Моделирование передачи информации через линию связи

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

(ОмГУПС(ОмИИТ))

Кафедра «Автоматика и системы управления»

Моделирование передачи информации через линию связи

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Теория информационных процессов и систем»

Студент гр. 24 З

Артюшин Г.О.

Омск 2016



Реферат

Пояснительная записка к курсовой работе содержит 20 страниц, 10 рисунков, 3 использованных литературных источника, 1 приложение.

Объектом курсовой работы являются методы модулирования и

прием сигнала, кодирования и декодирования информации.

Цель курсовой работы - познакомиться и изучить пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноименный язык программирования Matlab, изучить принципы передачи информации по линиям связи.

Результатом курсовой работы является смоделированная линия связи, модуляция, кодирование сигнала. Непосредственно работа выполнена в Matlab. Пояснительная записка оформлена в текстовом редакторе MicrosoftOfficeWord 2007.



Задание

Смоделировать процесс передачи информации через линию связи, включая этапы кодирования-декодирования информации и модулирования-демодулирования сигнала.

По варианту задания надо реализовать:

- амплитудную модуляцию;

- помехоустойчивый код БЧХ;

- полоса пропускания линии связи 10-14 кГц.



Введение

Одной из основных задач при работе с информацией является ее представление в виде физических сигналов и передача по каналам связи. Область науки, изучающая эти вопросы, называется радиотехникой. Активное развитие радиотехники проходило в середине двадцатого века, когда и были с формулированы основные идеи и принципы этой науки. Появление цифровой вычислительной техники позволило значительно нарастить технические характеристики радиотехнических устройств, однако не повлияло на фундаментальные принципы представления и передачи информации.

На сегодняшний день радиотехника является наиболее изученным направлением обработки информации, ее методы активно заимствуются другими направлениями.

Например, в обработке изображений и компьютерном зрении используются предложенные для радиосигналов корреляционный и спектральный анализ.

Для выполнения работы используется Matlab (сокращение от англ. «MatrixLaboratory», в русском языке произносится как Матламб) - пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете. Matlab используют более 1 000 000 инженерных и научных работников, он работает на большинстве современных операционных системах, включая Linux, Mac OS, Microsoft.



1.Линия связи

Постройте АЧХ и ФЧХ линии связи длиной 1 км.Код программы приведен в приложении А. АЧХ иФЧХ линии связи представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 - АЧХ и ФЧХ линии связи



2. Амплитудная модуляция

Построим модель передачи амплитудно-модулированного сигнала.

Модулятор модулирует сигнал. Единице соответствует синусоидальный сигнал с частотой определяемой глубиной модуляции.Нулю соответствует прямая. Например, во время передачи последовательности 1010101010001010 получается сигнал, представленный на рисунке 2.

Рисунок 2 - Модулированный сигнал

Спектр сигнала представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Спектр модулированного сигнала

Проходя через линию связи (с шумом) сигнал искажается, как показано на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4 - Сигнал, прошедший линию связи

Рисунок 5 - Сигнал с наложенным шумом

Спектр сигнала после полосового фильтра изображен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Спектр сигнала после полосового фильтра

Полосовой фильтр должен быть настроен на частоту несущей плюс-минус спектр огибающей. Сигнал после полосового фильтра представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 - Сигнал после полосового фильтра

Двухполупериодный выпрямитель и фильтр нижних частот выделяют огибающую, увидеть ее можно на рисунке 8.

Рисунок 8 - Сигнал на выходе ФНЧ



Далее следует прием со стробированием. Его сложность заключается в выборе порога (значения, выше которого сигнал принимается как единица).

Проходя по линии связи, сигнал задерживается, поскольку моделируем сигнал с помощью БПФ, сигнал сдвигается циклически, определить сдвиг можно по тестовому сигналу (1 и все 0).

При выбранных параметрах линии связи он равен 185 (максимум тестового сигнала на выходе). Для компенсации циклически сдвигаем сигнал на 185 точек влево. Сдвиг сигнала изображен на рисунке 9.

Рисунок 9 - Сдвиг сигнала

информация передача кодирование сигнал

Результат программы представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 - Результат программы

3.Код БЧХ

Для кодирования информации был применен код БЧХ.

Построенные образующая и порождающая матрицы приведены ниже.

проверочная =

Columns 1 through 26

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0

0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

Columns 27 through 31

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

1 0 0 0 0

0 1 0 0 0

0 0 1 0 0

0 0 0 1 0

1 0 0 0 1

0 1 0 0 0

1 0 1 0 0

1 1 0 1 0

1 1 1 0 1

0 1 1 1 0

0 0 1 1 1

0 0 0 1 1

0 0 0 0 1

образующая=

Columns 1 through 26

1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Columns 27 through 31

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

1 0 0 0 0

0 1 0 0 0

0 0 1 0 0

0 0 0 1 0

0 0 0 0 1

Для выбранной модели вероятность правильного приема одного бита без помехоустойчивого кода равна 0.8; .Закодируем последовательность из 16 бит и пропустим через линию связи. Результаты приведены ниже.

Корректирующая способность кода

3

Переданныебиты

Columns 1 through 9

1 0 0 0 1 1 0 0 0

Columns 10 through 18

1 0 0 0 0 1 1 1 1

Columns 19 through 27

1 1 1 0 0 0 1 0 1

Columns 28 through 31

0 0 1 1

Прошедшие через линию связи

Columns 1 through 9

1 0 1 0 1 1 0 0 0

Columns 10 through 18

0 0 0 0 0 1 1 1 1

Columns 19 through 27

1 1 1 0 0 0 1 0 1

Columns 28 through 31

0 0 1 1

Исправленныебиты

Columns 1 through 9

1 0 0 0 1 1 0 0 0

Columns 10 through 18

1 0 0 0 0 1 1 1 1

Columns 19 through 27

1 1 1 0 0 0 1 0 1

Columns 28 through 31

0 0 1 1

Последовательность была принята верно благодаря помехоустойчивому коду.



Заключение

В ходе курсовой работы изучен пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования Matlab и принципы передачи информации по линиям связи.

Сутью работы является рассмотрение методов модулирования и прием сигнала, кодирования и декодирования информации. Программа была написана на языке программирования Matlab.Также познакомились c особенности языка и среды Matlab, реализовали амплитудную модуляцию и код БЧХ, самостоятельно контролирующийся и самокорректирующийся код.



Библиографический список

Советов, Б. Я. Теоретические основы передачи информации/ РетоМайер. - М.: Экcмо, 2013. - 816 с.

Лебедько Е. Г. Теоретические основы передачи/

Е. Г. Лебедько / М., Лань. 2011. 352 с.

Линия связи - [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Линия связи.



Приложение А

(обязательное)

Листинг программы

D = 615;

l = 1000;

f = (0:1:D); % частота сигнала, Гц

% длина линии связи, м

R = 5e-3 + (42e-3)*sqrt(f*(1e-6)); % погонное сопротивление

L = 2.7e-7; % погонная индуктивность

G = 20*f*(1e-15); % погонная проводимость

C = 48e-12; % погонная емкость

w=2*pi*f;

%g = sqrt((R+1i*w*L)*(G+1i*w*C));

for n=1:D

% Коэффициент распространения волны

y(n)=sqrt((R(n)+1j*w(n)*L).*(G(n)+1j*w(n)*C));

end

% Частотная характеристик

K=exp(-y*l);

k=0:1:D;

s=rectpuls(2*k/l);

% Преобразоване Фурье

S=fft(s);

P=S.*K(n);

% Обратное преобразование

Z=ifft(P);

figure(2)

plot(abs(Z))

title('Прямоугольный сигнал')

gridon;

SH = fftshift(S);

ACH=abs(SH);

figure(3)

plot(w,SH);

%2

n=1024;

i=1:n;

%Частотная характеристика линии связи

f=0:n-1; %в 10 кГц

R(f+1)=5+42*sqrt(f/100);

L(f+1)=1j*0.00027*2*pi*f*10000;

G(f+1)=20*f*0.000001/100;

C(f+1)=1j*48*0.000000001*2*pi*f*10000;

for k=1:n

y(k)=sqrt((R(k)+L(k))*(G(k)+C(k))); %Коэффициент распространения для линейных цепей связи

end

l=5;

h=exp(-y*l); %Соотношение напряжения на входе линии связи и выходе

% figure(1);

% loglog(abs(h));

for (k=1:n/2-2)

ЛистингА.1, лист1 - Листинг программы

h(n/2+k+2)=real(h(n/2-k)) -1j*imag(h(n/2-k));%ДополняемАЧХ

end

%Передаваемыйсигнал

bit=[1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0]; %Передаваемые биты

fnes=64; %Частота несущей

nes=sin(2*pi*(i-1)*fnes/n); %Несущая

for k=1:n

sig(k)=nes(k)*bit(round((k+31)/64));

end

disp('Peredavaemye bity=');

disp(bit);

%Для определения задержки линии связи

%for k=1:n

%sig(k)=0;

%end

%sig(1)=100;

figure(2);

plot(sig);

ylim([-1.5 1.5])

title('Модулированный сигнал');

%Пропускаем через линию связи

sp=fft(sig);

figure(3);

plot(abs(sp));

title('Спектрсигнала');

fori=1:n

sp1(i)=sp(i)*h(i);

end

sig1=ifft(sp1);

figure(4);

plot(abs(sig1));

title('Передаваемый сигнал, прошедший через линию связи');

%Накладываем шум

MU=0;

SIGMA=0.1;

m=[1 n];

noise=normrnd(MU,SIGMA,m);

for k=1:n

sig2(k)=sig1(k)+noise(k);

end

figure(5);

plot(real(sig2));

ylim([-0.5 1.5])

title('Передаваемый сигнал с наложенным шумом');

%Полосовой фильтр

sp2=fft(sig2);

for k=1:47

sp2(k)=0;

end

for k=81:n

sp2(k)=0;

end

figure(6);

plot(abs(sp2));

title('Спектр передаваемого сигнала после полосового фильтра');

sig3=ifft(sp2);

figure(7);

plot(real(sig3));

title('Передаваемый сигнал после полосового фильтра');

%Выпрямитель

Листинг А.1, лист 2

fork=1:n

sig4(k)=abs(sig3(k));

end

figure(8);

plot(real(sig4));

title('Передаваемый сигнал после выпрямителя');

%ФНЧ

sp4 = fft(sig4);

for k=17:n

sp4(k)=0;

end

sig5=ifft(sp4);

figure(9);

plot(real(sig5));

title('ПередаваемыйсигналпослеФНЧ');

%Компенсируем сдвиг на 185 точек

for k=1:n-185

sig6(k)=sig5(k+185);

end

for k=1:185

sig6(n-185+k)=sig5(k);

end

figure(10);

plot(real(sig6));

title('Определение задержки линии связи');

%Прием

porog=0.07;

for k=1:16

bit1(k)=0;

if (sig6((k-1)*64+32)>porog)

bit1(k)=1;

end

end

disp('Priem=');

disp(bit1);

%%БЧХ%%

m = 5;

n = 2^m-1;%codeword length

k = 16; % msg length

disp('Полином');

[genpoly,t] = bchgenpoly(n,k)

disp('Испрошибки');

pol = cyclpoly(n,k-1);

[parmat, genmat] = cyclgen(n,pol)

disp('genmat - образующая, parmat - проверочная');

A = bit;

m=1;

n=1;

f=1;

r=1;

iter = 1;

while (iter< 31)

q(m,r) = A(m,n) * parmat(n,r);

if(q(m,r) == 1)

r= r + 1;

else

n= n+1;

end

iter=iter+1;

end

q

ЛистингА.1, лист 3

Размещено на Allbest.ru

...