Радиосистемы передачи информации

Для конкретной помеховой ситуации величиныp_но, p_oo зависят от свойств кода. Для независимых ошибок

(5.16)

p_ош -- вероятность искажения одного разряда; W_i -- число необнаруживаемых i-кратных ошибок в коде (дано в таблице 5.1).

Вероятность обнаруживаемой ошибки можно определить:

, (5.17)

- вероятность искажения кодовой комбинации (вычисляется с помощью таблицы 5.1)

Описание лабораторной установки для проведения работы

Работа выполняется в программном пакете Matlab 7.11.0 (R2010b). Лабораторная установка создана в модуле Simulink (рис. 5.3) представляет собой радиотехническую систему с обратным каналом, в которой реализовано помехоустойчивое кодирование систематическим кодом (7,4). Схема содержит датчик информации (красный цвет), кодер и декодер Хэмминга (желтый цвет), линию связи и устройство формирования перезапросов (синий цвет), формирователь искажений разрядов кода (серый цвет), формирователь синдрома (салатный цвет), счетчик кодовых групп, анализатор ошибок и индикаторы результатов измерений (оранжевый цвет), индикаторы значений кодовых групп (розовый цвет), переключатели (зеленый цвет), мультиплексоры и демультиплексоры (черный цвет).

Рассмотрим каждый блок в отдельности.

Датчик информации представляет собой четырехэлементный вектор (a1, a2, a3, a4), задаваемый вручную или с помощью двоичного счетчика, который при подаче на него запускающих импульсов позволяет последовательно реализовать любую кодовую комбинацию 4-разрядного двоичного кода. Смена информации в счетчике производится автоматически.

Рис. 5.3. Схема лабораторной установки в Simulink

По сигналу обнаружения ошибки, поступающему с устройства формирования перезапроса, смена кодовой комбинации в датчике информации запрещается.

Кодер Хэммингаформирует значения трёх проверочных разрядов кода. При этом используются следующие порождающая и проверочная матрицы:

,

.

В линии связи происходит последовательная передача кодовых комбинаций с частотойf = 1 Гц. В канале действует импульсная помеха с задаваемой двумя нажатиями на блок линии связи интенсивностью от 0 до 1. Меняя интенсивность появления помеховых импульсов, можно обеспечить различное значение вероятности ошибки и её кратность.

Формирователь искажений инвертирует значение разряда кода на противоположный. Искажения передаваемых кодов в установке можно вводить вручную переключателями «Искажение b1…b7» .

Декодер Хэмминга исправляет однократные ошибки и выдает на индикацию значение 4-разрядного кода.

Формирователь синдромасостоит из сумматоров по модулю 2, формирующих исправляющий вектор, который определяет ошибочно принятый разряд. Эта же схема используется для формирования признака "обнаружения" и "необнаружения" ошибок в 7-разрядной группе, но yжe без определения номера искажённого разряда. При “не обнаружении” ошибки по обратному каналу передается сигнал разрешения, с приходом которого код на выходе счетчика изменяется. При обнаружении ошибки кодовая комбинация на счетчике не изменяется и передается до тех пор, пока она не будет принята правильно или возникнет необнаруживаемая ошибка.

Анализатор ошибок производит подсчет общего числа кодовых групп, общее число ошибочных кодовых групп, число обнаруженных ошибочных кодовых группи число групп с однократными ошибками. Схема регистрации обнаруженных ошибок работает на принципе антисовпадения, регистрируя несовпадения передающего и принятого информационного кода без логической обработки. Таким образам, эта схема фиксирует все комбинации, поступившие на приемную сторону с ошибками.

Лабораторная установка обеспечивает следующие режимы работы установки:

а) "ручной режим" с разовым набором информационных кодов, введением искажений в разряды и разовой передачей кода (7,4). Этот режим служит для изучения корректирующих возможностей кода и логики работы схем кодирования и декодирования. Работа в этом режиме осуществляется кнопками П1 и П2.;

б) "автоматический режим" с периодической сменой информационных кодов, которая производится с частотой F = 1 Гц. В автоматическом режиме кодовые группы передаются через линию связи с помехами, где подвергаются искажениям. На приемной стороне ошибки обнаруживаются. При включенном обратном канале ошибочно принятые комбинации повторяются.

Характеристики системы для различных режимов можно снять, фиксируя число обнаруженных ошибочных кодов N₀₀, общее число ошибочных кодов N_общ, и число кодов с однократными ошибками при различном уровне помех в канале связи.

5.4 Домашнее задание

1. По матрице Hиз лабораторной установки составить таблицу соответствия синдромов и ошибочных бит.

2. По матрице Gвывести уравнения проверочных бит.

3. Найти теоретическую вероятность необнаруженной ошибки для кода (7,4) для p_ош=0.1.

4. Определить вероятность остаточной ошибки для системы с обратной связью, использующей код (7,4), и бесконечным числом переспросов для p_ош=0.1.

5.5 Экспериментальная часть

1. Перед запуском компьютерной модели Hamming_Codeследует в главном меню Simulation выбрать подкоманду Configuration Parameters и задать параметр окончания моделирования Stoptime равный 0 с, а параметр Type установить Variable-step.

2. Загрузить компьютерную модель Hamming_Code.

3. Установить ручной режим переключателями «П1» и «П2», переключатель «П3»-- в положение без ОС.

4. Провести моделирование работы лабораторной установки, нажав в верхней части окна иконку “>”. Остановить моделирование можно нажатием кнопки “¦”.

5. Убедиться в способности кода обнаруживать одно- и двукратные ошибки, а в отдельных случаях ошибки и более высокой кратности.Проверить факт необнаружения ошибки высокой кратности.

6. В главном меню Simulation выбрать подкоманду Configuration Parameters и задать параметр окончания моделирования Stoptime равный 9999 с.

7. Установить переключателями «П1» и «П2»автоматический режим. Провести моделирование.

8. Определить скорость передачи кодовых групп R, код/с.

9. Изменяя интенсивность импульсной помехи в линии связи от 0 до 1, измерить в автоматическом режиме общее число ошибочных кодовых группN_общ и число кодовых групп с обнаруженными ошибкамиN_оо.

10. По данным измерений вычислить зависимости вероятностей p_но, p_ооот отношения сигнал/помеха(пересчитать в дБ ):

p_ош-вероятность искажения разрядов кодовых групп

11. Установить зависимость пропускной способности канала связи, его ненадежности и информационных потерь от отношения сигнал/помеха (для избыточного и безызбыточного кодирования). При этом,пропускную способность канала и его ненадежность определить как, соответственно, скорость поступления получателю достоверной информации и вероятность появления не устраняемых ошибок в принимаемых кодовых группах.

12. Установить переключатель «П3» в положение «с ОС». Провести моделирование.

13. Определить скорость передачи кодовых групп R_ос, код/с., зависимость пропускной способности канала с обратной связью, его ненадежности и информационных потерь от отношения сигнал/помеха.

5.6 Оформление отчета

Примерная структура отчета приведена в приложении. Отчет должен содержать графики полученных зависимостей, для которых отношения сигнал/помеха пересчитаны в децибелах, таблицу комбинаций искажений разрядов при не обнаруживаемой ошибке для различных кратностей, значения скоростей кодовых групп без обратной связи и с перезапросом.

5.7 Контрольные вопросы

1. Подумайте, почему помехоустойчивый код называется избыточным?

2. Дайте определение систематическому коду.

3. Что такое синдром и какова его размерность?

4. Нарисуйте схему кодера и декодера систематического кода (7,4), заданного проверочной матрицей (5.10)

5. Пусть известна вероятность искажения одного разряда кодовой группы 0.1. Определите вероятность передачи без ошибок кодовой группы в целом.

6. Корректирующую способность кода (7,4) выгоднее использовать для исправления или для обнаружения ошибок?

7. Определите оптимальное количество проверочных символов для кодового расстояния d=3. Соответствует ли оно числу проверочных символов в коде Хэмминга?

8. Найти вероятность правильного декодирования кодовой комбинации при n=128, p=0.1, d=6.

9. За единицу времени передается R кодовых групп, из которых A групп поступает на приёмную сторону с ошибками. Наличие ошибок установлено вВ группах. Оценить по этим данным вероятность ошибочной выдачи кодовой группы в системе передачи данных с решающей обратной связью.

10. Каковы предельная полоса передаваемых сообщений в лабораторной установке (с выбранными, по умолчанию, исходными параметрами) и минимально необходимая полоса линии связи передачи этих сообщений, если синхронизация системы производится тактовой последовательностью со скважностью Q=1.5.

Библиографический список

1. Васин В.А. Информационные технологии в радиотехнических системах /В.А. Васин, И.Б. Власов, Ю.М. Егоров и др.; под ред. И.Б. Федорова - М.: Изд. МГТУ, 2004.

2. Денисенко А.Н. Сигналы. Теоретическая радиотехника. Справочное пособие. М.: Горячая линия - Телеком,2005. - 704 с.: ил.

3. Биккенин Р.Р. Теория электрической связи: учеб.пособие для студ. высших учебных заведений / Р.Р. Биккенин, М.Н. Чесноков. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 336 с.

4. Васин В.А. Радиосистемы передачи информации: учебное пособие для вузов / В.А. Васин, В.В. Калмыков, Ю.Н. Себекин, А.И. Сенин, И.Б. Федоров; под ред. И.Б. Федорова и В.В. Калмыкова. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 472 с.: ил.

5. Борисов В.А. Радиотехнические системы передачи информации: учеб. пособие для вузов / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.; под ред. В.В. Калмыкова. - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.: ил.

6. Борисов Ю.П. Основы многоканальной передачи информации: учебное пособие для вузов / Ю.П. Борисов, П.И. Пенин. - М.: Связь, 1967. - 435 с.

7. Четвериков В.Н. Преобразование и передача информации в АСУ. - М.: Высшая школа, 1974. - 320 с.

8. Харкевич А.А. Борьба с помехами. Изд. 3-е. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 280 с.

9. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений / Л.М. Финк. М.: Сов. Радио, 1970. 728 с.

10. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами: монография / Л.Е. Варакин. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.: ил.

Приложение

Типовое оформление отчета по лабораторной работе

Результаты выполнения лабораторной работы представляются в виде отчета общим объемом 5-7 страниц, включая иллюстрации.

Отчет должен содержать титульный лист, содержание, цель и задание на выполнение работы, основную часть и выводы. Названия структурных частей записки не нумеруются.

Задание излагается в виде текста и таблиц, содержащих входные данные. Основная часть должна состоять из конкретных разделов:

1. Результаты расчетов домашнего задания.

2. Блок-схема лабораторной установки.

3. Осциллограммы напряжений и спектры в контрольных точках (если необходимо).

4. Результаты измерений в виде графиков и таблиц.

5. Выводы по каждому пункту измерений в сравнении с теорией.

Используемые в расчетах формулы, графики, таблицы в тексте необходимо нумеровать: первое число в номере - номер раздела, второе число - порядковый номер формулы (графика, таблицы) внутри раздела. При выполнении вычислений по формуле необходимо сначала привести запись в алгебраической форме, затем подставить все численные значения параметров и записать результат вычислений с обязательным указанием размерности полученной величины.

В выводах необходимо сформулировать основные результаты расчетов домашнего задания в сравнении с каждым пунктом измерений. При необходимости сделать предположения относительно расхождения теоретических и экспериментальных данных.

Размещено на Allbest.ru