Разработка системы связи для передачи дискретных сообщений

             

                         АТЫРАУСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ

                                              ФАКУЛЬТЕТ ДНЕВНОГО ОБУЧЕНИЯ

 

                              Кафедра «Инженерно- технических дисциплин»

 

 

        КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине:    "Теория электрической связи»"

На тему: «Разработка системы связи для передачи дискретных сообщений»

 

 

 

 

 

                                                                          Выполнил: ст. гр. «РЭТ» 3 курса

Саханов Абылайхан

 

            Проверила: ст.препод. Султангалиева К.Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    г. Атырау 2014

Содержание

 

1. Введение………………………………………………………..……………….…3

2. Рабочее задание.................................................................................4

 

3. Обобщённая структурная схема системы связи.............................5

 

4. Описание принципов кодирования источника при передаче дискретных сообщений..............................................................................................6

 

   5. Расчёт характеристик системы согласно заданию ......................10

 

  6.Описание процесса принятия приёмником решения при приёме сигнала........... 13

 

  7. Расчёт характеристик системы согласно заданию...................... 15

 

  8. Расчёт согласованного фильтра ....................................................22

 

  9. Расчёт характеристик системы согласно заданию ......................25

 

10. Структурная схема связи согласно пункту .................................31

 

11. Описание принципов помехоустойчивого кодирования при передаче дискретных сообщений. Построение (7,4) - кода Хемминга........32

 

12. Описание процессов декодирования последовательности, содержащей двукратную ошибку, согласно пункту .........................................37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение:

      

        В современном мире в области электросвязи всё более широко используются цифровые виды информации. Это объясняется тем, что цифровые системы передачи имеют такие преимущества как высокая помехоустойчивость, слабая зависимость качества передачи от длины линии связи, стабильность электрических параметров каналов связи, эффективность использования пропускной способности при передаче дискретных сообщений и др.

       Целью данной курсовой работы является разработка системы связи для передачи дискретных сообщений. Дискретные сигналы возникают в тех случаях, когда источник сообщений выдает информацию в фиксированные моменты времени. Такие сигналы приобрели особое значение в последние десятилетия под влиянием совершенствования техники связи и развития способов обработки информации быстродействующими вычислительными устройствами. Из-за наличия в канале связи помех, прием сообщений становится ненадежным, и мы можем получить неверную (ложную) информацию. Поэтому, например, вопрос помехоустойчивости является одним из важнейших вопросов электрической связи.  В данной курсовой работе изучаются методы  кодирования сообщения  с целью сокращения объема алфавита символов и достижения повышения скорости передачи   информации. Предполагается использование двоичных кодов, как для статистического, так и для помехоустойчивого кодирования. Затем производится декодирование - восстановление символов исходного алфавита, в результате чего должен быть воспроизведен  переданный текст.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Рабочее задание:

     

• Составить обобщённую структурную схему системы связи для передачи дискретных сообщений, содержащую кодер источника, модулятор, канал связи, демодулятор и декодер. Изобразить качественные временные диаграммы сигналов во всех промежуточных точках структурной схемы. Все диаграммы должны сопровождаться словесными описаниями.
• Определить энтропию и избыточность источника, выполнить кодирование источника  (построить экономный код), рассчитать энтропию и избыточность кода, вероятности  двоичных символов, передаваемых по каналу, скорость передачи информации по каналу без помех.
• Рассмотреть случаи когерентного и некогерентного приёма путём взятия однократного отсчёта смеси высокочастотного сигнала с шумом на выходе линии связи и процесса на  выходе детектора огибающей. Определить оптимальный по критерию идеального наблюдателя порог для принятия решения о принимаемом символе при когерентном и некогерентном приёме, условные вероятности ошибок первого и второго рода, среднюю вероятность ошибки, скорость передачи информации при наличии помех. Сделать выводы по результатам расчетов.
• Рассчитать согласованный фильтр для приёма элементарной посылки. Определить условные вероятности ошибок и среднюю вероятность ошибки при когерентном приёме с использованием согласованного фильтра. Оценить выигрыш в отношении сигнал/шум за счёт согласованной фильтрации.
• Составить обобщённую структурную схему системы связи для передачи дискретных сообщений, использующую помехоустойчивое (канальное) кодирование. Опираясь на  результаты предыдущего пункта, рассчитать вероятности однократной и двукратной ошибок в пределах одного кодового слова и охарактеризовать свойства кода по обнаружению и исправлению ошибок.

Исходные данные:

Символ	а	б	в	д	е	ж	И	к	м	н	о	п	р	с
Вероятность	0.032	0.058	0.089	0.064	0.085	0.122	0.089	0.081	0.026	0.079	0.035	0.086	0.083	0.071

Вариант № 7 Подвариант № 0

 

Таблица 1. Алфавит источника сообщений с вероятностями символов.

 

Канальное кодирование	(7,4) – Кодом Хемминга
Форма посылки	Прямоугольная
Амплитуда сигнала на входе демодулятора - а (В)	2.8
Длительность посылки - t (мкс)	0.9
Дисперсия шума на входе демодулятора - s 2 (В2)	1.0
Код для сокращения избыточности источника.	Шеннона-Фано

 

Таблица 2. Исходные данные, определяемые подвариантом.

 

 

 

 

3. Обобщённая структурная схема системы связи:

Система связи – это сложная совокупность устройств, выполняющих преобразования сообщений и сигналов с целью наиболее эффективной передачи информации.

 

Рис. 1. – Обобщённая структурная схема системы связи

 

Источник сигнала включает в себя источник сообщений и преобразователь сообщения a(t) в первичный сигнал b(t) (Рис.2а), который поступает на вход кодера. Кодер производит операцию кодирования (экономное и/или помехоустойчивое) – преобразует сообщение в последовательность кодовых символов, в цифровой сигнал bц(t) (последовательность импульсов («единиц») и пауз («нулей»)). (Рис.2б). Далее bц(t) поступает на модулятор, где прямоугольные импульсы «заполняются» ВЧ несущим колебанием для эффективной передачи по линии связи; получаем модулированный сигнал u(t). (Рис.2в) Он, в свою очередь, поступает в канал связи, в котором происходит искажение сигнала u(t) под влиянием неизбежного воздействия вредных колебаний, называемых помехами. Помеха ξ(t) аддитивна, имеет случайный характер, представляет собой белый Гауссовский шум. Таким образом, на демодулятор поступает некая смесь сигнала и шума z(t)=u(t)+ ξ(t) (Рис 2г). Так как в канале связи действовала помеха, то сигнал на выходе демодулятора отличается в общем случае от сигнала bц(t) и имеет случайный характер (Рис. 2д). Поэтому результат декодирования b’(t) также не совпадает с первичным сигналом b(t).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Описание принципов  кодирования источника при передаче  дискретных сообщений. Построение кода. Кодирование построенным кодом фамилии и имени исполнителя курсовой работы (отсутствующие в алфавите источника буквы пропускаются).

4.1 Описание принципов  кодирования источника при передаче  дискретных сообщений.

Информационная последовательность символов, представляющая собой сообщение, может быть заменена другой, кодовой последовательностью, состоящей из символов кодового алфавита.

Кодирование источника при передаче дискретных сообщений может преследовать разные цели:

1) Более полное использование канала связи (экономное кодирование);

2) Повышение достоверности передачи (помехоустойчивое кодирование);

3) Согласование сообщения с каналом (кодирование в аппарате Бодо).

В данной работе мы применим экономное и помехоустойчивое кодирование.

Повысить эффективность систем передачи информации (систем связи) можно путём применения экономного кодирования источника сообщения.

Принцип такого кодирования состоит в уменьшении избыточности, то есть в том, что более вероятным символам источника ставятся в соответствие менее длинные слова (последовательности канальных символов). В этом и заключается практическое значение теоремы Шеннона: Среднюю длину кодовых слов для передачи символов источника А при помощи кода с основанием m можно как угодно приблизить к величине H(A)/log m.

Для повышения верности передачи применяют помехоустойчивое кодирование путем введения избыточности в передаваемые сообщения. Такие коды обеспечивают автоматическое обнаружение и/или исправление ошибок в кодовых комбинациях.

Правило (алгоритм), сопоставляющее каждому конкретному сообщению строго определенную комбинацию различных символов (или соответствующих им сигналов), называется кодом, а процесс преобразования сообщения в комбинацию различных символов или соответствующих им символов – кодированием. Процесс восстановления содержания сообщения по данному коду называется декодированием. Последовательность символов, которая в процессе кодирования присваивается каждому из множеств передаваемых сообщений, называется кодовым словом. Символы, при помощи которых записано передаваемое сообщение, составляют первичный алфавит, а символы, при помощи которых сообщение трансформируется в код, – вторичный  алфавит.

Коды, в которых сообщения представлены комбинациями с неравным количеством символов, называются неравномерными, или некомплектными. Коды, в которых сообщения представлены комбинациями с равным количеством символов, называются равномерными, или комплектными.

    Общее правило кодирования  источника (без памяти) состоит в  том, что более вероятным символам ставятся в соответствие  менее длинные кодовые слова.

 

 

 

 

 

4.2. Построение кода.

Кодирование источника по методу Шеннона - Фано.

Принцип построения кода Шеннона – Фано состоит в упорядочении всех символов алфавита (в нашем случае букв) по убыванию вероятностей. Затем все буквы делятся на две (неравные в общем случае) группы так, что сумма вероятностей букв для обеих групп одинакова или примерно одинакова, и в качестве первого символа кодового слова каждой букве первой группы присваивается кодовый символ 0, а каждой букве второй группы – символ 1 (или наоборот). Далее первая и вторая группы делятся на подгруппы в соответствии с принципом равной вероятности, и эта процедура продолжается до тех пор, пока алфавит источника не будет исчерпан.

Необходимо обратить внимание на следующее свойство полученного кода: ни одна кодовая комбинация не является началом какой-либо другой кодовой комбинации (префиксное правило). Такие коды называются неперекрываемыми (неприводимыми).

Закодируем заданный алфавит методом Шеннона – Фано.

Алфавит источника	Вероятность символа	Комбинация кодовых символов					Длина к.с.	Число единиц
αk	p(αk)	1	2	3	4	5	Mk
ж	0.122	0	0	0			3	0
в	0.089	0	0	1			3	1
и	0.089	0	1	0	0		4	1
п	0.086	0	1	0	1		4	2
е	0.085	0	1	1			3	2
р	0.083	1	0	0			3	1
к	0.081	1	0	1	0		4	2
н	0.079	1	0	1	1		4	3
с	0.071	1	1	0	0		4	2
д	0.064	1	1	0	1		4	3
б	0.058	1	1	1	0	0	5	3
о	0.035	1	1	1	0	1	5	4
а	0.032	1	1	1	1	0	5	4
м	0.026	1	1	1	1	1	5	5