Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА УКРАИНЫ

Днепропетровский государственный технический универcитет железнодорожного транспорта

курсовая работа

«Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ »

выполнил:

студент 437 группы

Астраханцев Дима

проверил:

Безруков В.В.

Днепропетровск 2000

1. Исследование и выбор модели источника сообщений.

Для исследования информационных систем связи и управления обычно используют т.н. двоичные источники сообщений. Рачет ведется для независимых между собой сообщений. Хотя практически всегда имеет место такая зависимость, избыточность источника стараются устранить, повысив тем самым эффективность и надежность канала передачи данных (например, сжав или закодировав исходные сообщения). Алфавит двоичного источника состоит из двух сообщений (0 и 1) и поэтому его проще всего моделировать. В качестве источника независимых двоичных сообщений можно использовать т.н. квазислучайные последовательность (КСП), т.е. имеющие некоторый период повторений. Реализуемая практически каждой ЭВМ функция random дает КСП с очень большим периодом повторений, однако ее характеристики несколько уступают КСП сгенерированной с помощью т.н. регистра КСП.

Возмем, для сравнения, 9-ти элементный регистр (рисунок 1), длина периода КСП которого


рисунок 1

составляет 29 =512 сообщения и стандартную функцию языка высокого уровня random(генератор случайных чисел - ГСЧ) как источники двоичных сообщений. Параметры источников занесем в таблицу 1 и сравним :

Таблица 1

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 из таблицы, для моделирования случайного двоичного источника регистровый метод получения КСП предпочтительней т.к. выходная величина имеет характеристики случайной:

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 лучших случайных характеристиках можно также судить по графикам АКФ(рисунок 2) : квазислучайная последовательность полученная регистровым способом обладает лучшими корреляционными свойствами (малый размер боковых лепестков, большая удаленность максимального из боковых от нулевого).

рисунок 2

Итак, в роли источника сообщений выбран регистр КСП, показаный на рисунке 1. Длина периода КСП - 512. Квазислучайная последовательность , в сокращенном виде : 00011110111000010....... 101111000001111111110.

2. Исследование линии на имитационной модели .

Характеристики канала очень важно знать для построения качественных систем передачи информации. В данном случае в роли канала выступает линия - симметричная пара кабеля типа ТПП, диаметром 0.4 мм и длиной 5 км. Естественно идеальным решением было бы измерение параметров уже существующей линии, но поскольку это довольно трудоемкая и длительная задача можно провести исследование на имитационной модели. В качестве такой модели можно выбрать аналитические выражения описывающие линию передачи (непрерывная модель линии), а можно использовать ее цифровой эквивалент (т.н. дискретная модель линии).

Передаточная функция аналоговой линии, представленной в виде колебательного звена:

, где

- постоянная времени линии

- коэффициент затухания линии.

Если представить аналоговую линию в виде цифрового фильтра (рисунок 2), то используя Z-преобразование можно записать:

откуда выражение для выходного сигнала:

yn = a0 xn + a1 xn-1 + a2 xn-1 + b1 yn-1 + b2 yn-2 ,

где xn , yn - сигнал на входе и на выходе соответственно,

ai , bi - параметры, описывающие цифровую модель линии.

рисунок 3

С помощью такой модели можно исследовать различные характеристики системы, варьируя входными сигналами. Например при подачи на вход единичного ступенчатого импульса, на выходе имеем сигнал, соответствующий переходной характеристике линии.

С помощью программы «liniam» исследуем переходную и импульсную характеристики линии, амплитудно-частотную характеристику 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 ТПП диаметром 0.4 мм) ,при сопротивлении нагрузки 600 Ом и принимая длину линии 5 км построим графики импульсной и переходной характеристики, АЧХ и ЧХ затухания (рисунок 3,4,5,6), приведя в таблице 2 численные значения этих характеристик.

Таблица 2

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

рисунок 4

рисунок 5

рисунок 6

рисунок 7

Из графика переходного процесса в линии (рис. 4) определяется время переходного процесса tп =0,000040 сек. (с 5-ти процентным допуском).

Продолжительность переходного процесса в линии определяет номинальную скорость передачи информации В по этому каналу:

В = 1/tп = 1/0,000040 = 25000,00 бод.

3. Исследование спектра сигнала.

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

Выбирая двухполярный сигнал (вид сигнала показан на рис. 8):

рисунок 8

с помощью программы SPECTRSX определим основные параметры сигнала и построим его спектр (приняв скорость передачи равной 25000 Бод).

рисунок 9

Параметры СПМ сигнала:

Эквивалентная ширина СПМ равна 11740 Гц

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

Верхняя граничная частота эфф-ой полосы: F2=17188 Гц

Ширина эффективной полосы СПМ равна: 17188

Средняя частота эффективной полосы: 8594

Из приведенных данных следует, что параметры сигнала согласуются с частотным диапазоном линии.

Значения спектральной плотности мощности приведены в таблице 3.

Таблица 3

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 в линии.

Для устойчивого приема сигнала необходимо, чтобы интерференционные искажения сигнала в линии не превышали допустимого значения на данной скорости передачи. С помощью программы «Skrivlen» определим величину интерференционных искажений. Для этого приведем на рисунке 10 интерференционную диаграмму сигнала (расчет ведем для длины линии 5 км, диаметра кабеля 0,4 мм, отношение сигнал/шум - 10 Дб и скорости передачи сигнала 17188 Бод - такая эффективная полоса СПМ сигнала):


Видео

Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.