Анализ способов построения СПД (стр. 1 )

Содержание

Введение. 2

1. Анализ способов построения СПД.. 3

1.1 Классификация СПД.. 3

1.2 Способы передачи данных и методы фазирования. 4

1.3 Передача алфавитно-цифровой информации. 7

1.4 Постановка задачи. 9

1.5 Вывод к главе 1. 11

2. Расчет параметров и характеристик. 12

2.1 Определение эффективно передаваемой полосы частот, оптимальной скорости передачи. 12

2.2 Выбор вида модуляции. 16

2.3 Выбор формата сообщения и расчёт среднего времени запаздывания информации 16

2.4 Выводы к главе 2. 20

3. Разработка структурных схем и алгоритмов функционирования СПД.. 21

3.1 Разработка структурной схемы передающего устройства. 21

3.2 Алгоритм функционирования передающего устройства. 22

3.3 Разработка структурной схемы приемного устройства. 25

3.4 Алгоритм функционирования приёмного устройства. 26

3.5 Синтез схем кодирующего и декодирующего устройств. 28

3.6 Выводы к главе 3. 29

4. Разработка кодирующего и декодирующего устройства. 30

4.1 Описание программы.. 30

4.2 Тестирование программной реализации. 41

4.3 Выводы к главе 4. 44

Заключение. 46

Приложение A (обязательное) Список сокращений. 47

Приложение Б (обязательное) Листинг программы.. 48

Приложение B (справочное) Список литературы.. 73

Введение

Современное общество является информационным обществом. В нём главной ценностью является информация. Большинство людей в информационном обществе занимаются сбором, обработкой, хранением, редактированием, передачей информации различного вида, различной природы и различного объёма. Передача информации имеет особый смысл с учётом темпа жизни. Со временем на передачу информации накладываются всё более жёсткие условия. В соответствии с условиями нужно создавать необходимые системы передачи данных (СПД).

Современные системы телемеханики лучше защищены от помех за счет более совершенных кодов, а сжатие данных позволяет увеличить объем передаваемой информации по каналам связи.

Целью выполнения данного курсового проекта является закрепление знаний, полученных при изучении курса «Узлы устройств обработки и передачи данных», получение навыков расчета и проектирования различных узлов системы передачи данных.

В первой главе курсового проекта приводится классификация СПД и информация о способах передачи данных и методах фазирования, формулируется цель работы и задача, которую нужно решить.

Во второй главе производится определение эффективно передаваемой полосы частот, расчёт оптимальной скорости модуляции, выбор формата сообщения при передаче данных и расчет среднего времени запаздывания информации.

В третьей главе разрабатываются структурные схемы и алгоритмы функционирования СПД: структурные схемы передающего устройства и приемного устройства, алгоритмы функционирования передающего и приемного устройства, схемы кодирующего и декодирующего устройств для заданного образующего полинома.

В четвертой главе описана программная реализация кодирующего и декодирующего устройств.

1. Анализ способов построения СПД

1.1 Классификация СПД

Классифицировать СПД можно по различным признакам [1]:

1.По выполняемым функциям:

1) Система измерения — система, осуществляющие передачу непрерывных измеряемых величин. Инфор­мация передается с контролируемого пункта на пункт управления. Принятые данные могут вводиться в ЭВМ и представляться диспет­черу для визуальных наблюдений на цифровых индикаторах и стрелоч­ных приборах, а также регистрироваться специальными приборами.

2) Система сигнализации — система, осуществля­ющая передачу различных дискретных величин, которые могут вводиться в ЭВМ или сообщать диспетчеру о состоянии контролируемых объектов с помощью звуковой и световой сигнализации.

3) Система управления — система, осуществляющая передачу информации в виде команд на включение или отключение раз­личных механизмов. Эти команды или посылаются диспетчером с пункта управления, или подаются с ЭВМ на изменение установок в регуляторах. При этом, если объекты управления находятся вблизи диспетчера, необходи­мость в обратной сигнализации отпадает: диспетчер визуально наблю­дает за исполнением посланных команд.

4) Система управления и сигнализации — система, позволяющая передавать команды с пункта управления на контролируемый пункт и полу­чать известительную сигнализацию об исполнении команды, посылаемой контролируемым пунктом на пункт управления, и сигнализацию об изменении состояния объекта.

5) Система измерения и сигнализации — система, передающая только известительную информацию с контролируемого пункта на пункт управления. В такой системе возможна и передача производственно-стати­стической информации.

2. По характеру используемой линии связи. Линия связи - физическая среда, по которой передаются сигналы. Для передачи информации могут быть использованы следующие линии связи:

1) проводные;

2) электроснабжения;

3) световодные;

4) радиотракт.

В системах телемеханики передается на дальние расстояния большое количество сообщений от многих источников или ко многим приемникам. По одной линии связи передается много сообщений одновременно. Это достигается применением так называемых каналов связи. Канал связи – совокупность технических средств, обеспечивающих независимую передачу сообщений по линии связи. В настоящее время понятие канала связи расширилось, и в него часто включают характеристики передаваемых сообщений. Применяются такие термины, как телеграфный, телефонный или телемеханический канал. Каждый такой канал характеризуется определенной полосой частот, необходимой для неискаженной передачи данного типа сообщений.

3. По расположению управляемых объектов:

1) Система для сосредоточенных объектов — система, в которой имеется один пункт управления и один контролируемый пункт.

2) Система для рассредоточенных объектов — система, в которой есть один пункт управления и несколько контролируемых пунктов. Они в свою очередь классифицируются по типу структуры телемеханической сети

(телемеханическая сеть – совокупность устройств телемеханики и объединяющих их каналов связи):

- Многоточечная структура телемеханической сети — структура сети, в которой два устройства (или более) контролируемых пунктов соединяются каналами связи с устройством на пункте управления.

- Цепочечная структура сети — многоточечная структура сети, в которой устройства контролируемых пунктов соединены общим каналом связи с устройством пункта управления.

- Радиальная структура сети — многоточечная структура сети, в которой устройство на пункте управления соединено отдельным каналом связи с каждым устройством контролируемого пункта.

- Радиально-цепочечная структура сети — комбинация из радиальной и цепочечной структур сети с использованием устройства на пункте управления.

- Кольцевая структура сети — цепочечная структура сети, в которой канал связи образует кольцо и пункт управления, при этом может быть связан с каждым контролируемым пунктом двумя различными путями.

- Древовидная структура сети — радиально-цепочечная структура сети, строящаяся по принципы формирования дерева.

1.2 Способы передачи данных и методы фазирования

Для передачи информации необходимо использовать такой физический процесс, который мог бы, во-первых, распространяться по линии связи или по радиоканалу и, во-вторых, изменять свои параметры. В телемеханике в качестве переносчиков информации обычно используют электромагнитные колебания в виде переменного тока или импульсов. Передача информации осуществляется по каналам связи, которые делят на три типа: симплексный, дуплексный и полудуплексный.

В симплексных (односторонних) устройствах повышение верности может быть достигнуто тремя способами: путем многократного повторения символов; одновременной передачей одной и той же информации по нескольким параллельным каналам; примене­нием кодов, исправляющих ошибки.

Многократное повторение является наиболее простым спосо­бом повышения верности, который состоит в том, что передат­чик посылает в канал нечетное число раз одну и ту же инфор­мацию, а на приемной стороне происходит сравнение между со­бой одноименных кодовых комбинаций (либо одноименных дво­ичных разрядов). Потребителю выдается тот символ (или бит), который был принят большее число раз (мажоритарный метод). Однако при выборе такого способа защиты следует иметь в ви­ду, что избыточность информации растет пропорционально ко­личеству повторений одних и тех же символов, аналогично увеличиваются и затраты времени на передачу массива.

Способ одновременной передачи по нескольким каналам по помехоустойчивости эквивалентен способу многократной передачи. Он предусматривает наличие нечетного количества каналов, по которым передаются одни и те же кодовые последовательно­сти. На приеме используется мажоритарный прием. Основное требование таких систем: наличие параллельных каналов с не­зависимыми ошибками. Недостат­ком способа одновременной передачи является резкое повыше­ние стоимости СПД за счет использования для передачи сооб­щений от одного источника нескольких каналов.

Наибольшей эффективностью в симплексных СПД обладает способ защиты от ошибок, основанный на использовании кодов с исправлением ошибок. В таких системах передаваемый блок кроме информационных единичных элементов, полученных от ис­точника информации, содержит и проверочные биты, которые формируются кодирующим устройством на основании информа­ционных разрядов по определенным правилам. На приемной сто­роне декодером по тем же правилам осуществляются аналогичные проверки, при которых учитываются и проверочные элементы. В результате проверки определяется номер позиции в принятом блоке, значение которой необходимо в процессе исправления проинвертировать. Вероятность ошибочного приема символа зависит не только от вероятности ошибки в дискретном канале, но и от применяемого кода.

В односторонних СПД при выборе корректирующего кода приходится рассчитывать на худшее состояние канала, т. е. избыточность в таких системах является постоянной, неза­висимо от того имеются ошибки в канале или нет. В начальных условиях худшее состояние канала будет относительно редко, его пропускная способность используется очень неэффективно. Вторым недостатком систем с исправлением ошибок является резкое возрастание сложности аппаратуры с увеличением коли­чества исправляемых ошибок. Существенное снижение аппара­турных затрат может быть получено за счет применения в качестве кодирующих и декодирующих устройств микропроцессоров.

В симплексном канале информация может передаваться лишь в одном направлении, в дуплексном – осуществлена двухсторонняя связь, в полудуплексном – возможна передача информации в обоих направлениях, но лишь поочередно. В дуплексных каналах связи повышение верности передаваемой информации достигается за счет введения обратной связи. Они делятся на системы с решающей (РОС), информационной (ИОС) и комбинированной обратной связью. Сущность повышения верности в этих системах состоит в том, что при обнаружении искажений в передаваемом сообщении происходит запрос блока, в котором один или несколько неправильно принятых знака. В системах с РОС передаваемые данные кодируются избыточными кодами, позволяющими обнаруживать одиночные ошибки или пачки ошибок. Решение о необходимости повторения блока информации, в котором обнаружена ошибка, принимается приемником на основании поступившей последовательности. В системах с ИОС нет необходимости вводить избыточность в передаваемые данные. Двоичная последовательность, зафиксированная приемником, запоминается и затем по каналу ОС передается вся или в виде укороченной кодовой комбинации, содержащей определенные признаки всей последовательности, на передающую сторону. Полученная по каналу ОС информация анализируется на передающей стороне, которая по результатам анализа принимает решение о передаче следующего блока либо о повторении ошибочно принятого. Это решение сообщается на приемную сторону и на его основании полученная информация передается потребителю или стирается.

В зависимости от характера канала связи и формата передаваемых сообщений выделяют синхронный и асинхронный методы передачи информации. В случае использование синхронного метода фазирование происходит лишь один раз перед передачей посылки. При этом циклы с определенной длиной следуют друг за другом. В асинхронном (старт-стопном) методе есть четко выраженные начало (старт) и конец (стоп) кодовой комбинации, по которым и происходит синхронизация. Для фазирования применяют устройства фазирования по циклу или УФЦ.

Устройства фазирования по циклу (УФЦ) служат для опре­деления начала блока информации (цикла) в принимаемой последовательности цифровых сигналов, что необходимо для правильного декодирования сообщения.

Способы фазирования по циклам можно разделить на две группы:

·  безмаркерные (с одноразовым запуском), при которых во время передачи информации фазирующие сигналы (маркеры) не передаются, а фазирование осуществляется за счет выдачи в канал специальной фазирующей последовательности перед на­чалом передачи сообщения и в паузах между передачей отдель­ных блоков информации;

·  маркерные (с непрерывной синхронизацией), при которых в течение всего сеанса связи по каналу совместно с информацион­ными сигналами передаются специальные кодовые комбинации (маркеры), используемые для фазирования АПД по циклу.

Также различают синхронные и старт-стопные способы фа­зирования. В синхронных — циклы фиксированной длины следуют непрерывно друг за другом, в связи с чем их начало и конец в сфазированном приемнике заранее известны. При старт-стопном способе — цикл может начаться в произвольный момент времени, а длина его — быть произвольной. В промежутках между выдачей блоков передающий и приемный распределители находятся на «стопе». Запуск их происходит под действием команды «Старт», подаваемой перед началом блока в канал связи. Команда «Старт» может быть представлена отдельным сигналом или ко­довой комбинацией.

Независимо от способа фазирования любая схема УФЦ должна содержать блок ввода в передаваемую последовательность маркерной комбинации на передающей стороне и блок выделения этой комбинации в приемнике.

Если информация от источника поступает нерегулярно, небольшими мас­сивами, блоками различной длины и по каким-либо причинам не представляется концентрация этой информации на передающей стороне, то наиболее целесообразным является применение старт-стопного метода фазирования. В этом случае средняя длина бло­ка и вид фазирующей комбинации определяются из условий обеспечения требуемой помехоустойчивости.

В большинстве систем передачи дискретной информации вы­годно применять синхронные маркерные и безмаркерные спосо­бы фазирования. В дуплексных и полудуплексных СПД при пе­редаче небольших массивов информации, в диалоговом режиме работы абонентов, при наличии пауз между передаваемыми сооб­щениями, а также в системах данных по выделенным каналам, когда не требуется непрерывный контроль за процессом фазиро­вания по циклам, целесообразно применение безмаркерного спо­соба, который обеспечивает более высокую эффективную скорость передачи информации.

При непрерывной передаче сообщений или передаче больших массивов информации в результате различных возмущающих воздействий, способных нарушить синфазный режим работы си­стемы, необходимо обеспечить систематический контроль за со­стоянием фазирующих устройств непрерывной передачей в канал маркерных комбинаций. В таких случаях следует применять маркерный способ фазирования [2].

1.3 Передача алфавитно-цифровой информации

Существуют разные способы передачи алфавитно-цифровой информации. Одними из самых распространенных являются коды КОИ-8, МТК-2 и МТК-5 и ASCII [3].

КОИ-8 - восьмибитовая ASCII-совместимая кодовая страница, разработанная для кодирования букв кириллических алфавитов.

Существует также семибитовая версия кодировки, не полностью совместимая с ASCII — КОИ-7.

В КОИ-8 символы русского алфавита располагаются в верхней части кодовой таблицы таким образом, что позиции кириллических символов соответствуют их фонетическим аналогам в английском алфавите в нижней части таблицы. Это означает, что если в тексте, написанном в КОИ-8, убирать восьмой бит каждого символа, то получается легко читаемый текст, хотя он и написан латинскими символами. Как побочное следствие, символы кириллицы расположены не в алфавитном порядке.

Существует несколько вариантов кодировки КОИ-8 для различных кириллических алфавитов. Русский алфавит описывается в кодировке KOI8-R.

Телеграфный трёхрегистровый код МТК-2 был принят в СССР в 1963 г. Код 5-битовый (всего 32 разных кода), поэтому используются 3 разных регистра (русский, латинский, цифры), переключаемые управляющими символами РУС, ЛАТ, ЦИФ. Букв Ъ и Ё нет; вместо буквы Ч использовали цифру 4.

МТК-2 основан на международном телеграфном коде № 2 (ITA2), рекомендованном Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии в 1932 г. (в международном коде 00000 не используется).

Соответствие между английским и русским регистрами, принятое в МТК-2, было использовано при создании компьютерных кодировок КОИ-7 и КОИ-8.

Международный телеграфный код №5 (International Telegraph Alphabet number 5).

Код был создан в результате совместного соглашения между Международным консультативным комитетом телеграфии и телефонии (МККТТ), в настоящее время МСЭ-Т, Международного союза электросвязи (МСЭ) и Международной организацией по стандартизации (ИСО). Он опубликован как рекомендация МККТТ (МСЭ-Т) V.3 и ИСО 646. МТК-5 был также принят НАТО для использования в военных целях.

МТК-5 – кодировка, в которой используется 128 7-битных комбинаций для кодирования строчных и прописных букв, десятичных цифр, специальных знаков и символов, разделителей данных и передачи управляющих символов.

Стандарт ICO 646 предусматривает возможность размещения национальных символов на месте # $ @ [ \ ] ^ ` { | } ~. В дополнение к этому, на месте # может быть размещён £, а на месте $ — ¤. Такая система хорошо подходит для европейских языков, где нужны лишь несколько дополнительных символов. Вариант кода МТК-5 без национальных символов получил название ASCII, или US-ASCII.

Для языков с нелатинской письменностью (русского, греческого, арабского, иврита) существовали более радикальные модификации МТК-5. Одним из вариантов был отказ от строчных латинских букв – на их месте размещались национальные символы (для русского и греческого – только заглавные буквы). Другой вариант – моментальное переключение между основным и национальным вариантом с помощью символов SO (Shift Out) и SI (Shift In) – в этом случае в национальном варианте можно полностью устранить латинские буквы и занять все полученное пространство под свои символы.

7-битный код оказался удобным для использования и в компьютерах, поскольку компьютеры оперировали 8-битными байтами, а 8-й бит можно было использовать для контроля чётности. Системы, не использовавшие контроль чётности, обычно делали старший бит нулевым.

Впоследствии оказалось удобнее использовать 8-битные кодировки, где нижнюю половину кодовой таблицы (0–127) занимают символы US-ASCII, а верхнюю (128–255) – разные другие нужные символы. В настоящее время национальные 7-битные кодировки практически не используются.

1.4 Постановка задачи

Целью данного курсового проекта является разработка системы передачи данных со следующими исходными данными: 1) Параметры для определения эффективно передаваемой полосы частот ∆F и оптимальной скорости модуляции Bопт (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Параметры для определения ∆F и Вопт.

F, кГц	∆а, дБ	∆τ, мс
0,1	12	2,4
0,3	8,7	1,6
0,5	4,3	0,96
0,7	1,2	0,72
0,9	0,05	0,28
1,1	0,05	0,14
1,3	0	0,12
1,5	0	0,04
1,7	0,05	0,04
1,9	0,05	0
2,1	0,1	0,04
2,3	0,2	0,12
2,5	0,3	0,11
2,7	0,4	0,16
2,9	0,5	0,23
3,1	0,6	0,34
3,3	0,7	0,52

Продолжение таблицы 1.1

3,5	0,8	0,87
3,7	0,9	0,98
3,9	1,6	1,22
4,1	4	1,56
4,3	6	1,74
4,5	8,1	1,91
4,7	10,2	2,12
4,9	12,2	2,43

2) Данные для выбора формата сообщения и определения среднего времени запаздывания информации (таблица 1.2).

Таблица 2.2 – Параметры разрабатываемой СПД

Источник информации	Канал связи	Примечание
N	Объем	λ, с-1	Тип	Рош	Кп
10	2*103 мтк5	10-4	С	10-2	1	Циклический код, p(x)=7488

N - количество источников информации;