Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное 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

Отчет по практической работе №3

по дисциплине «Теория электрической связи»

Вариант №6

		____________
		Руководитель
		Преподаватель каф. КИБЭВС
		В.С. Аврамчук
		____________

Введение

Цель работы: 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 𝑀зад;

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 ∆𝑡, а также основную частоту модулирующего сигнала 𝑓𝑐;

5) построить структурную схему передаваемого сигнала, в соответствии с вариантом;

6) выбрать способ манипулирования несущей (АМн или ЧМн), в соответствии с требованиями к полосе частот, используемой для передачи данных, и оценить ширину спектра модулирующего 𝐹𝑐 и модулированного сигналов 𝐹𝑀;

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 согласно варианту №6 представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Номер варианта	Количест-во пунктов приёма	Количест-во сообще-ний, Мзад.	Время передачи сообще-ния, Тб,	Интенсив-ность им-пульсных помех, i	Конфигура-ция линии связи
6	3	120	0,1	0,3	радиальная

1 Ход работы

Для оценки информационного объема передаваемого сообщения на основе исходных данных были произведены вычисления, представленные на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Вычисление объема передаваемого сообщения

Далее необходимо оценить вероятность внесения ошибок в сообщение во время его передачи на основании заданной интенсивности импульсных помех, а также подобрать способ кодирования, чтобы обеспечить достаточную достоверность передачи сообщений. Для этого были выполнены вычисления, представленные на рисунке 1.2. Согласно варианту №6 интенсивность помех равно 0,3, это означает, что вероятность правильной передачи равна 0,74, вероятность одной ошибки равна 0.22, вероятность двух ошибок равна 0.03334. Для кодирования первоначально был выбран код «Чет/нечет», при котором вероятность правильной передачи равнялась 0.9631, что удовлетворяется эталонной вероятности правильного приема, но вероятность трансформации равнялась 0.0369, что не удовлетворяет эталонной вероятности трансформации. После был выбран код Хемминга d=3 в режиме обнаружения 2 ошибок, тогда вероятность правильной передачи равнялась 0.9964, что удовлетворяется эталонной вероятности правильного приема, но вероятность трансформации равнялась 0.0036, что также удовлетворяет эталонной вероятности трансформации.

Рисунок 1.2 – Расчёт вероятностей правильного приема и трансформации

Далее для определения такта передачи сигнала и основной частоты модулирующего сигнала были рассчитаны количество служебных битов, длина закодированного слова и общее число битов, что представлено на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 –Расчёт общего числа битов для передачи

Далее была построена структурную схема передаваемого сигнала, что представлено на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Структурная схема передаваемого сигнала

Далее была длительность такта, основная гармоника и высшая гармоника. В качестве способа манипулирования была выбрана амплитудная манипуляция (АМн). Расчёт вышеописанных параметров представлен на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Расчёт параметров и несущей частоты

Так как получены всего два канала, а количество пунктов приема равно трем то можно реализовать разделение двумя способами. Первый: использовать адресное разделение каналов для 3 клиентов. Второй: использовать частотное разделение и на одной из частот использовать адресное разделение. Но так как общее количество бит уже было рассчитано под адресное разделение с 3 клиентами то был выбран первый вариант.

Далее были адаптированы типовые обобщённые структурные схемы ПД-СПИ и ПР-СПИ, что представлено на рисунках 1.6 – 1.7.

Рисунок 1.6 – Схема ПД-СПИ

Передатчик 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.

− 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 и БВН 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, а также 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 1.7 – Схема ПР-СПИ

Приемный пункт 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.

− Генератор тактовых импульсов (ГИ2). Генератор, который настроен на ту же частоту, что и ГИ1 (для синфазности). ГИ2 запускается от импульса СИ.

− Различитель информационных сигналов (РИС). Селектор импульсов заданной длительности, настроенный на селектирование информационных сигналов, также обеспечивает защиту от импульсных помех и не пропускает импульс СИ.

− Узел фиксации информации (УФИ). УФИ предназначен для записи и хранения элементов информационной части сообщения в течение одного цикла. Записанная информация стирается по спаду сигнала «запись» с УКС.

− Дешифратор кодовый (ДШК). ДШК необходим для обнаружения ошибок в принятой комбинации, если сигнал пришел с ошибкой, то формируется комбинация подвергается коррекции.

− Блок ввода информации (БВ). Буферное запоминающее устройство. Для временного хранения информационного слова (пока информация не будет передана на АОД2) и выдачу этого слова на АОД2, до принятия нового сообщения, формирование сигнала «данные установлены». Должен обеспечивать гальваническую развязку между АОД2 и аппаратурой приемника СПИ.

Далее была сформирована сводная таблица всех параметров относительно работе, что представлено в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Характеристики СПИ

Основные характеристики
Число различных сообщений (𝑀зад), ед	Объем информационной части сообщений, бит		Полный объем сообщений, бит		Время цикла передачи сообщения (𝑇баз), с		Такт передачи (𝛥𝑡), с
120	840		1680		0,1		0,00714
Модуляция/демодуляция
Основная частота модулирующего сигнала (𝑓𝑐), Гц		Частотный диапазон модулирующего сигнала (𝐹𝑐), Гц		Метод модуляции		Ширина полосы модулированного сигнала, Гц
140		0..420		Амплитудная		960
Распределение частотной полосы
Количество абонентских пунктов, ед	Конфигурация линия связи		Способ разделения каналов		Несущие частоты, Гц		Ширина защитных полос (𝑓защ), Гц
3	радиальная				430..1270		90