Многоканальная система передачи информации

3. кадровой - для синхронизации значимых моментов времени при временном способе уплотнения/ разделения каналов. Причем, на передаче - для уплотнения сигналов источников информации (канальных интервалов) в групповой цифровой сигнал (кадр), а на приеме - для разделения группового сигнала (кадра) на сигналы источников информации (временные канальные интервалы).

4. цикловой - для синхронизации значимых моментов времени при временном способе уплотнения/разделения кадров СПДИ. Причем, на передаче - для уплотнения кадров СПДИ в циклы системы, а на приеме - для разделения циклов СПДИ на кадры системы.

Рассмотрим подробнее эти составляющие процесса синхронизации, используемые в СПДИ. Для приемника когерентной бинарной фазовой манипуляции схема фазовой синхронизации будет иметь следующий вид, представленный на рис. 5.1

Рис.5.1 Схема фазовой (тактовой) синхронизации.

Контур ФАПЧ состоит из трех основных компонентов: детектора фазы (1), контурного фильтра (2) и генератора, управляемого напряжением (3).

Для любой СПДИ существуют ошибки синхронизации фазы и частоты принимаемого сигнала. Если контур не способен отследить все фазовые ошибки, то битовая вероятность ошибки будет больше теоретически достижимой, в нашем случае: , где в - ошибка рассогласования принятого несущей и опорного сигнала по фазе. В большинстве случаев, принимают в=0.5, тогда

, при (5.1)

Для оптимальной демодуляции приемник системы должен синхронизироваться со значащими моментами поступающих цифровых символов. В случае если, исходные данные группового информационного радиосигнала приемнику не известны (как в нашем случае), то в качестве системы канальной (символьной) синхронизации используются синхронизаторы без использования данных. Характерно, что, как и в случае фазовой синхронизации, появляется дополнительная ошибка приема значащих моментов сигнала. [3]

Выражение для битовой вероятности ошибки в этом случае будет иметь следующий вид:

при (5.2)

Чтобы входной цифровой сигнал имел смысл для приемника, приемник должен синхронизироваться с кадровой структурой принимаемого сигнала. Самым простым методом, используемым для обеспечения кадровой синхронизации в системах непрерывного трафика данных (к которым относится разрабатываемая СПДИ), является введение маркера кадровой синхронизации. В нашем случае, в качестве маркера кадра будем использовать отдельный бит, периодически вводимый передатчиком в групповой поток данных (а именно в начало каждого кодового слова). Приемник должен знать период введения бита кадровой синхронизации Тбк, потому как именно в этот промежуток времени система кадровой синхронизации будет сопоставлять (коррелировать) приемный сигнал с эталонной последовательностью.

Для разрабатываемой системы период повторения маркера кадра Тбк будет равен длительности кодового слова Тсл (или временного интервала Тви)

Для различения кадров (временных интервалов) СПДИ принимаемых в групповом сигнале приемником, передатчик излучает с периодичностью Тбц в канал связи маркер цикловой синхронизации (как простейший из вариантов реализации системы цикловой синхронизации). В нашем случае будем использовать отдельный бит, периодически вводимый передатчиком в групповой сигнал (в конце цикла, состоящего из 80 кадров).

Для разрабатываемой системы период повторения маркера цикла Тбц будет равен длительности цикла Тц, а именно:

Рассчитаем битовую вероятность ошибки для сигналов кадровой и цикловой синхронизации. Аналитические соотношения будут иметь вид:

для кадровой синхронизации:

(5.3)

(5.4)

где ; - рассчитаны ранее; - энергия одного бита сигнала кадровой синхронизации, - энергия одного бита сигнала цикловой синхронизации:

(5.5)

(5.6)

IкКС - скорость передачи маркеров кадровой синхронизации, - скорость передачи маркеров цикловой синхронизации.

(5.7)

Подставим в (5.3) значение, полученное в (5.7), получим:

Тогда

Для сигналов цикловой синхронизации , тогда в выражение (5.6) подставим значение . Получим:

.

Тогда

Нарушение кадровой и цикловой синхронизации неминуемо приведет к срыву процесса передачи данных: приемник будет анализировать входящий сигнал до тех пор (при установленной тактовой и канальной синхронизации), пока не распознает маркерные биты кадровой и цикловой синхронизации.

6. Определение параметров временного УПЛОТНЕНИЯ абонентских СИГНАЛОВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Ресурс связи СПДИ при временном уплотнении/разуплотнении распределяется между М источниками цифровой информации путем предоставления каждому из них всего спектра канала связи в течение отрезка времени, называемого временным интервалом Тви. В нашем случае длительность временного интервала Тви будет равна , где Тсл - длительность кодового слова (сообщения) источника , таким образом, время передачи 1 бита кодового слова Тб равна 0.01(с). Временные интервалы в устройстве объединения (мультиплексоре) объединяются в цикл ТЦ, длительность которого будет составлять . Иными словами за время 8с система отработает цикл передачи/приема сообщений М источников информации.

6.1 Определение параметров временного объединения/разделения абонентских сигналов без применения помехоустойчивого кодирования

Рассмотрим простейшую схему временного объединения/разделения с фиксированным распределением временных интервалов, иными словами поканальное объединение сигналов источников информации.

Схема временного объединения СПДИ (без учета помехоустойчивого кодирования) показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1 Схема временного объединения СПДИ.

Условимся, что в групповой видеосигнал входит только информационная часть сообщений (временные интервалы источников информации).

Исходя из полученных результатов Тб , Тсл , Тви , Тк определим остальные показатели системы. Количество передаваемой информации СПДИ за один временной интервал:

; за один кадр .

Частотно-временные показатели сигналов СПДИ в целом составят значения: для прямого канала:

- длительность видеоимпульса (бита) группового сигнала:

Твиспди=0.01(с)

- ширина видеоимпульса (бита) группового сигнала:

- периодичность повторения видеоимпульсов (тактовая частота) в групповом сигнале:

- ширина энергетического спектра видеоимпульса (бита) группового сигнала:

- длительность радиоимпульса группового сигнала:

Триспди=Твиспди/2 =0.01/2=0.005(с)

- ширина радиоимпульса группового сигнала:

- ширина энергетического спектра радиоимпульса группового сигнала:

Предположим, что величина импульса переспроса будет равна величине информационного импульса в прямом канале ТЧ (это связано с необходимостью унификации оборудования системы синхронизации), иными словами , а время повторения этих импульсов Тпип будет определяться длительностью временного интервала СПДИ, а именно .

Следовательно, для канала переспроса ширина видеоимпульса переспроса и его энергетический спектр, а также соответствующие параметры радиоимпульсов переспроса будут иметь следующие значения:

- ширина видеоимпульса канала переспроса сигнала:

- ширина энергетического спектра видеоимпульса канала переспроса составит:

- ширина радиоимпульса переспроса:

- ширина энергетического спектра радиоимпульса переспроса:

Следует учесть, что частотно-временные показатели для цифровых сигналов источников информации и каналов переспроса имеют одинаковые значения, что обусловлено одинаковой длительностью информационных символов и импульсов переспроса, т.е .

Необходимо добавить, что рассмотренный тип временного объединения/разделения каналов будет эффективен только при постоянной загруженности временных интервалов, т.е. при постоянном трафике данных источников информации.

6.2 Определение параметров временного объединения/разделения абонентских сигналов с применением помехоустойчивого кодирования

Рассмотрим вариант построения СПДИ, когда в групповой сигнал будет входить преамбула, состоящая из сигналов кадровой и цикловой синхронизации, проверочных битов помехоустойчивого кодирования и, собственно, информационной части (временные интервалы источников информации).

В этом случае частотно-временные параметры СПДИ изменят свою величину, вследствие появившейся избыточности в групповом дискретном сигнале. Рассмотрим подробнее каким образом трансформируются эти параметры.

С применением помехоустойчивого кодирования кодом вида (15,11) произойдут следующие изменения:

Кс=15 (бит) - длина кодового слова источника (после кодирования);

Ii = 10 (слов/с)=150(бит/с) - информационная производительность М-го источника информации;

-

информационная производительность СПДИ в целом.

В этом случае длительность временного интервала Тви будет равна , где Тсл - длительность кодового слова (сообщения) источника , таким образом, время передачи 1 бита кодового слова Тб равна 0.06(с). Временные интервалы в устройстве объединения (мультиплексоре) объединяются в кадр (цикл) ТЦ, длительность которого будет составлять . Иными словами за время 48с система отработает цикл передачи/приема сообщений М источников информации.

Исходя из полученных результатов Тб , Тсл , Тви , Тк определим остальные показатели системы. Количество передаваемой информации СПДИ за один временной интервал:

; за один цикл .

Частотно-временные показатели сигналов СПДИ в целом составят значения: для прямого канала:

- длительность видеоимпульса (бита) группового сигнала:

Твиспди=0.06(с)

- ширина видеоимпульса (бита) группового сигнала:

- периодичность повторения видеоимпульсов (тактовая частота) в групповом сигнале:

- ширина энергетического спектра видеоимпульса (бита) группового сигнала:

- длительность радиоимпульса группового сигнала:

Триспди=Твиспди/2 =0.06/2=0.003(с)

- ширина радиоимпульса группового сигнала:

- ширина энергетического спектра радиоимпульса группового сигнала:

Предположим, что величина импульса переспроса будет равна величине информационного импульса в прямом канале ТЧ (это связано с необходимостью унификации оборудования системы синхронизации), иными словами , а время повторения этих импульсов Тпип будет определяться длительностью временного интервала СПДИ, а именно .

Схема временного объединения СПДИ (с учетом помехоустойчивого кодирования) показана на рис. 6.2.

Рис. 6.2 Схема временного объединения СПДИ.

Также отметим, что рассмотренный тип временного объединения/разделения каналов с применением помехоустойчивого кодирования будет эффективен только при постоянной загруженности временных интервалов, т.е. при постоянном трафике данных источников информации.

Таким образом, как было сказано ранее, при введении избыточности в виде кодовых последовательностей помехоустойчивого кода, параметры системы изменяются, в конкретном случае: увеличилась информационная производительность СПДИ; увеличилась помехоустойчивость системы, однако в соответствии с этим увеличились и энергетические показатели.

7. Выбор схемы приемника СПДИ

Процессом преобразования первичного цифрового информационного сигнала в синусоидальный видеосигнал называется манипуляция.

Так как в рассматриваемой СПДИ для детектирования сигналов приемник использует информацию о фазе несущей, то такая манипуляция называется когерентной. Таким образом, дискретная фазовая манипуляция является оптимальной когерентной системой передачи двоичных сигналов. По сравнению с другими видами когерентных манипуляций применение ФМн обеспечивает при одинаковой помехоустойчивости примерно двукратный выигрыш по мощности и такой же выигрыш по полосе частот, занимаемой сигналом. При когерентом детектировании приемник системы содержит прототипы каждого возможного сигнала. Эти сигналы дублируют алфавит переданных сигналов по всем параметрам. В процессе демодуляции приемник перемножает и интегрирует входной сигнал с каждым прототипом, т.е. определяет корреляцию.

В двоичных системах ФМн разность фаз манипулированных сигналов выбирается равной 180 градусам. Такие сигналы называются ортогональными.

Структурная схема приемника имеет вид:

Рис. 7.1 Структурная схема когерентного приемника фазовой манипуляции.

где Ф - полосовой фильтр; Г - опорный гетеродин; ФД - фазовый детектор; ФНЧ - фильтр нижних частот; ПУ - пороговое устройство.

Полосовой фильтр предназначен для предварительной фильтрации сигналов, для уменьшения влияния помех, с полосой пропускания 2\Т, в присутствии только гауссовских помех не обязателен. Фазовый детектор выполняет роль корректора. Фильтр нижних частот выполняет роль интегратора. Опорный гетеродин - генератор, частота и фаза колебаний которого полностью совпадают с частотой и фазой одного из сигналов.

На рис. 6.2 представлены временные диаграммы процесса когерентной фазовой манипуляции.

Рис. 6.2 Временные диаграммы процесса когерентной фазовой манипуляции.

Спектры различных сигналов при ФМн будут иметь вид:

Рис. 6.3 Спектры различных сигналов при ФМн.

8. Расчет вероятности ошибки НА выходе приемника и битовой вероятности ошибки на входе и выходе декодера КАНАЛА передачи данных и канала переспроса

8.1 Расчет вероятности ошибки на выходе приемника и битовой вероятности ошибки на входе и выходе декодера дискретного канала передачи данных

Важной мерой производительности, используемой для сравнения цифровых систем передачи, является вероятность ошибки на выходе приемника Ро, а также битовая вероятность ошибки на входе Рb и выходе декодера Рbвых.

Рассмотрим вероятность ошибки на выходе приемника Ро для когерентной фазовой манипуляции:

(8.1)

где ; ; Ф() - функция Крампа, тогда

Битовая вероятность ошибки на входе декодера Рb рассматриваемой СПДИ определяется формулой:

(8.2)

где Q() - Гауссов интеграл ошибок; Еb/Р0 -отношение энергии одного бита сигнала к спектральной плотности мощности помехи на входе приемника, причем

;

Таким образом:

Битовая вероятность ошибки на выходе декодера Рbвых рассматриваемой СПДИ определяется из соотношения:

, иными словами, для бинарных (М=2) ортогональных когерентных СПДИ существует равенство

Рb=Рbвых (8.3)

Таким образом:

Рb=Рbвых=0.2

8.2 Расчет вероятности ошибки на выходе приемника и битовой вероятности ошибки на входе и выходе декодера канала переспроса

Учитывая степень когерентности СПДИ определим вероятность ошибки на выходе приемника канала переспроса Рокп, а также битовую вероятность ошибки на входе Рbкп и выходе Рbвыхкп декодера канала переспроса.

Рассмотрим вероятность ошибки на выходе приемника Рокп для когерентной фазовой манипуляции:

(8.4)

где - суммарная средняя мощность сигналов переспроса на входе приемника обратного канала (по условию задачи);; Ф() - функция Крампа, тогда

Битовая вероятность ошибки на входе декодера канала переспроса Рbкп рассматриваемой СПДИ определяется формулой:

(8.5)

где Q() - Гауссов интеграл ошибок; Еbкп/Р0кп -отношение энергии одного бита сигнала переспроса к спектральной плотности мощности помехи на входе приемника канала переспроса.

Так - энергия одного бита сигнала переспроса, - суммарная средняя мощность сигналов переспроса на входе приемника обратного канала (по условию задачи);

-

пропускная способность канала переспроса в заданном режиме работы (причем , т.к. канал переспроса и прямой канал ТЧ имеют одинаковые параметры).

Рассчитаем :

);

- по условию задачи.

Таким образом:

Битовая вероятность ошибки на выходе декодера РbвыхКП канала переспроса рассматриваемой СПДИ определяется из соотношения:

,

иными словами, для бинарных (М=2) ортогональных когерентных СПДИ существует равенство Рbкп=РbвыхКП.

Таким образом:

Рb=РbвыхКП=0.2

Исходя из полученных значений и ; и ; Рbвых=0.2 и РbвыхКП=0.2 можно сделать вывод, что для прямого канала связи и обратного канала переспроса СПДИ вероятности ошибки на выходе приемника и битовые вероятности ошибки на входе/выходе декодеров приблизительно равны по значению. Это можно обусловить тем, что параметры рассмотренных каналов данных обладают примерно одинаковыми значениями.

9. Способы сопряжения разрабатываемой СПДИ сО стандартной аппаратурой частотного уплотнения

Для сопряжения разрабатываемой СПДИ с аналоговой аппаратурой частотного уплотнения/разуплотнения (ЧУ-РК) необходимо, как уже упоминалось, добиться выполнения условия и, а также электрические параметры СПДИ удовлетворяли требованиям, предъявляемым аппаратурой ЧУ-РК.

В нашем случае СПДИ играет роль источника/потребителя сигнала и вырабатывает групповой сигнал с параметрами и Iс, а аппаратура ЧУ-РК играет роль каналообразующей аппаратуры и обеспечивает и Ск (т.е. стандартный аналоговый канал связи).

Расчеты показали, что для разрабатываемой СПДИ в качестве среды передачи группового сигнала стандартный канал тональной частоты (КТЧ) полностью удовлетворяет указанным условиям. Поэтому для сопряжения СПДИ с аппаратурой ЧУ-РК не имеет значения какого типа будет эта аппаратура, важным является возможность сопряжения электрических параметров СПДИ и образовываемого КТЧ аппаратурой ЧУ-РК.

Исходя из вышесказанного, необходимо обеспечить:

- равенство выходного сопротивления СПДИ и входного сопротивления аппаратуры ЧУ-РК;

- равенство уровней передачи и приема СПДИ и ЧУ-РК;

- равенство диапазонов частот сигналов СПДИ и трактов ЧУ-РК.

В противном случае сопряжение СПДИ и аппаратуры ЧУ-РК провести не удастся.

10. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПЕРЕДАЮЩЕГО И ПРИЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СПДИ

Функциональная схема передающего тракта СПДИ будет иметь вид:

Рис. 10.1 Функциональная схема передающего тракта СПДИ будет иметь вид.

Функциональная схема приемного тракта СПДИ будет иметь вид:

Рис. 10.2 Функциональная схема приемного тракта СПДИ будет иметь вид:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе была рассчитана система передачи дискретной информации с заданными параметрами.

Учитывая исходные данные и результаты проведенных расчетов, была обоснована сфера применения разрабатываемой СПДИ

На основании расчета информационных параметров системы был сделан вывод, что стандартный аналоговый канал тональной частоты пригоден для использования в качестве среды распространения группового дискретного сигнала СПДИ. Более того, излишнюю пропускную способность канала было предложено использовать для искусственного введения информационной избыточности, путем добавления проверочных битов.

Рассмотрен вариант применения помехоустойчивого кодирования кодами Хэмминга, исходя из чего, было доказано, что помехоустойчивое кодирование повышает наряду с помехоустойчивостью и информационную производительность системы. Разработана схема канального (помехоустойчивого) кодера и декодара заданной структуры.

Рассчитаны временные характеристики группового сигнала СПДИ, а также параметры сигналов синхронизации системы.

Произведен расчет и обоснование эффективности применения канала обратной связи в системе с целью повышения достоверности передаваемых сообщений.

Рассмотрен вопрос выбора схемы приемника в соответствии с заданной системой широкополосной модуляции, сделан вывод о ее эффективности.

Проведены расчеты показателей помехоустойчивости системы, т.е. определены такие параметры как битовая вероятность ошибки приема сообщения. Было доказано, что данная СПДИ обладает достаточно низкой помехоустойчивостью.

Обоснованы способы и параметры сопряжения разрабатываемой СПДИ и аналоговой аппаратуры ЧР-УК. Расчеты показали, что СПДИ может работать с любым типом аппаратуры ЧР-УК, принимающей дискретные сигналы ФМн.

В результате проделанной работы на основании исходных данных и проведенных расчетов была сформирована функциональная схема многоканальной когерентной системы передачи дискретной информации.

Список использованной литературы

1. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.:

Связь, 1985г.

2. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи. Минск. Новое издание, 2003г.

3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва. Вильямс, 2003г.

4. Курулев А.П., Батура М.П. Теория электрических цепей. Установившиеся процессы в линейных электрических цепях. Минск. Бестпринт, 2001г.

5. Татур Т.А., Татур В.Е. Установившиеся и переходные процессы в электрических цепях. Москва. Высшая школа, 2001г.

Страницы: 1, 2, 3