройство, где она преобразуется в сигнал, пригодный для передачи по используемым линиям связи.
Передающие устройства разместим вблизи контрольных пунктов. Всего имеется 2 контрольных пункта, на одном из которых установлено 15 датчиков, на другом - 5. Датчики имеют 2 состояния. Таким образом, информация, поступающая с датчиков, дискретная. Производя последовательный опрос датчиков, будем получать информацию об их текущем состоянии, и передавать ее на удаленную систему управления и диспетчеризации. В целях сокращения объема передаваемой информации и упрощения обработки на приемной стороне, осуществим преобразование дискретной информации, поступающей от датчиков, в двоичный код. Для этого будем использовать шифратор, который каждому датчику сопоставит номер в двоичном коде. Так же передается информация о состоянии соответствующего датчика. Опрос датчиков производится поочередно.
При передаче по линиям связи передаваемый сигнал может быть искажен или потерян. В результате этого информация будет непригодной для обработки. Учитывая это, будем использовать помехоустойчивое кодирование по Хэммингу. Данный вид кодирования за счет избыточности, внесенной в передаваемую информацию, позволит на приемной стороне определить две ошибки или исправить одну ошибку в полученной информации. Таким образом, необходимо использовать перекодирование простого двоичного кода в помехоустойчивый.
Передача параллельного двоичного кода требует количества проводов, равного разрядности передаваемого слова информации, поэтому, в целях экономии, преобразуем его в последовательный код.
Таким образом, в результате ряда преобразований, получим цифровой сигнал в виде последовательного двоичного кода.
В качестве канала передачи информации заданы уже существующие телефонные линии. Так как передача будет осуществляться в одном направлении, то используется симплексная передача. В случае необходимости существует возможность использования полосы пропускания телефонной линии полностью.
Спектр первичного сигнала, являющегося цифровым, может располагаться в полосе частот от 0 до Fmax. Так как АЧХ телефонного канала передачи информации эквивалентна АЧХ полосового фильтра (телефонный канал располагается в полосе частот от 300 Гц до 3400 Гц), то спектр передаваемых дискретных сигналов необходимо переместить в полосу пропускания канала, а значит необходимо применять модуляцию.
В качестве возможной модуляции задана амплитудная, как наиболее простая с точки зрения построения модулирующего устройства. При таком виде модуляции более экономично расходуется ресурс полосы пропускания телефонного канала.
Таким образом, проектируемая система дистанционной передачи информации должна содержать следующие функциональные блоки:
- шифратор;
- кодер помехоустойчивого кодирования;
- синтезатор частот;
- устройство преобразования сигнала.
При разработке устройства дистанционной передачи данных также следует учесть, что допустимое время обслуживания сообщений: tдоп = 60 мс.
1. Теоретическая часть. 3G - сеть третьего поколения
1.1 Предыстория развития
Официальным днем рождения сотовой связи считается 3 апреля 1973 года, когда глава подразделения мобильной связи компании Motorola Мартин Купер позвонил начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Labs Джоэлю Энгелю, находясь на оживленной Нью-йоркской улице. Именно эти две компании стояли у истоков мобильной телефонии. Коммерческую реализацию данная технология получила 11 лет спустя, в 1984 году, в виде мобильных сетей первого поколения (1G), которые были основаны на аналоговом способе передачи информации. Основными стандартами аналоговой мобильной связи стали AMPS (США, Канада, Центральная и Южная Америка, Австралия), TACS (Англия, Италия, Испания, Австрия, Ирландия, Япония) и NMT (страны Скандинавии и ряд других стран). Были и другие стандарты аналоговой мобильной связи - С-450 в Германии и Португалии, RTMS в Италии, Radiocom 2000 во Франции. В целом мобильная связь первого поколения представляла собой лоскутное одеяло несовместимых между собой стандартов.
Первые мобильные сети второго поколения (2G) появились в 1991 году. Их основным отличием от сетей первого поколения стал цифровой способ передачи информации, благодаря чему появилась услуга обмена короткими текстовыми сообщениями (SMS). При строительстве сетей второго поколения Европа пошла путем создания единого стандарта - GSM, в США большинство 2G-сетей было построена на базе стандарта D-AMPS, являющегося модификацией аналогового AMPS. Кстати, именно это обстоятельство стало причиной появления американской версии стандарта GSM - GSM1900. Также к сетям 2G относятся сети, основанные на стандартах CDMA/TDMA. С развитием и распространением Интернет, для мобильных устройств сетей 2G, был разработан WAP - протокол беспроводного доступа к ресурсам глобальной сети Интернет непосредственно с мобильных телефонов.
Растущая потребность пользователей мобильной связи в использовании Интернет с мобильных устройств стала основным толчком для появления сетей, поколения 2,5G, которые стали переходными между 2G и 3G. Сети 2,5G используют те же стандарты мобильной связи, что и сети 2G, но к имеющимся возможностям добавилась поддержка технологий пакетной передачи данных - GPRS в сетях GSM, 1xRTT в сетях CDMA, EDGE в сетях GSM и TDMA. Использование пакетной передачи данных позволило увеличить скорость обмена информацией при работе с сетью Интернет с мобильного устройств до 384 кбит/с, вместо 9,6 кбит/с у 2G-сетей.
2 октября 2007 года стало знаковой датой для индустрии сотовой связи в России. Именно в этот день, один из операторов большой тройки, Мегафон, запустил в эксплуатацию первый фрагмент сети стандарта MT-2000/UMTS на территории Санкт-Петербурга и части Ленинградской области. Спустя чуть более полугода, 28 мая 2008 года, другой из операторов большой тройки, МТС, объявил о запуске в коммерческую эксплуатацию 3G сети в Санкт-Петербурге, а также о технической готовности к запуску 3G сетей в городах Казани, Сочи и Екатеринбурге. Согласно условиям лицензий на предоставление услуг сетей 3G, выданных в апреле 2007 года, все операторы, получившие 3G-лицензии, обязаны были запустить сети 3G во всех регионах страны до конца 2009 года. Таким образом, технология 3G стала реальностью.
Рис. 1.1 "Дорога" к 3G
1.2 Стандарты, скорости и частоты 3G
3G - это стандарт мобильной цифровой связи, который под аббревиатурой IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) объединяет пять стандартов - W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT, UWC-136. Из перечисленных составных частей 3G только первые три представляют собой полноценные стандарты сотовой связи третьего поколения, а DECT и UWC-136 играют вспомогательную роль. DECT - это стандарт беспроводной телефонии домашнего или офисного назначения, который в рамках мобильных технологий третьего поколения, может использоваться только для организации точек горячего подключения (хот-спотов) к данным сетям. Стандарт UWC-136 - это не что иное, как технология EDGE, которую относят к сетям 2,5G.
Стандарт IMT-2000 дает четкое определения сетей 3G - под мобильной сетью третьего поколения понимается интегрированная мобильная сеть, которая обеспечивает: для неподвижных абонентов скорость обмена информацией не менее 2048 кбит/с, для абонентов, движущихся со скоростью не более 3 км/ч - 384 кбит/с, для абонентов, перемещающихся со скоростью не более 120 км/ч - 144 кбит/с. При глобальном спутниковом покрытии сети 3G должны обеспечивать скорость обмена не менее 64 кбит/с. Такие высокие скорости обмена информацией позволяют в корне пересмотреть понятия о мобильной связи и обеспечить новые возможности - видеозвонки, высокоскоростной доступ к сети Интернет с мобильных устройств, реализовать различные мультимедийные сервисы. По концепции развития сетей 3G основной доход операторов сотовой связи в сетях третьего поколения будет не от предоставления услуг связи, а от использования абонентами дополнительных сервисов. Основой всех стандартов третьего поколения являются протоколы множественного доступа с кодовым разделением каналов. Подобная технология сетевого доступа не является чем-то принципиально новым. Первая работа, посвященная этой теме, была опубликована в СССР еще в 1935 году Д.В. Агеевым.
Технически сети с кодовым разделением каналов работают следующим образом - каждому пользователю присваивается определенный числовой код, который распространяется по всей полосе частот, выделенных для работы сети. При этом какое-либо временное разделение сигналов отсутствует, и абоненты используют всю ширину канала. Также, естественно, сигналы абонентов накладываются друг на друга, но благодаря числовому коду могут быть легко дифференцированы. Как было упомянуто выше, данная технология известна достаточно давно, однако до середины 80-х годов прошлого века она была засекреченной и использовалась исключительно военными и спецслужбами. После снятия грифов секретности началось ее активное использование и в гражданских системах связи - она легла в основу и дала название одному из протоколов поколения 2G - CDMA (Code Division Multiple Access).
Рис.1.2 Первый коммуникатор, поддерживающий работу сетей третьего поколения, выпущенный фирмой Apple
Стандарт W-CDMA, известный также как UMTS (Universal Mobile Telecommunication System - универсальная система мобильной связи) это стандарт, применяемый в Европе и Японии, стал приемником GSM/GPRS/EDGE. Стандарт UMTS теоретически обеспечивает обмен информацией на скоростях до 2048 кбит/с, однако, на практике скорость может быть несколько ниже. В сетях W-CDMA используют разделение сигнала по кодово-частотному принципу, т.е. идентификация пакетов информации, передаваемых абонентами, производится не только по уникальному идентификатору, но и по частоте. Протокол UMTS использует частоты 1885 МГц - 2025 МГц для передачи данных в режиме от мобильного терминала к базовой станции и 2110 МГц - 2200 МГц для передачи данных в режиме от станции к терминалу. В США из-за занятости данных частот сетями GSM1900 для UMTS выделен диапазон 1710 МГц - 1755 МГц и 2110 МГц - 2155 МГц соответственно. В ряде стран дополнительно задействованы диапазоны 850, 900 МГц и 1900 МГц.
Стандарт TD-CDMA близок к рассмотренному выше стандарту W-CDMA, однако его основой является гибридный кодово-временной принцип разделения сигнала. В целом считается, что именно стандарт TD-CDMA наиболее приспособлен для передачи данных Интернет. Изначально данный стандарт был разработан немецким концерном Siemens, однако существует и китайская модификация данного стандарта - TD-SCDMA, которая появилась для того, чтобы избежать лицензионных отчислений за W-CDMA и CDMA2000. связь дискретный алгоритм кодирование
Стандарт CDMA2000, являющийся модификацией стандарта CDMA, активно продвигается американскими операторами и составляет реальную конкуренцию UMTS. Технологию CDMA2000 следует рассматривать как эволюцию технологии CDMA, тогда как UMTS радикально отличается от GSM. Стандарт CDMA2000 разделяют на три фазы - 1X (известной также как IS-95C), 1X EV-DO (только данные) и 1X EV-DV (данные & голос). Именно стандарт 1X EV-DV может считаться полноценным 3G-стандартом. Кстати, изначально, не было разделения на 1X EV-DO и 1X EV-DV, а в стандарте CDMA выделяли только две фазы 1XRTT и 3XRTT. Скорость обмена информацией в сетях CDMA2000 1X может достигать 153,6 кбит/с, в стандарте CDMA2000 1X EV-DO - 2,4 Мбит/c (ревизия 0) и 3.1 Мбит/c (ревизия А). В отличие от стандарта UMTS, стандарт CDMA 2000 не оговаривает, какие частоты должны использоваться для передачи сигнала, поэтому построение сетей CDMA 2000 возможно во всех частотных диапазонах используемых операторами сотовой связи - 450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 МГц. Кстати именно на базе технологии CDMA2000 1X на частоте 450 МГц оператор Скай Линк реализует свой услуги голосовой связи и высокоскоростного доступа в Интернет. Всего в мире существует более 40 сетей, использующих технологию CDMA2000.
Необходимость создания в рамках 3G трех стандартов мобильной связи вызвана тем, что операторы вложили огромные средства в построение существующих сетей, поэтому общемировой переход к одному стандарту, хотя и осуществим технически, но экономически невозможен. В своей сути стандарт UMTS является революционным развитием GSM-сетей, в то время как CDMA2000 1X EV-DO предполагает эволюционное развитие сетей CDMA.
У сети 2G есть временная задержка, которая в свою очередь ограничивает максимальную скорость и расстояния. Параметр, который за это отвечает, называется ТА или taming advance. Именно этой величиной ограничивается максимальный радиус действия базовой станции. С 3G все немного по-другому.
В сети стандарта 3G нет такой величины как ТА, поэтому вменяемый радиус действия ничем теоретически не ограничивается. Практически ограничений столько, что радиус около 300-500 метров. Но теоретически - на очень большие расстояния.
В целом в сети UMTS есть градация по уровню сот и по скоростям/передаче данных в них. Различают: пико, микро, макро, глобальная. Пико - внутри помещения, микро - как раз и есть 300-500 метров в городе, макро - высокие станции, которые накрывают большие территории и глобальная - спутники и вообще целиком сеть 3G.
Максимальная скорость передвижения составляет: пико соты - 10км/ч и в этом случае отдается максимальная скорость данных, микро - 120км/ч уже около 384 кбит/с и свыше 500км/ч данные передаются со скоростью 144 кбит/сек. Таких скоростей как данных так и "физических" в сетях 2G достичь не реально.
1.3 Дальнейшее развитие технологий
Нужны ли сети 3G большинству абонентов и как они будут использоваться, покажет время, но общемировая тенденция свидетельствует об их все более широком распространении. Уже разработаны технологии 3,5 G, 3,75G, 4G и 5G.
К технологиям 3,5 G относится HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), представляющая собой способ высокоскоростной пакетной передачи данных от базовой станции к мобильному телефону. Теоретический максимум скорости при использовании HSDPA составляет 14,4 Мбит/с, однако в условиях существующих сетей реально достижимой скоростью является около 3 Мбит/с. Уже доступны телефоны, поддерживающие данную технологию, например, Motorola K3 или Nokia N95.
В сетях 3,75 G планируется увеличить скорость передачи информации от абонента к базовой станции до 5,8 Мбит/с за счет реализации технологии HSUPA (High Speed Uplink Packet Access). Внедрение данной технологии позволит реализовать, например, видео конференц-связь между группами абонентов. Основой реализации сетей четвертого поколения должны стать технологии Wi-Fi и WiMax, подразумевающие интеграцию в единую беспроводную сеть широкого спектра устройств. Но пока, реализация сетей мобильной связи основанных на технологиях 4G, дело будущего, хотя и не очень отдаленного, например, в Японии сети 4G уже находятся на стадии тестирования, а технология 3G завоевывает мир.
2. Расчетная часть
2.1 Исходные данные
Количество контролируемых пунктов КП 2
Количество объектов на КП N 15+5
Число позиций объекта 2
Вероятность ошибки символа Рош 510-5
Вероятность потери сообщения Рпот 10-8
Вероятность трансформации сообщения Ртр 10-10
Модуляция Амплитудная
Допустимое время обслуживания сообщения tдоп 60 мс
2.2 Функциональная схема
Рис. 2.1 Функциональная схема
1. Дискретная информация
2. Унарный код
3. Простой двоичный параллельный код
4. Помехоустойчивый код
5. Последовательный двоичный код
6. Модулированная последовательность импульсов
2.3 Расчет объёма предаваемой информации
Общее число вариантов при групповом выборе:
, (1)
где Ki - число вариантов i-ой ступени избирания;
r - число ступеней группового выбора (число групп).
Общая длина кода k определяется из соотношения:
, (2)
где - длина простого кода (кода на все комбинации) для i-ой ступени избирания (группы).
Количество датчиков (ключей) состояния контролируемого объекта определяется соотношением:
,
где b - количество контролируемых пунктов;
Ni - количество объектов на i-ом контролируемом пункте.
Определение объема информации и решение задачи группового шифрования:
1. Количество контролируемых пунктов (количество номеров пунктов):
K1 = 2,
2. Количество объектов (номеров объектов):
K2 = 15,
3. Количество ключей состояния (количество состояний датчика):
K3 = 2,
Общее число команд:
K = K1·K2·K3 = 2·15·2 = 60.
Общая длина простого кода:
k = k1 + k2 + k3 = 1 + 4 + 1 = 6.
Общее число команд, равное 60, больше необходимого (15 + 5)·2 = 40, т.к. расчет ориентирован на контролируемый пункт большей емкости (15 объектов). Код k2 = 4 для второго пункта (5 объектов) используется неэффективно. Поэтому необходимо найти другой вариант шифрования.
Разобьём все объекты на 4 группы по 5 объектов в каждой. Рассчитаем объем информации при таком разбиении:
K1 = 4,
K2 = 5,
K3 = 2,
Тогда общее число команд:
K = K1·K2·K3 = 4·5·2 = 40.
Общая длина простого кода:
k = k1 + k2 + k3 = 2 + 3 + 1 = 6.
Выберем для реализации второй вариант, т.к. при равном количестве объектов в группах схемы шифрующего и кодирующего устройств значительно упрощаются, по сравнению с первым случаем, когда количестве объектов в группах разное.
Построим таблицы соответствия "сообщение-сигнал" для 3х ступеней шифрования.
|
Таблица 2.1 Первая ступень шифрования (номер группы) |
|||
|
Сообщение о номере группы |
Сигнал (k1 = 2) |
Источники сообщения (датчики) |
|
|
Группа 1 |
00 |
SA1, SA2, SA3, SA4, SA5 |
|
|
Группа 2 |
01 |
SA6, SA7, SA8, SA9, SA10 |
|
|
Группа 3 |
10 |
SA11, SA12, SA13, SA14, SA15 |
|
|
Группа 4 |
11 |
SA16, SA17, SA18, SA19, SA20 |
|
Таблица 2.2 Вторая ступень шифрования (номер объекта) |
|||
|
Сообщение о номере объекта |
Сигнал (k2 = 3) |
Источники сообщения (датчики) |
|
|
Объект 1 |
001 |
SA1, SA6, SA11, SA16 |
|
|
Объект 2 |
010 |
SA2, SA7, SA12, SA17 |
|
|
Объект 3 |
011 |
SA3, SA8, SA13, SA18 |
|
|
Объект 4 |
100 |
SA4, SA9, SA14, SA19 |
|
|
Объект 5 |
101 |
SA5, SA10, SA15, SA20 |
|
Таблица 2.3 Третья ступень шифрования (характер операции) |
||
|
Сообщение о характере операции |
Сигнал (k3 = 1) |
|
|
Выкл. |
0 |
|
|
Вкл. |
1 |
2.4 Расчет количества и состава контрольных символов при помехоустойчивом кодировании по методу Хэмминга
В качестве исходного возьмем двоичный код на все сочетания с числом информационных символов k = 6.
Количество контрольных символов определяется неравенством:
.
При k = 6 количество контрольных символов будет: m = 4.
Таким образом, общая длина закодированной комбинации:
n = k + m = 6 + 4 = 10.
Общий код будет иметь вид:
m1 m2 k6 m3 k5 k4 k3 m4 k2 k1.
Составим таблицу для кода Хэмминга (табл. 2.4):
|
Таблица 2.4 Код Хэмминга |
|||||
|
Разряды двоичного кода |
Символ кода, n |
||||
|
4 (k4) |
3 (k3) |
2 (k2) |
1 (k1) |
||
|
0 |
0 |
0 |
1 |
m1 |
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
m2 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
k6 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
m3 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
k5 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
k4 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
k3 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
m4 |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
k2 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
k1 |
Проверочная таблица для кода Хэмминга (табл. 2.5):
|
Таблица 2.5 Проверочная таблица для кода Хэмминга |
|||||
|
m1 |
k6 |
k5 |
k3 |
k2 |
|
|
m2 |
k6 |
k4 |
k3 |
k1 |
|
|
m3 |
k5 |
k4 |
k3 |
- |
|
|
m4 |
k2 |
k1 |
- |
- |
2.5 Расчет временных характеристик сигнала
Рассчитаем относительную нестабильность частоты генераторов тактовых импульсов K:
Примем K = 0,011.
где E - часть длительности генерируемого импульса, в пределах которого допускается расхождение импульсов генераторов по фазе, E = 0,4;
n - общее число символов кода, n = 10;
ns - число сервисных тактов, принимаем
Для определения скорости передачи данных B рассчитаем некоторые необходимые параметры.
Вероятность обнаружения ошибки Pоо:
где Pош - вероятность ошибки символа.
Среднее число передач сообщения rср:
Рассчитаем скорость передачи данных B:
бит/с
где tдоп - допустимое время для передачи сообщения.
Выбираем из стандартного ряда скоростей B = 300 бит/с.
Время цикла Tц:
Время выпадения из синхронизма tе:
Синхронная и синфазная работа распределителей будет обеспечиваться при выполнении условия: - условие выполняется.
Для обеспечения допустимого времени обработки сообщения должно выполняться условие: - условие выполняется.
2.6 Расчет параметров согласования спектра сигнала с частотными характеристиками канала связи
Ширина спектра первичного сигнала зависит от длительности импульсов и пауз между ними, а также от характера их чередований. Худший случай, т.е. наиболее широкий спектр, имеет сигнал, состоящий из чередующихся импульсов и пауз ф0, поэтому при определении ширины спектра первичного сигнала можно ограничиться рассмотрением периодической последовательности импульсов и пауз с периодом Т, которая имеет частоту первой гармоники F1.
Рис. 2.2 Амплитудная модуляция
При амплитудной модуляции ширина спектра ДFАМ будет равна
Рис. 2.3 Спектр сигнала при АМ
Тогда спектр АМ сигнала будет занимать полосу частот от до , где f0 - частота несущего колебания.
Диапазон частот канала ДFк определяется шириной спектра ДFс модулированного сигнала и защитным интервалом канала Дfзк, т.е.
.
Защитные интервалы необходимы для устранения влияния нестабильности генераторов тактовых импульсов и фильтров. Нестабильность х определяется относительно номинального значения частоты несущего колебания, следовательно, должно выполняться неравенство: . Так как , то для упрощения расчетов примем , где fВ - верхняя частота пропускания канала. Для телефонной линии верхняя частота пропускания канала fВ = 3400 Гц, а нижняя fН = 300 Гц.
Для повышения помехоустойчивости приема элементарного сигнала за счет повышения коэффициента заполнения рекомендуется размещать организуемый канал в верхней части телефонного канала. При размещении полосы пропускания телефонного канала на оси частот необходимо, прежде всего, определить значение несущей частоты. При этом надо учитывать тип устройства преобразования сигналов. Асинхронные устройства преобразования сигналов (УПС) с независимыми ГТИ и генератором несущих частот не применимы для ФМ вообще, а для АМ и ЧМ могут применяться только при больших коэффициентах заполнения (>10). Поэтому будем использовать синхронное УПС. При этом можно принять , где k - коэффициент нестабильности генератора тактовых импульсов.
Для синхронных УПС коэффициент заполнения рекомендуется брать кратным 0,5:
,
где = 1, 2, 3…
Для сигналов с АМ и ФМ:
.
При этом
,
где - ширина спектра модулируемого сигнала.
Частота несущего колебания f0 определяется следующим образом:
Нижняя частота организуемого канала:
.
Таким образом полоса частот организуемого канала будет:
Гц.
Определим для канала обеспечивающего передачу сигнала с АМ со скоростью B = 300 бит/с.
Гц
- частота первой гармоники.
Гц
- ширина спектра сигнала при АМ.
Гц
- ширина защитных интервалов.
Гц
Гц
- нижняя граница спектра сигнала.
Гц
- ширина организованного канала.
Расположение частот на частотной оси показано на рис. 2.4.
Рис. 2.4 Расположение частот
3. Эскизный проект
3.1 Разработка синтезатора частот
Синтезатор частот для синхронного УПС на передающей стороне предназначен для выработки тактовой частоты fТ и несущей частоты f0 для АМ и ФМ (или f00 и f01 для ЧМ) из высокой частоты fВЧ вырабатываемой задающим генератором. Наиболее распространённым методом синтеза частот является метод деления fВЧ делителями-счетчиками импульсов.
,
где kдт и kд 0 - коэффициенты деления, целые числа.
Для вычисления коэффициентов деления, определяющих структуру синтезатора, надо найти fВЧ :
НОД(300, 3150) = 150.
Рассчитаем fВЧ, kдт и kд 0:
бит/с
Гц
Структурная схема синтезатора частот представлена на рисунке 3.1.
Рис. 3.1 Структурная схема синтезатора частот
3.2 Синтез шифратора
Шифратор - предназначен для преобразования дискретных сообщений в комбинации простого двоичного кода.
Классический шифратор представляет собой комбинационную схему с М входов и m выходов, при подаче сигнала на один из входов которого на выходе появляется двоичный код. Число входов и выходов шифратора связано соотношением:
M = 2m.
Шифраторы по принципу построения делятся на одно- и многоступенчатые. Если M < 2m, то шифратор неполный.
Алгоритм функционирования шифратора задается таблицей "сообщение - сигнал".
Составим таблицу "сообщение-сигнал" для 1-ой ступени шифрования, то есть номера группы.
Определим число выходов шифратора из соотношения:
,
где M - число входов шифратора;
m - число выходов шифратора.
Так как M = 4, то m = 2.
|
Таблица 3.1 |
|||
|
Сообщение |
Сигнал (выходы) |
||
|
Y1 (k2) |
Y0 (k1) |
||
|
x0 |
0 |
0 |
|
|
x1 |
0 |
1 |
|
|
x2 |
1 |
0 |
|
|
x3 |
1 |
1 |
Структурная схема разработанного шифратора 1-й ступени шифрования показана на рисунке 3.2.
Рис. 3.2 Структурная схема шифратора 1-й ступени
Составим таблицу "сообщение-сигнал" для 2-ой ступени шифрования, то есть номера объекта.
Так как M = 5, то m = 3.
Таблица 3.2
|
Сообщение |
Сигнал (выходы) |
|||
|
Y4 (k5) |
Y3 (k4) |
Y2 (k3) |
||
|
x1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
x2 |
0 |
1 |
0 |
|
|
x3 |
0 |
1 |
1 |
|
|
x4 |
1 |
0 |
0 |
|
|
x5 |
1 |
0 |
1 |
Структурная схема разработанного шифратора 2-й ступени шифрования показана на рисунке 3.3.
Рис. 3.3 Структурная схема шифратора 2-й ступени
Составим таблицу "сообщение-сигнал" для 3-ей ступени шифрования, то есть номера позиции.
Так как M = 1, то m = 1.
|
Таблица 3.3 |
||
|
Сообщение |
Сигнал (выход) |
|
|
Y5 (k6) |
||
|
x0 |
0 |
|
|
x1 |
1 |
Так как необходимо передавать только 2 состояния, шифратор не требуется.
Устройство шифрования представляет собой совокупность, состоящую из: шифратора 1ой ступени шифрования; шифратора 2ой ступени шифрования; 20ти триггеров, соответственно для каждого двухпозиционного объекта; распределителя и 5ти мультиплексоров.
Принцип действия заключается в следующем: при подаче импульса на распределитель активизируется одна из 20ти линий, каждая из которых представляет уникальный номер источника сообщения. Импульс подается через элемент "ИЛИ" DD76 при включении схемы и от распределителя кодера каждый раз, когда завершается цикл кодирования.
Возникший сигнал подается на шифратор 1ой ступени, где шифруется номер группы, в которой находится активизированный источник сообщения, - 2 бита: Y0, Y1 (k1, k2), а также на шифратор 2ой ступени, где шифруется номер объекта в группе, который является активизированным источником сообщения, - 3 бита: Y2, Y3, Y4 (k3, k4, k5). В то же время на входы триггеров 3ей ступени шифрования подается состояние каждого из 20ти источников сообщения. Триггеры являются элементами памяти. Они обновляются при пуске схемы и при поступлении на вход элемента "И" DD75 4х логических единиц (полный двоичный код "10111": "11" - 4я группа, "101" - SA20).
После информация подается на соответствующие номеру контрольного пункта мультиплексоры. В соответствии с алгоритмом работы, мультиплексоры MX1 - MX4, по номеру объекта, активизированного в данный момент времени, выбирают номер позиции необходимого источника сообщения в каждом контрольном пункте. Далее мультиплексор MX5 по номеру группы, активизированной в данный момент времени, выдает состояние единственного источника сообщения из контрольных пунктов - 1 бит: Y5 (k6).
Таким образом, получаем шестиразрядный двоичный код, который несет в себе информацию о номере группы, в которой находится объект, номере данного объекта и о его состоянии.
3.3 Разработка кодирующего устройства
Кодер преобразовывает простой двоичный код в помехоустойчивый (т.е. избыточный код) посредством добавления к информационным символам (k) контрольных символов (m).
Принцип построения кодирующего устройства не зависит от числа информационных разрядов передаваемого кода. Кодер наряду с помехоустойчивым кодированием осуществляет преобразование параллельного кода в последовательный с целью передачи его в линию.
Схема устройства строится на основании таблицы проверочных коэффициентов (табл. 3.4.) для последовательности символов:
m1 m2 k6 m3 k5 k4 k3 m4 k2 k1.
|
Таблица 3.4 2-я Проверочная таблица для кода Хэмминга |
|||||
|
m1 |
k6 |
k5 |
k3 |
k2 |
|
|
m2 |
k6 |
k4 |
k3 |
k1 |
|
|
m3 |
k5 |
k4 |
k3 |
- |
|
|
m4 |
k2 |
k1 |
- |
- |
На схему "ИЛИ" DD56, управляющую триггером DD64, который формирует сигнал m1, заводятся сигналы k2, k3, k5, k6. На схему "ИЛИ" DD57: k1, k3, k4, k6; на схему "ИЛИ" DD58: k3, k4, k5; схему "ИЛИ" DD59: k1, k2.
Триггеры DD42-DD47 выполняют роль ячеек памяти информационных символов k1-k6. Триггеры DD64-DD67 нужны для формирования контрольных символов m1-m4. Кодирование начинается с преобразования параллельного кода в последовательный.
В качестве примера взята запись кодовой комбинации 100101 в триггеры DD47-DD42 через элементы "И": DD41-DD36 при подаче импульса "set" с распределителя на эти элементы, они открываются одновременно. Кодирование начинается с младших разрядов.
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
k6 |
k5 |
k4 |
k3 |
k2 |
k1 |
Так как на элемент DD51 также подается логическая единица с триггера DD45, то этот элемент через элемент "ИЛИ" DD54, посылает на элемент "И" DD73 логическую "1". Последовательность посылки символов кода и очередность работы выходных счетных триггеров контрольных символов DD64-DD67 показаны в таблице 3.5.
Импульсы с ячеек распределителя посылаются на элементы "ИЛИ" DD56-DD59, позволяют при суммировании по модулю 2 приходящих с этих ячеек символов на триггерах DD64-DD67 образовывать контрольные символы m. Например, на элемент "ИЛИ" DD56 подаются символы с распределителя, соответствующие k1, k2 последовательно во времени, что, согласно проверочной таблице 3.4 для кода Хэмминга, соответствует определению контрольного символа m4, так как контрольные символы являются суммой по модулю два соответствующих информационных символов. Простейшими сумматорами по модулю 2 последовательного типа являются счетные триггеры DD64-DD67.
Далее опишем работу кодера. Импульс с ячейки 1 распределителя поступает на схемы "ИЛИ" DD57, DD59 и через них на элементы "И" DD61, DD63, на которые приходит импульс с элемента "И" DD53 через элемент "ИЛИ" DD54. Поэтому с элементов "И" DD61, DD63 снимается первый импульс на триггеры DD65, DD67 и переключает их в состояние логической "1". Триггеры DD64, DD66 остаются в состоянии логического "0". На выход схемы поступает логическая "1", соответствующая k1 (см. табл.3.5, такт 1).
В такте 2 импульс с ячейки 2 распределителя поступает на элемент "И" DD52, но с него ничего не снимается, так как с триггера DD46 на второй вход DD52 подается логический "0". Это значит, что на выход схемы поступает логический "0", соответствующий k2. Так как с DD52 на DD60-DD63 через элемент "ИЛИ" DD54 поступает логический "0", на триггеры DD64-DD67 ничего не поступает, и они сохраняют свое состояние (см. табл.3.5, такт 2).
В такте 3 с элемента "И" DD71 на выход схемы будет послан импульс, соответствующий m4=1, так как выход Q триггера DD67 находится в состоянии логической "1" и разрешает прохождение импульса с распределителя через элемент "И" DD72 (см. табл.3.5, такт 3).
В такте 4 открывается элемент И DD51 и на элемент "И" DD73 через элемент "ИЛИ" DD54 поступает логическая "1". Одновременно этот импульс поступает на элементы "И" DD60-DD63. Но на элементы "И" DD62-DD63 приходит импульс с ячейки 4 распределителя через элементы "ИЛИ" DD60-DD62, который переключает триггеры DD64, DD66 в состояние логического "0", а триггер DD65 - в состояние логической "1" (см. табл.3.5, такт 4).
В такте 5 импульс с ячейки 5 распределителя поступает на элемент "И" DD50, но с него ничего не снимается, так как с триггера DD44 на второй вход DD50 подается логический "0". Это значит, что на выход схемы поступает логический "0", соответствующий k4. Так как с DD50 на DD60-DD63 через элемент "ИЛИ" DD54 поступает логический "0", на триггеры DD64-DD67 ничего не поступает, и они сохраняют свое состояние (см. табл.3.5, такт 5).
В такте 6 импульс с ячейки 6 распределителя поступает на элемент "И" DD49, но с него ничего не снимается, так как с триггера DD43 на второй вход DD49 подается логический "0". Это значит, что на выход схемы поступает логический "0", соответствующий k5. Так как с DD49 на DD60-DD63 через элемент "ИЛИ" DD54 поступает логический "0", на триггеры DD64-DD67 ничего не поступает, и они сохраняют свое состояние (см. табл.3.5, такт 6).
В такте 7 с элемента "И" DD70 на выход схемы будет послан импульс, соответствующий m3=1, так как выход Q триггера DD66 находится в состоянии логической "1" и разрешает прохождение импульса с распределителя через элемент "И" DD70 (см. табл.3.5, такт 7).
В такте 8 с элемента DD48 на выход схемы будет подан сигнал логической "1". Одновременно этот сигнал совпадает на элементах "И" DD60, DD61 с проходящим через элементы ИЛИ DD56, DD57 импульсом, соответствующим символу k6 и переключает триггер DD64 в состояние логического "0", а триггер DD65 - в состояние логической "1" (см. табл.3.5, такт №8).
В такте 9 с элемента "И" DD69 на выход схемы будет послан импульс, соответствующий m2=1, так как выход Q триггера DD65 находится в состоянии логической "1" и разрешает прохождение импульса с распределителя через элемент "И" DD69 (см. табл.3.5, такт 9).
В такте 10 следует m1 и импульс с ячейки 10 распределителя поступает на элемент "И" DD68. Поскольку выход Q триггера DD64 находится в этот момент под нулевым потенциалом, через элементы "ИЛИ" DD73, DD74 и усилитель импульс не поступает, что соответствует сигналу логического нуля (см. табл.3.5, такт 10)
Таблица 3.5 Порядок работы кодера
|
№ такта |
В линию связи |
Состояние триггеров |
||||
|
DD67 |
DD66 |
DD65 |
DD64 |
|||
|
0 |
- |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 (k1) |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
2 |
0 (k2) |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
3 |
1 (m4) |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
4 |
1 (k3) |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
5 |
0 (k4) |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
6 |
0 (k5) |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
7 |
1 (m3) |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
8 |
1 (k6) |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
9 |
1 (m2) |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
10 |
0 (m1) |
1 |
1 |
1 |
0 |
Таким образом, на выход схемы будет послана комбинация кода Хэмминга:
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
m1 |
m2 |
k6 |
m3 |
k5 |
k4 |
k3 |
m4 |
k2 |
k1 |
На такте 10 кодирование заканчивается, но распределитель, состоящий из 12 ячеек, продолжает переключаться. Импульс "reset" устанавливает триггеры DD42-DD47 и DD64-DD67 в исходное нулевое состояние, а импульс с ячейки 0 поступает на элементы "И" DD36-DD41 и подготавливает схему к кодированию новой комбинации.
3.4 Разработка устройства, формирующего синхроимпульсы
Устройство формирования синхроимпульсов предназначено для получения импульса, в начале каждого цикла передачи, синхронизирующего тактовый генератор на приемной стороне.
В целях упрощения будем использовать одноэлементный синхросигнал длительностью
,
где - некоторое целое число (примем ).
Удобнее всего объединить схему кодера и устройства формирования синхроимпульса.
Принципиальная схема устройства получения синхроимпульсов показана на рис. 3.6 и рис. 3.7.
Рис. 3.6 Формирование синхросигнала цифровым способом. Функциональная схема
Рис. 3.7 Формирование синхросигнала цифровым способом. Временные диаграммы работы
3.5 Разработка устройства преобразования сигналов
Узел преобразования сигналов (УПС) передатчика предназначен для преобразования первичного сигнала в модулированный сигнал, подготовленный для подачи в телефонную линию. Такое преобразование осуществляется с помощью модуляторов.
Основными функциональными устройствами УПС передатчика являются модулятор и выходной блок, осуществляющий фильтрацию и усиление передаваемого в линию сигнала.
Устройство преобразования сигнала приемника осуществляет обратное преобразование принимаемого радиосигнала в первичный видеосигнал с помощью демодулятора.
Функциональная схема УПС передатчика при амплитудной модуляции приведена на рис. 3.8.
Рис. 3.8 Функциональная схема устройства преобразования сигнала передатчика при амплитудной модуляции
Первичные сигналы в виде последовательности прямоугольных импульсов и пауз поступают на модулирующий вход 1 амплитудного модулятора У2, на второй вход которого подаются несущие колебания с частотой от синтезатора частот У1. При наличии единичного импульса на входе 1 модулятора несущие колебания проходят на его выход, во время паузы колебания на выходе модулятора отсутствуют. С выхода модулятора 3 амплитудно-модулированный сигнал через полосовой фильтр У3 и усилитель У4 подается в линию связи. Временные диаграммы работы устройства преобразования сигнала при амплитудной модуляции показаны на рис. 3.9.
Рис. 3.9 Временные диаграммы работы устройства преобразования сигнала при амплитудной модуляции
Заключение
В результате выполнения проекта были рассчитаны необходимые параметры устройства дистанционной передачи дискретной информации, обоснован алгоритм его функционирования и синтезирована функциональная схема устройства. По итогам расчетов выяснилось, что устройство удовлетворяет всем требованиям, налагаемым на передачу сообщения: неравенство выполняется, следовательно, условие для синхронной работы распределителей выполняется; неравенство выполняется, следовательно, условие для обеспечения допустимого времени обслуживания сообщения выполняется.
Полоса пропускания телефонного канала занята менее чем на 1/7 (Гц), что дает возможность, при необходимости, модулировать еще порядка 5-6 каналов в этой же телефонной линии.
Таким образом, полученное устройство дистанционной передачи дискретной информации удовлетворяет условиям эксплуатации, обеспечивает требуемую надежность и скорость передачи информации, а также обладает потенциалом для дальнейшего развития.
Список литературы
1. Материалы сайта http://www.oumts.ru/
2. Материалы сайта http://www.mforum.ru/
3. Карпов А.Г. Курс лекций по дисциплине "Цифровые устройства автоматики"
4. Маловичко Ю.В. Курс лекций по дисциплине "Основы микропроцессорной техники"
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обработка результатов измерений искажений. Программное (теоретическое) кодирование. Разработка схемы кодирующего устройств. Значения вероятностей ошибок в комбинации. Введение избыточности для повышения верности при передаче дискретной информации.
курсовая работа [423,6 K], добавлен 28.05.2013Параметры цифровой системы передачи информации. Дискретизация сообщений по времени. Квантование отсчетов по уровню, их кодирование и погрешности. Формирование линейного сигнала, расчет спектра. Разработка структурной схемы многоканальной системы передачи.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 19.04.2012Расчет основных характеристик передачи информации - ширины и пропускной способности непрерывного канала. Выбор аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей, кодера и модулятора. Алгоритм работы и структурная схема оптимального демодулятора.
курсовая работа [776,7 K], добавлен 13.08.2013Структурная схема сети передачи дискретной информации. Причины возникновения линейных и нелинейных искажений в СПДИ, нормирование АЧХ и ФЧХ. Тип переносчика, формы модуляции и спектры сигналов при передаче ДИ. ЕЭС прямоугольной и синусоидальной формы.
контрольная работа [235,5 K], добавлен 01.11.2011Изучение радиотехнических систем передачи информации. Назначение и функции элементов модели системы передачи (и хранения) информации. Помехоустойчивое кодирование источника. Физические свойства радиоканала как среды распространения электромагнитных волн.
реферат [47,5 K], добавлен 10.02.2009Анализ структурной схемы системы передачи информации. Помехоустойчивое кодирование сигнала импульсно-кодовой модуляции. Характеристики сигнала цифровой модуляции. Восстановление формы непрерывного сигнала посредством цифро-аналогового преобразования.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 14.11.2017Характеристика Белорусской железной дороги. Схема сети дискретной связи. Расчет количества абонентских линий и межстанционных каналов сети дискретной связи и передачи данных, телеграфных аппаратов. Емкость и тип станции коммутации и ее оборудование.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.01.2013Расчет параметров каналообразующего устройства и выбор метода модуляции. Построение структурной схемы каналообразующего устройства. Обмен данными в обоих направлениях. Предельное значение скорости передачи информации. Спектральная плотность мощности шума.
курсовая работа [189,1 K], добавлен 13.12.2013Цель и понятие кодирования сообщений. Засекречивание передаваемой информации. Помехоустойчивое кодирование. Экономное кодирование - сокращения объема информации и повышения скорости ее передачи или сокращения полосы частот, требуемых для передачи.
реферат [51,3 K], добавлен 11.02.2009Основные компоненты технической системы передачи информации, аппаратура для коммутации и передачи данных. Интерфейсы доступа к линиям связи. Передача дискретной информации в телекоммуникационных системах, адаптеры для сопряжения компьютера с сетью.
презентация [1,6 M], добавлен 20.07.2015Проектирование и разработка многоканальной когерентной системы передачи дискретной информации (СПДИ), предназначенной для передачи цифровых сигналов от М-однотипных источников информации по одному или нескольким арендуемым стандартным аналоговым каналам.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.08.2010Расчет параметров цифровой системы передачи, спектра АИМ-сигнала. Квантование отсчетов по уровню и их кодирование. Расчет погрешностей квантования. Формирование линейного сигнала. Разработка структурной схемы многоканальной системы передачи с ИКМ.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 08.10.2012Составление функциональной и структурной схемы системы дистанционной следящей системы передачи угла поворота. Определение коэффициентов передачи отдельных звеньев. Синтез корректирующего устройства. Переходные характеристики скорректированной системы.
контрольная работа [442,6 K], добавлен 08.02.2013Понятие и сущность кодирования информации, его применение. Проектирование цифрового устройства для передачи сообщения через канал связи, разработка задающего генератора, делителя частоты и преобразователя кода. Функциональная схема управления автомата.
курсовая работа [956,5 K], добавлен 12.02.2013Понятие, сущность и особенности линейных групповых кодов. Основные параметры кодов. Формы контроля ошибок: обнаружение и стратегия исправление. Анализ понятия “мощность кода”. Помехоустойчивое кодирование в радиотехнических системах передачи информации.
реферат [79,1 K], добавлен 10.12.2008Разработка структурной схемы системы связи, предназначенной для передачи данных для заданного вида модуляции. Расчет вероятности ошибки на выходе приемника. Пропускная способность двоичного канала связи. Помехоустойчивое и статистическое кодирование.
курсовая работа [142,2 K], добавлен 26.11.2009Предназначение канала связи для передачи сигналов между удаленными устройствами. Способы защиты передаваемой информации. Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала. Технические устройства усилителей электрических сигналов и кодирования.
контрольная работа [337,1 K], добавлен 05.04.2017Спектры сигналов, модулируемых по амплитуде и фазе. Сопоставление их между собой, исходя из зависимости удельной скорости передачи. Искажение формы сигнала при ограничении спектра. Главные особенности и назначение аналоговой и дискретной информации.
контрольная работа [154,4 K], добавлен 01.11.2011Вероятностное описание символов, аналого-цифровое преобразование непрерывных сигналов. Информационные характеристики источника и канала, блоковое кодирование источника. Кодирование и декодирование кодом Лемпела-Зива. Регенерация цифрового сигнала.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.09.2014Схема цифрового канала связи. Расчет характеристик колоколообразного сигнала: полной энергии и ограничения практической ширины спектра. Аналитическая запись экспоненциального сигнала. Временная функция осциллирующего сигнала. Параметры цифрового сигнала.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.02.2013
