Пр3

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-

вычислительных систем (КИБЭВС)

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

НА ОСНОВЕ ТИПОВОЙ СТРУКТУРЫ

Практическая работа №3

по дисциплине «Теория электрической связи» Вариант №12

Студент гр. 730-1

______Подойницын К.В. 17.04.2024

Принял Преподаватель кафедры КИБЭВС

_______ Аврамчук В.С. 17.04.2024

Томск 2024

Введение

Цель: изучение типовой структуры систем передачи информации

(СПИ) и разработка на ее основе функциональной схемы системы передачи информации, обеспечивающей заданную надежность доставки сообщений в условиях действия помех.

Задание:

1)произвести оценку информационного объема передаваемого сообщения на основании количества уникальных сообщений зад;

2)оценить вероятность внесения ошибок в сообщение во время его передачи на основании заданной интенсивности импульсных помех;

3)подобрать такой способ кодирования, чтобы обеспечить достаточную достоверность передачи сообщений (допускается обоснованное использование многократной передачи);

4)определить такт передачи сигнала ∆, а также основную частоту модулирующего сигнала ;

5)построить структурную схему передаваемого сигнала, в

соответствии

6)выбрать способ манипулирования несущей (АМн или ЧМн), в

соответствии с требованиями к полосе частот, используемой для передачи данных, и оценить ширину спектра модулирующего и модулированного

сигналов ;

7)выбрать способ разделения каналов и обосновать своё решение, в

случае необходимости передачи сообщений более чем на один абонентский пункт;

8)при использовании частотного разделения каналов, построить диаграмму распределения частот;

9)адаптировать типовые обобщённые структурные схемы ПД-СПИ и ПР-СПИ в соответствии с решениями, принятыми ранее;

10)перечислить, описать и обосновать внесенные в структурную схему

2

изменения;

11) подготовить отчет по практической работе в соответствии с требованиями, приведенными в соответствующем разделе.

Исходные данные к работе по 12 варианту представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

СПИ включает в себя следующие элементы:

1)АОД1 – аппаратура обработки данных. Выступает в качестве источника данных, предназначенных для передачи. Может представлять собой, например, пульт оператора или цифровой выход измерительного канала. В логике модели OSI – представляет собой верхний (сетевой или канальный) уровень модели.

2)ПД – передатчик. Устройство, осуществляющее преобразование информации, представленной в цифровой форме, в адаптированный для отправки по линии связи сигнал, и её передачу.

3)ЛУ – линейный узел. Устройство (в простых случаях – электрическая цепь, имеющая несколько контуров), предназначенное для увеличения мощности передаваемых сигналов и гальванической развязки линии связи с передатчиком. Под гальванической развязкой понимается обеспечение передачи электрического сигнала без непосредственного контакта между электрическими цепями.

4)ПР – приемник. Устройство, осуществляющее преобразование сигнала, полученного по линии связи, в представленные в двоичной форме данные.

5)АОД2 – аппаратура обработки данных (поступившей информации).

Может представлять собой, например, набор индикаторов или дисплей. В

логике модели OSI – представляет собой верхний (канальный или сетевой)

уровень модели.

6) Линии связи – среда передачи данных, в качестве которой могут выступать проводные линии связи или радиоканал.

4

2. ХОД РАБОТЫ

Сначала нужно оценить информационный объем передаваемого сообщения на основе заданного количества уникальных сообщений. По формуле было найдено количество информационных бит для кода Хемминга:

= log2 зад = log2 290 = 8,17 ≈ 9 (бит)

Поскольку нам нужно было найти количество бит, то мы округлили до целого в большую сторону.

Объем информационной части сообщений:

инф = зад = 290 ∙ 9 = 2610 (бит)

Количество бит после кодирования (n) выбранным кодом равно 14 (для

9 информационных бит требуется 5 контрольных бита кода Хэмминга).

Служебная часть состоит из синфазирующего импульса (СИ),

сигнализирующего о начале передачи информации и импульса разрешения исполнения (РИ), сигнализирующего о конце передачи.

Таким образом, общее число передаваемых в линию элементов (n)

больше числа информационных элементов, поступающих от АОД1 ( 0) за счёт введения в сообщение служебных элементов.

Тогда полный объем сообщения:

= зад 0 = 290 ∙ 14 = 4060 (бит)

Для повышения достоверности передачи сообщений было применено кодирование с обнаружением и исправлением ошибок с числом исправляемых и обнаруживаемых ошибок = 1 = 2 (код Хемминга).

Результаты представлены на рисунке 2.

5

Рисунок 2 – Расчет вероятностей после кодирования сообщения

6

Далее были рассчитаны длительность такта, основная гармоника и высшая гармоника (рисунок 3). В качестве способа манипулирования была выбрана амплитудная манипуляция (АМн).

Рисунок 1 – Расчет параметров и несущей частоты

Передающий пункт (рисунок 4) состоит из следующих блоков:

− Блок ввода информации (БВИ). На этот блок поступает первичная информация от АОД1 в виде двоичного элементарного безызбыточного кода.

Функции: запоминание передаваемого информационного слова на время цикла работы аппаратуры передатчика; формирование сигнала «наличие информации», которой подтверждает, что данные установлены. По окончании передачи массива информации, этот сигнал останавливает работу передатчика. Конец передачи массива соответствует тому, что сигнал

«наличие информации» равен нулю.

7

−Кодирующий узел (КУ). Функция: преобразование двоичного безызбыточного кода, поступающего на вход блока в данной работе в помехоустойчивый код Хэмминга.

−Распределитель (Р1). Он состоит из мультиплексора-селектора (МС) и

счетчика импульсов (СчИ). МС преобразует параллельный набор сигналов в последовательность импульсов, в свою очередь СчИ управляет МС. Основное назначение распределителя – создание временных каналов связи совместно с распределителем приемного пункта.

−Формирователь синхронизирующего импульса (ФСИ) необходим для формирования СИ большей в 1,5 раза длительности, чем остальные импульсы. Это обеспечит условие циклической синхронизации, а именно то,

что импульс должен иметь индивидуальные качественные признаки.

− Формирователь импульсов (ФИ). На выходе мультиплексора-

селектора сигналы идут слитно, а необходима последовательность импульсов со скважностью равной 2 (наиболее оптимальный вариант для передачи сообщения).

− Блок управления (БУ). Функции: воспринимает сигнал от оператора

«ПУСК» и определяет начало работы системы; формирует сигнал на запись нового информационного слова в БВИ; формирует сигнал «ГОТОВ» на аппаратуру АОД1, свидетельствующий о готовности передатчика к передаче информационного слова; выдает следующие сигналы на блок служебной сигнализации (БСС): данные установлены; передача.

−Блок модуляторов (БМ). Выполняет амплитудную манипуляцию передаваемого сигнала.

−Полосовой направляющий фильтр (ПНФ). Ограничивает ширину частотного спектра модулированного сигнала, увеличивает соотношение сигнал/шум. Это достигается последующим усилением по мощности.

−Блок служебной сигнализации (БСС). БСС принимает сигналы от БУ

иБВН и выводит их в наглядном виде (световые элементы): режим передачи;

наличие информации на АОД1; номер выбранного направления. Этот блок

8

необходим для удобства работы оператора с ПД-СПИ. Передача сообщения начнется, когда на АОД1 передаваемое слово будет установлено, поэтому оператору необходимо знать, есть ли информация на АОД1. А для того, чтобы оператор не передавал информацию на другой объект, во время сеанса,

необходима сигнализация режима передачи.

−Генератор тактовых импульсов (ГИ1). Формирует серию тактовых импульсов заданной длительности и скважности, управляющих распределителем Р1. Число импульсов в серии определяется количеством позиций, образующих один цикл работы распределителя.

−Генератор несущей частоты (ГНЧ). ГНЧ необходимы для образования частотных каналов. Генератор производит частоту, на которой будет передаваться информация.

−Блок выбора направления (БВН). Необходим для выбора направления передачи информации, по определенной линии связи на один из нескольких объектов. В БВН осуществляется защита от выбора нескольких направлений,

атакже только после правильного выбора направления на БУ поступает сигнал «разрешение» на передачу.

−Линейный узел (ЛУ). Предназначен для усиления мощности передаваемых сигналов, а также гальванической развязки на БУ цепей линии связи с электрическим цепями.

Рисунок 4 – Функциональная схема ПД-СПИ

9

Приемный пункт (рисунок 5) включает в себя следующие блоки:

− Линейный узел (ЛУ). ЛУ выступает в роли усилителя сигнала по напряжению, поскольку в линии связи сигналы теряют мощность.

Широкополосный усилитель переменного тока, а также обязательное присутствие цепей гальванической развязки линии связи с аппаратурой приемника. Необходимость развязки обусловлена тем, что питание электрических цепей линии связи осуществляется повышением напряжения по сравнению с напряжением питания аппаратуры системы.

−Блок частотных избирателей (БЧИ). БЧИ осуществляет отбор сигнала по определенной частоте, то есть он является «дешифратором признака направления».

−Демодулятор (ДМ). ДМ выполняет обратное по отношению к модулятору преобразование и восстанавливает на приемном пункте переданные сигналы. Предусматривается ограничение по нижнему уровню принимаемых сигналов, что позволяет избавиться от помех малой амплитуды.

−Узел контроля синфазности (УКС). УКС осуществляет проверку синфазности работы передающего и приемного пунктов. Синфазная работа Р1 и Р2 достигается своевременным запуском распределителя Р2 (и ГИ2)

после селекции импульса СИ, а также возвратом Р2 в исходное состояние по

окончания цикла (и остановом ГИ2).

−Различитель синхроимпульса (РСИ). РСИ представляет собой селектор импульсов максимальной длительности, т.к. импульс СИ в 1,5 раза больше информационных импульсов. РСИ определяет начало работы распределителя Р2, необходим для реализации синхронизации.

−Распределитель (Р2). Р2 совместно с Р1 образует временные каналы связи. Этот распределитель ведомый, т.к. он работает от управляемого генератора ГИ2.

10