Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ (TPS_MAIN)

Посмотреть архив целиком


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 = a0xn + a1xn-1 + a2xn-1 + b1yn-1 + b2yn-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


Случайные файлы

Файл
23538.rtf
112241.rtf
72443.doc
71841-1.rtf
17348-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.