Kursovaya_MiK

Министерство образования и науки Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А. Н. Туполева
Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций
Кафедра Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем












Пояснительная записка к курсовому
проекту по курсу
Модемы и кодеки















Выполнил: студент гр.5405
Струнская С.Е.
Руководитель: ассистент кафедры РТС
Хомяков А.В.
Оценка _____________










Казань 2011
Задание № 13 гр.5405 Струнская С. Е.
по курсовому проекту по дисциплине «Модемы и кодеки».

Разработать модем и кодек для системы передачи данных, удовлетворяющие
следующим исходным данным:

1.Передаваемая информация представляет собой набор из 20 сообщений
X=0..19, имеющих райсов закон распределения с параметрами M=13, D=3, со
скоростью передачи 850 бод.
2.Передача осуществляется по радиоканалу с помехами. Диапазон частот 440
МГц, полоса канала 25 кГц, напряженность поля шумов 3 мкВ/м.
3.Требования к системе. Минимальное количество исправляемых двоичных
ошибок 0, максимальная мощность передатчика 200Вт, антенная с круговой
диаграммой направленности, Ku=6дБ, высота подвеса 20м, высота приемной
антенны 1м, дальность действия 110 км, вероятность ошибки символа 7Е-12

Содержание пояснительной записки:

1.Выбор типа оптимального и помехоустойчивого кодирования.
2.Выбор вида модуляции в канале.
3.Расчет параметров системы.

Графическая часть:
1.Структурная схема системы.
2.Построение эффективного и помехоустойчивого кода.

Литература:
«Теория электрической связи» Учебник для вузов под редакцией Д.Д.
Кловского, М.: «Радио и связь», 1998г.
СОДЕРЖАНИЕ.

1.Введение.....4
2. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений..................................................5
3. Выбор оптимально вида кодирования........6
4. Помехоустойчивое кодирование.......12
5. Выбор вида модуляции и расчет параметров системы.......13
6. Заключение..15
7. Список литературы.....16



1. Введение.

Система сбора и передачи информации предназначена для трансляции на удаленные пункты, а также контроля информации (видео, тревожной, голосовой, передачи данных Ethernet) посредством радиоволн, волоконно-оптических линий связи, GSM, световых пучков и др. методов.
Разработки систем связи последнего времени используют не только возможности современных технологий, но и достижения современной теории связи, позволяющие повысить не только объемы передаваемой информации, но и качество передачи сообщений (верность связи).
Современная теория связи использует как детерминированные модели сигналов, так и вероятностные модели для передаваемых общений, соответствующих им сигналов и помех (шумов) в канале. Вероятностный подход учитывает случайный (для получателя) характер передачи сообщений и помех в канале и позволяет определить оптимальные приемные устройства (обеспечивающие максимально возможное качество) и предельные показатели систем передачи сообщений (систем связи).
При передаче данных по каналу связи необходимо учитывать и отслеживать такие параметры как пропускная способность канала связи, правильность принятых сообщений, соответствующие виды кодирования и в случае необходимости секретность передаваемых сообщений.




2. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений.

Системой связи называется совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к получателю. Этими средствами являются источник сообщения, передающее устройство, линия связи, приемное устройство и получатель сообщения.
На рис.1 изображена структурная схема одноканальной системы передачи дискретных сообщений. Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение – приемным. Линией связи называется физическая среда и совокупность средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приемнику.

Рис. 1 Структурная схема одноканальной системы передачи данных сообщений

Преобразование сообщения обычно осуществляется в виде двух операций – кодирования и модуляции. Кодирование представляет собой преобразование сообщения в последовательность кодовых символов, а модуляция – преобразование этих символов в сигналы, пригодные для передачи по каналу связи.
С помощью первичного преобразования (кодирования) в передающем устройстве сообщение аk, которое может иметь любую физическую природу, преобразуется в первичный цифровой сигнал b(t). Посредством модуляции первичный сигнал b(t) (обычно низкочастотный), превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал s(t), пригодный для передачи по используемому каналу.
Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом случае по выходному сигналу можно восстановить входной первичный сигнал, то есть получить всю информацию, содержащуюся в переданном сообщении. В противном случае часть информации будет потеряна при передаче.
В реальном канале сигнал u(t) при передаче искажается и сообщение воспроизводиться с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются как искажения, вносимые самим каналом, так и помехи n(t), воздействующие на сигнал.
Реализация кодирования и модуляции на передающей стороне всегда предполагает применение обратных процедур – декодирования и демодуляции.
В результате демодуляции последовательность элементов сигнала преобразуется в последовательность кодовых символов. Затем по кодовым символам восстанавливаются сообщения. Данное преобразование называется декодированием.





3. Выбор оптимального типа кодирования.
Закодируем кодом Хаффмана:


P1=1,043*13 EMBED Equation.3 1415
P2=2.494*13 EMBED Equation.3 1415
P3=1.601*13 EMBED Equation.3 1415
P4=6.457*13 EMBED Equation.3 1415
P5=1.765*13 EMBED Equation.3 1415
P6=3.349*13 EMBED Equation.3
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
В порядке убывания:
P14=0.231
P15=0.203
P13=0.188
P16=0.127
P12=0.109
P17=0.057
P11=0.045
P18=0.018
P10=0.013
P19=4.209*13 EMBED Equation.3 1415
P9=2.812*13 EMBED Equation.3 1415
P20=13 EMBED Equation.3 1415
P8=4.207*13 EMBED Equation.3 1415
P7=4.465*13 EMBED E
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
В результате получили коды:
A1=10110000000000000
A2=10110000000000001
A3=1011000000000001
A4=101100000000001
A5=10110000000001
A6=1011000000001
A7=101100000001
A8=10110000001
A9=101100001
A10=1011001
A11=10111
A12=100
A13=111
A14=01
A15=00
A16=110
A17=1010
A18=101101
A19=10110001
A20=1011000001



Минимальная длина кодовой комбинации равномерного кода, которым можно закодировать 20 сообщений определяется как наибольшее ближайшее целое к log20. Это будет 5.
nср=13 EMBED Equation.3 14152*(P14+P15)+3*(P12+P13+P
·16)+4*P17+5*P11+6*P18+7*P10+8*P19+9*P9+
+10*P20+11*P8+12*P7+13*P6+14*P5+15*P4+16*P3+17*(P1+P2)=2.863
Степень сжатия:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Энтропия источника сообщений:
13 EMBED Equation.3 1415=2.833

Таким образом, полученный код длиннее оптимального в процентах на:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Применение эффективного кодирования имеет смысл, так как средняя длина кодовой комбинации эффективного (оптимального) кода округленная до ближайшего большего целого, меньше длины примитивного кода N < nпр.
Информационная скорость на выходе оптимального кодера составит

13 EMBED Equation.3 1415 (7)

где    v – скорость передачи дискретного источника;

13 EMBED Equation.3 1415.

4. Помехоустойчивое кодирование.
В качестве помехоустойчивого кода выберем код Хемминга. Данный код, как и все блочные коды, можно формировать несложными кодирующими устройствами пассивного типа (требуются лишь типовые устройства, такие как регистры сдвига, сумматоры и умножители, построенные на типовых элементах цифровой техники: ключах, триггерах, и пр.).
Информационные символы представляют собой оптимальный код неравномерной длины. Поэтому применим помехоустойчивое кодирование для каждых трех символов, следующих последовательно, то есть количество информационных символов k = nср=5.
Минимальное кодовое расстоянием: d = 2. Количество проверочных символов необходимых для того, чтобы минимальное кодовое расстояние линейного кода достигало значения d равно r(2(d-2-log2 d r=1
Длина кодовой комбинации составит n = k + r = 5 + 1 = 6.
Кодовые комбинации будут определяться как
13 EMBED Equation.3 1415,
где    b – вектор-строка информационных символов;
          Gк – порождающая матрица, приведенная к каноническому виду.
Каноническая матрица Gк имеет вид:













Проверим правильность кода, при этом должен получиться нулевой синдром:













13 EMBED Mathcad 1415

5. Выбор вида модуляции и расчет параметров системы.
Минимальное кодовое расстояние: d = 2
Количество проверочных символов: 13 EMBED Equation.3 1415
Длина кода: N = k + r = 3 + 1 = 4
Техническая скорость на выходе помехоустойчивого кодера составит:

13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Частота модулирующего колебания определяется информационной скоростью на выходе помехоустойчивого кодера vпх: F = vпх = 3400 Гц.
При выборе вида модуляции нам необходимо учесть следующие условия:
Обеспечить вероятность ошибки передачи символа р=7*10-10
Полоса канала 25кГц;
Передача ведется антенной с круговой диаграммой направленности KU=6дБ на фоне шумов Еш=3 мкВ/м;
Максимальная мощность передатчика 200Вт;
Дальность действия 110км.
Выбираем частотную модуляцию.

Полоса частот:
13 EMBED Equation.3 1415

Напряженность поля на входе приемной антенны:
13 EMBED Equation.3 1415,
где    Р – мощность передатчика [Вт];
          К – коэффициент усиления антенны [разы];
          h1 – высота подъема передающей антенны [м];
          h2 – высота подъема приемной антенны [м];
          r – расстояние между передатчиком и приемником(радиус действия антенны) [м];


При ЧМ отношение сигнал – шум на входе приемной антенны и на выходе демодулятора равны:
13 EMBED Equation.3 1415
Вероятность ошибки:
13 EMBED Equation.3 1415
где Рош.пр. – вероятность ошибочного приема символа;
Ф(
·) – функция Крампа;

· – отношение «сигнал – шум» на выходе демодулятора
При коэффициенте модуляции m=2, заданная вероятность ошибки не выполняется.
Ее можно обеспечить следующими способами: увеличить мощность передатчика, увеличить высоту антенн, на приемной стороне поставить оптимальный различитель или изменить индекс модуляции.
Изменим индекс модуляции. При m=3:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
При коэффициенте модуляции m=3, заданная вероятность ошибки не выполняется.
При m=4:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Т.е.в этом случае получили необходимую вероятность ошибки.
При этом ошибка декодирования:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где    qи – количество исправляемых ошибок линейным блочным двоичным кодом;
         13 EMBED Equation.3 1415 – биномиальный коэффициент, равный числу различных сочетаний
· ошибок в блоке длинной n;
          n – длина кодовой комбинации;
          
· – количество ошибок в коде;
          Рош. пр. – вероятность ошибочного приема.



6. Заключение.

Проделав данный курсовой проект, мною были изучены основные принципы построения и расчета систем передачи цифровой информации. А именно согласно заданию проведен выбор типа оптимального кодирования и помехоустойчивого кодирования, выбор вида модуляции в канале связи, расчет вероятности ошибки символа при передаче сообщения.
Таким образом, в разработанной системе передаваемая информация имеет набор из 20 сообщений X=0..19, имеющих закон распределения Релея, со скоростью передачи 850 бод с параметрами М=13, D=3 . Для передачи этих сообщений по радиоканалу они подвергаются оптимальному кодированию. При оптимальном кодировании используется код Хаффмана. В системе используется частотная модуляция причем полоса модулированного сигнала 6400Гц, которая дает возможность уместить передаваемые сообщения в канал 25кГц. В результате рассчитанная в системе помехоустойчивое кодирование позволяет уменьшить вероятность ошибки символа до p=4,352·10-13, что меньше заданной Р0 = 7 ·10–12

7. Список литературы.

1.Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. – Москва: “Наука”, 1980.
2.Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – Москва: “Наука”, 1964.
3.Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. – Москва: “Высшая школа”, 1989.
4.Красюк Н.П., Дымович Н.Д. Электродинамика и распространение радиоволн. – Москва: “Высшая школа”, 1974.
5.Кудрявцев В.А.,Демидович Б.П. Краткий курс высшей математики. – Москва: “Наука”, 1985.
6.Теория электрической связи. Под ред. Д.Д. Кловского. – Москва: “Радио и связь”, 1998.



























13PAGE 15


13PAGE 14315



1

0

2,598*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

1,62*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

6,619*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

1,82*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

1,82*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

3,531*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

4,81*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

4,688*13 EMBED Equation.3 1415

1

1

1

1

0

0

0

0

1,16*13 EMBED Equation.3 1415

8,18*13 EMBED Equation.3 1415

0,021

3,972*13 EMBED Equation.3 1415

1

0

0,03921

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0,315

0,25

0,141

1

0,084

0

0,434

0

0,565

1

0

1
























Рисунок 3Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 176Рисунок 177Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 15872007
    Размер файла: 245 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий