Реферат: Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА УКРАИНЫ

Днепропетровский государственныйтехнический универ

cитетжелезнодорожного транспорта

курсоваяработа

«Исследование помехоустойчивого каналапередачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ»

выполнил:

студент 437 группы

Астраханцев Дима

проверил:

Безруков В.В.

Днепропетровск 2000

1. Исследование и выбор моделиисточника сообщений.

Дляисследования информационных систем связи и управления обычно используют т.н.двоичные источники сообщений. Рачет ведется для независимых между собойсообщений. Хотя практически всегда имеет место такая зависимость, избыточностьисточника стараются устранить, повысив тем самым эффективность и надежностьканала передачи данных (например, сжав или закодировав исходные сообщения).Алфавит двоичного источника состоит издвух сообщений (0 и 1) и поэтому его проще всего моделировать. В качествеисточника независимых двоичных сообщений можно использовать т.н. квазислучайныепоследовательность (КСП), т.е. имеющие некоторый период повторений. Реализуемаяпрактически каждой ЭВМ функция

random даетКСП с очень большим периодом повторений,однако ее характеристики несколько уступают КСП сгенерированной с помощью т.н.регистра КСП.

Возмем, длясравнения, 9

-тиэлементный регистр (рисунок 1), длина периода КСП которого

рисунок1

составляет 29=512 сообщения истандартную функцию языка высокого уровня

random(генератор случайных чисел — ГСЧ) какисточники двоичных сообщений. Параметры источников занесем в таблицу 1 исравним :

Таблица1

Параметр источника

Регистровый способ

Способ ГСЧ

Вероятностные характеристики КСП без учета зависимости между символами :

вероятность единицы

0.50000

0.50586

вероятность нуля

0.50000

0.49414

энтропия источника H, бит/символ

1.00000

0.99990

Вероятностные характеристики с учетом зависимости между символами

:

условные вероятности единицы: p(1/1)

0.50000

0.49421

p(1/0)

0.50000

0.51779

условные вероятности нуля: p(0/1)

0.50000

0.50579

p(0/0)

0.50000

0.48221

финальная вероятность единицы:

0.50000

0.50586

финальная вероятность нуля:

0.50000

0.49414

условная энтропия «1» H1, бит/символ

1.00000

0.99990

условная энтропия «0» H0, бит/символ

1.00000

0.99909

энтропия источника H, бит/символ

1.00000

0.99950

Характеристики корреляционной функции :

значение КФ от нуля равно

0.25000

0.24997

эквивалентный интервал корреляции

2.00000

4

.00000

среди боковых лепестков наибольший с номером

61

2

его величина составляет % от главного

4.21286

15.28238

Как видно изтаблицы, для моделирования случайного двоичного источника регистровый методполучения КСП предпочтительней т.к. выходная величина имеет характеристикислучайной:

p(0)=p(1)=0.5; p(1/0)=p(0/0)=0.5; p(1/1)=p(0/1)=0.5;

H = p(0)H0+p(1)H1= 1

бит/символ.

О лучшихслучайных характеристиках можно также судить по графикам АКФ(рисунок 2):квазислучайная последовательность полученная регистровым способом обладаетлучшими корреляционными свойствами (малый размер боковых лепестков, большаяудаленность максимального из боковых от нулевого).

рисунок2

Итак, в ролиисточника сообщений выбран регистр КСП, показаный на рисунке 1. Длина периодаКСП —

512.Квазислучайная последовательность, в сокращенном виде: 00011110111000010…101111000001111111110.

2. Исследование линии на имитационноймодели

.

Характеристикиканала очень важно знать для построения качественных систем передачиинформации. В данном случае в роли канала выступает линия — симметричная паракабеля типа ТПП, диаметром 0.4 мм и длиной 5 км. Естественно идеальным решениембыло бы измерение параметров уже существующей линии, но поскольку это довольнотрудоемкая и длительная задача можно провести исследование на имитационноймодели. В качестве такой модели можно выбрать аналитические выраженияописывающие линию передачи (непрерывная модель линии), а можно использовать еецифровой эквивалент (т.н. дискретная модель линии).

Передаточнаяфункция аналоговой линии, представленной в виде колебательного звена:

, где

<img src="/cache/referats/9304/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> — постоянная временилинии

<img src="/cache/referats/9304/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> — коэффициентзатухания линии.

Еслипредставить аналоговую линию в виде цифрового фильтра (рисунок 2), то используя

Z-преобразованиеможно записать:

откудавыражение для выходного сигнала:

yn = a0xn + a1xn-1+ a2xn-1 + b1yn-1 + b2yn-2

,

где

xn ,yn — сигнал навходе и на выходе соответственно,

ai , bi —

параметры, описывающие цифровую модельлинии.

рисунок3

С помощьютакой модели можно исследовать различные характеристики системы, варьируявходными сигналами. Например при подачи на вход единичного ступенчатогоимпульса, на выходе имеем сигнал, соответствующий переходной характеристикелинии.

С помощьюпрограммы

«liniam» исследуемпереходную и импульсную характеристики линии, амплитудно-частотнуюхарактеристику линии A(w) и частотную характеристику затухания a(w).Задавая удельные значения L = 0.6 мГн/км,С=45 нФ/км, Rл = 280 Ом/км (для кабеля типа ТППдиаметром 0.4 мм), при сопротивлении нагрузки 600 Ом и принимая длину линии 5км построим графики импульсной и переходной характеристики, АЧХ и ЧХ затухания(рисунок 3,4,5,6), приведя в таблице 2 численные значения этих характеристик.

Таблица2

N

0

1

2

3

4

5

6

t,

с

0

2.04e-6

4.08e-6

8.16e-6

1.42e-5

2.04e-5

3.88e-5

ИХ

g(t)

0.584

1.000

0.693

0.331

0.112

0.037

0.001

ПХ

h(t)

0.152

0.413

0.593

0.805

0.935

0.978

0.999

f,

Гц

0,0000

24868

49736

74604

99472

198944

248680

АЧХ

A(f)

1

0,52968

0,29273

0,19037

0,13361

0,03469

0,0001

ЧХ

a(f)

0,0000

5,51977

10,6708

14,4081

17,4834

29,19741

49,7160

рисунок4

рисунок5

рисунок6

рисунок7

Из графикапереходного процесса в линии (рис. 4) определяется время переходного процесса

tп =0,000040 сек.(с 5-ти процентным допуском).

Продолжительностьпереходного процесса в линии определяет номинальную скорость передачиинформации В по этому каналу:

В = 1/

3. Исследование спектра сигнала.

Существуетмножество «кодовых» видов сигналов (квазитроичный, биимпульсный, двухполярный).Выбор линейного сигнала позволяет найти сигнал, который согласовывался спараметрами линии по ширине спектра, амплитуде. Также это определяет методсогласования передатчика с линией, который в зависимости от этого может бытьоптроном, трансформатором, реле. Реже передатчик и линия связаны гальванически.

Выбираядвухполярный сигнал (вид сигнала показан на рис. 8):

рисунок8

с помощьюпрограммы

SPECTRSX определимосновные параметры сигнала и построим его спектр (приняв скорость передачиравной 25000 Бод).

рисунок9

Параметры СПМсигнала

:

Эквивалентнаяширина СПМ равна 11740 Гц

Нижняя граничная частота эфф-ой полосы: F1=0 Гц

Верхняяграничная частота эфф-ой полосы: F2=17188 Гц

Ширинаэффективной полосы СПМ равна: 17188

Средняячастота эффективной полосы: 8594

Изприведенных данных следует, что параметры сигнала согласуются с частотнымдиапазоном линии.

Значенияспектральной плотности мощности приведены в таблице 3.

Таблица3

f,

Гц

0,0000

15625

31250

46875

62500

125000

187500

S, Вт

0,07

0,0136

0,0021

0,0002

0,00157

0,0002

0,0001

4. Исследование искажений сигнала влинии.

Дляустойчивого приема сигнала необходимо, чтобы интерференционные искажениясигнала в линии не превышали допустимого значения на данной скорости передачи.С помощью программы «

Skrivlen»определим величину интерференционных искажений. Для этого приведем на рисунке10 интерференционную диаграмму сигнала (расчет ведем для длины линии 5 км,диаметра кабеля 0,4 мм, отношение сигнал/шум — 10 Дб и скорости передачисигнала 17188 Бод — такая эффективная полоса СПМ сигнала):

рисунок10

Величинукраевых значений интерференционных искажений при такой скорости непредставляется возможным определить по данному графику (слишком большиеинтерференционные искажения). Поэтому необходимо понизить скорость передачи ипостроить интерференционную диаграмму заново. Диаграмма для скорости передачиВ=4800 Бод приведена на рисунке 11.

рисунок11

Величинаинтервальных искажений:

<img src="/cache/referats/9304/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1041">=12/119=0.1001,что соответствует заданному значению для интерференционных искажений (10%).

5. Исследование помехоустойчивогоприема.

Существуетмножество оптимальных и практических методов приема сигналов. Все они основанына выборе истинного значения сигнала по пришедшему, определяя минимальное кнему расстояние. Выберем наиболее лучший метод, проведя исследование приема спомощью программы «

Metodprm». Сравним, например два метода:

- интегральн

ый

- методстробирования релейного сигнала,

построивграфики отношения вероятности ошибочного приема от заданного отношениясигнал/помеха (показаны на рисунке 12). Значения вероятностей приведены втаблице 4.

Таблица4

Отношение сигнал/помеха

1

2

3

5

8

10

15

Ринтегральный метод

0,01593

0,003361

0,0009876

0,0001451

0,0000124

0,0000056

0,0000002

Рметод стробирования

0,1478

0,07323

0,04032

0,01431

0,003548

0,001389

0,000151

рисунок12

Выбирая методприема следует обратить внимание на то, что оба метода приема удовлетворяютзаданному требованию (рош = 0.01 при отношении сигнал/помеха

h = 10%), но как видно из рисунка, методинтегрального приема предпочтительней, т.к. дает минимальную вероятностьошибочного приема сообщения. Схема устройства, выполняющего роль приемника приинтегральном приеме показана на рисунке 13.

<img src="/cache/referats/9304/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1043"><span Courier New";mso-bidi-font-family:«T

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Разработка компенсационного стабилизатора напряжения на базе операционного усилителя (ОУ). Разработка цифрового логического устройства

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Радиовещательный приемник КВ диапазона

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Усилитель мощности широкополосного локатора

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Усилитель мощности 1-5 каналов ТВ

29 Августа 2013