Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ (стр. 1 из 2)

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.