Министерство общего и профессионального Российской Федерации
Уральский Государственный Технический Университет
Спроектировать радиоэлектронную систему передачи непрерывных сообщений с подвижного объекта по радиоканалу на пункт сбора информации. В качестве источников сообщений рассматривается совокупность процессов, характеризующих состояние параметров объекта и окружающей среды. Источники сообщений находиться на «борту» шар-зонда. Пункта сбора информации (Ц.П.) находится на земле.
Характеристики проектируемой системы
1. Характеристики аналоговых сообщений
· Нормированная плотность распределения мгновенных значении сообщения:
· Средне квадратичное отклонение:
· Вид преобразования аналогового сообщения: ДИКМ
· Спектральная плотность аналогового сообщения:
· Суммарная ошибка преобразования аналогового сообщения в цифровое:
2. Параметры радиолинии передачи информации с объекта
· Число каналов (датчиков) объекта: N=8
· Вид модуляции: АМн
· Число «м» сигналов: м=2
· Допустимое значение вероятности ошибки воспроизведения символа дискретного сообщения: =20*10-7
· Надежность связи: =0.8
3. Параметры радиолинии объект-ЦП
· Максимальный радиус зоны обслуживания: = 60 км
· Рабочая длина волны: = 50 см
4. Организация доступа к Ц.П.
Непрерывные сообщения, преобразованные в цифровую форму, передаются на Ц.П. пакетом длительностью 40 сек. по многоканальной коммутируемой радиолинии по запросу объекта
· Число физических радиоканалов Ц.П: Nрк=5
· Метод свободного доступа в Р.Л. Св.: ЧРК
· Средняя интенсивность вызовов Rв=3.5 вызова/час
· Вероятность отказа в обслуживании: pотк.= 0,02
· Среднее время сеанса связи: nв=4 с
5. Коррекция ошибок в радиолинии
Оценить качество приёма цифрового сигнала при использовании блочного избыточного кодирования, с числом проверочных символов не превышающим 10% от длины блока. Реализовать по выбору один из способов коррекции ошибок - исправление, обнаружение с переспросом блоков, их стиранием, изменением мощности передатчиков объектов и т.д. Отразить эту функцию в структурной схеме объекта и Ц.П. и в протоколе работы радиолинии, оценить эффективность кодирования.
2. Расчет параметров системы
2.1 Расчет параметров преобразования сообщений
При кодировании непрерывных сообщений с помощью ДИКМ возникают ошибки временной дискретизации ?1, ограничения динамического диапазона ?2, квантования сообщения ?3.
Результатом ДИКМ является цифровой сигнал, несущий информацию о величине и знаке приращения между двумя соседними отчетами сообщения или разность между истинным и предсказанным значением отсчета по ограниченному числу предыдущих значений сообщения.
Эта операция приводит к резкому уменьшению разрядности сигнала, но и к повышению частоты дискретизации, которая вычисляется по формуле:
, (2.1)
где Fв - верхняя частота спектра сообщения после ограничения, которая находится по формуле:
?1 (2.2)
в итоге, задавая значения ?1, с помощью Mathcad вычисляем значения Fd.
- Ошибка ограничения динамического диапазона ?2:
Динамический диапазон Ymax будет определятся заданной ошибкой ограничения динамического диапазона:
(2.3)
- Ошибка квантования сообщения ?3:
Шаг квантования будет определяться заданной ошибкой квантования ?3. (4.2.2) [1].
, (2.4)
Результатом правильного выбора ошибок преобразования, должна явится минимизация полосы частот радиолинии fрл=min, что в достигается в основном, при максимальной длительности разряда цифрового сигнала n =max. (формула 4.2.9. [1]). Из формулы видно что это условие достигается, при неизменности прочих условий (Nc), минимизацией Fd, Ymax и максимизацией hк, (это следует из выражения 4.2.4., 4.2.9. [1]), Эти условия позволяют определиться с выбором ошибок, даже не зная Nc.
Произведем расчет Fв, Fd, Ymax и hk для разных вариантов распределения ошибок используя формулы (2.1 - 2.4). Учтем, что распределение ошибок выбирается из условия:
(2.5)
Наиболее оптимальным является вариант, когда: =/3=/3=/3
Полученные результаты позволяют выбрать следующие значения:
?1=0.017
?2=0.017
?3=0.017
Fd=1.465*103 Гц,
Fв=160 Гц,
hk=0.2
H=Ymax=4.1
Xm=13.12
Число проверочных разрядов выбираем из соотношения
бит
В результате получим помеха устойчивый код (nk.kk)=(88.81), где kk получается из
бит
Минимальное кодовое расстояние этого кода d=4 получено из соотношении и
где r=Nпук
Соотношение называется граница Хеминга и является необходимым условием, а достаточным условием или границей Варшамова-Гильберта
Этот код из ходя из (минимального кодового расстояния) может обнаруживать ошибки кратностью a=2 и исправлять ошибки кратностью b=1.
Определим вероятность не обнаружения ошибок данным кодом, которая вычисляется по формуле (8.28 [2]).
полученное значение, показывает, что при заданной РД ошибки кратности 3 и выше возникают с очень малой вероятностью.
Определим вероятность появления ошибок, которые код обнаруживает, но не может исправить. Т.е. ошибки кратности 2 по формуле (8.27 [2]).
полученная вероятность ошибки мала.
Полученные результаты позволяют сделать вывод:
· полученный систематический код обнаруживает практически все ошибки.
· исправляет практически все из обнаруженных ошибок.
· всем этим обеспечивается высокая помехоустойчивость передачи.
Поэтому в рассматриваемой системе будет реализован следующий способ коррекции: все ошибки кратностью один исправляются, а остальные пакеты в которых есть ошибки кратностью два и больше будут стираться.
Число дополнительных разрядов возьмём Nдоп=8 бит.
В служебные разряды должны включаться и биты синхронизации, но в данной системе применяется отдельный канал синхронизации, который будет описан позже.
В результате по формуле получим
бит.
Тогда длительность одного разряда
мкс.
- скорость передачи цифрового сигнала, объем передаваемой информации
скорость передачи системы будет больше чем у систем передачи речи. Объем передаваемой информации невелик, значит ЗУ объекта будет дешевым.
- полоса частот группового сигнала ?f?.
- Параметры модуляции во второй ступени.
Во второй ступени модуляции используется двухпозиционная АМн. Выберем коэффициент амплитудной модуляции:
ma= 2
- полоса частот радиолинии ?fрл.
В разрабатываемой системе используется частотное разделение каналов, тогда:
где ?=0.7 - коэффициент, зависящий от формы импульса и способа обработки сигнала в приемнике.
Коэф.=1.1 - коэф. Учитывающий взаимной нестабильности несущей частоты излучаемого сигнала и частоты настройки приемника и доплеровского сдвига.
2.2 Расчет энергетических характеристик
Качество выделения информации приемным устройством цифровой системы передачи информации, связано с вероятностью ошибки приёма разряда сообщения. Связь между допустимым значением вероятности ошибки Рд и пороговым отношением мощности сигнала к мощности шума h2пор =q2 для двухпозиционной ЧМн при некогерентном приеме может быть представлена в виде:
,
из данного выражения выделим пороговое отношение h2пор:
h2пор позволяет рассчитать необходимую мощность сигнала на входе приемника, если известна мощность его шумов. Но из - из флюктуаций сигнала в точке приема меняется во времени случайным образом. Характер изменения таков, что плотность вероятности мощности близка к плотности вероятности Релея.
Опираясь на формулы (4.3.3, 4.3.5. [1]), найдем h2раб.
полученное значение h2раб, обеспечивает заданную надежность связи.
Найдем мощность шума, приведенную к входу приемника, используя выражение (4.3.8 [1].)
где N0 - спектральная плотность шумов, приведенных к входу приемника.
Спектральная плотность шума состоит из следующих составляющих, найденных из рис. 1 [1]. для f=600 МГц:
где N01 - минимальные космические шумы.
N02 - шумы параметрических усилителей.
Другие составляющие N0 на данной частоте равны нулю.
2.3 Расчет требуемой мощности излучаемого сигнала
найдем рабочее значение удельной средней мощности передатчика. (4.3.9. [1]).
где:
GA - - коэффициент направленного действия передающей антенны, находится по формуле с учетом рис. 1:
Sэф - эффективная площадь приемной антенны.
,
Рраб - рабочая мощность сигнала на входе приемника.
Рпор - пороговая мощность сигнала на входе приемника
?=0.2 - коэффициент потерь энергии сигнала в антенно-фидерных трактах приемника и передатчика и при распространении радиоволн.
- ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости в градусах. (Рис. 1)
Получив значение удельной средней мощности передатчика, найдем рабочую мощность передатчика, при условии, что в антенной системе используется 75 Ом фидер.
Требуемая мощность не велика, значит, источники питания на объектах будут работать долго, сокращая эксплуатационные расходы системы.
Расчет вероятности ошибки приёма кодовой группы при независимых ошибках приёма разрядов можно провести, используя равенство (4.3.10. [1]):
Расчет относительной с.к.о. воспроизведения сообщения, вызванной действием шумовой помехи на цифровой сигнал, можно выполнить по формуле (4.3.12. [1]):
найдем эффективное значение результирующей относительной ошибки сообщения на выходе системы с учетом действия шумовой помехи;
полученное значение показывает, что наибольшие искажения при оцифровке непрерывных сообщений с помощью ДИКМ, а ошибки, возникающие при передачи сообщения незначительны.
Значит, система некритична к шумам, действующим в приемопередающем тракте.
2.4 Основные параметры приемной и передающей антенн
На центральном пункте и на объекте применяются приемопередающие антенны со следующими диаграммами направленности:
Определимся с параметрами антенн:
- Коэффициент направленного действия.
Ga=2
- Коэффициент полезного действия
?а=0,8
Все антенны, применяемые в системе имеют одинаковые диаграммы направленности. Применение таких антенн обусловлено тем, что местоположение объекта может быть произвольным в полусфере радиусом R=60 км.
4.1 Канал трафика (передача информации с объекта на ЦП)
Канал трафика используется для передачи информации с объекта на ЦП и содержит:
Рис. 4. Структура канала трафика
Описание полей канала трафика.
· Преамбула (поле Р) - обозначает начало кадра (пос-ть 101).
· Поле адреса (поле ADR) - адрес объекта.
· Признак инф/упр (поле S) - «10» обозначает начало информации, «11» обозначает, что дальше идёт служебная информация (зарезервированная функция)
· Поле данных (поле DATE) - информация с 8_и датчиков.
· п/у код (поле CODE) - помеха устойчивый код.
· Признак конца кадра (поле Е) - обозначает конец кадра.
· Защитный бланк (поле SB) - служит для разделения двух кадров.
Общая длительность одного кадра 3.4 мс (42 бит) с учетом поля SB.
4.2 Канал управления
В разработанной системе канал управления состоит из прямого (ЦП - объект) и обратного (объект - ЦП) канала.
Рис. 5. структура пакета прямого канала управления при запросе на обслуживание
Описание полей канала управления.
· Преамбула (поле Р) - обозначает начало кадра (пос-ть 101).
· Поле адреса (поле ADR) - адрес объекта.
· Признак инф/упр (поле S) - «11» обозначает начало команды управления, «10» обозначает, что дальше идёт короткий информационный блок (зарезервированная функция)
· Команды управления (поле CONTROL) - кодированные команды управления.
· Признак конца кадра (поле Е) - обозначает конец кадра.
· Защитный бланк (поле SB) - служит для разделения двух кадров.
Общая длительность одного кадра 0.8 мс (23 бит) с учетом поля SB.
Описание команд управления
Число команд управления может быть 64. У каждой команды есть свой номер и этот номер кодируется в двоичном коде и передается в поле CONTROL канала управления. В таблице 1 представлены не которые из команд.
Таблица 1 Некоторые команды управления
№ |
источник |
получатель |
описание |
||
0 |
000000 |
ЦП |
объект |
Отказ в сеансе связи |
|
1 |
000001 |
объект |
ЦП |
Запрос на выделение канала |
|
2..17 |
0010..10001 |
ЦП |
объект |
Номер выделяемого канала |
|
20 |
10100 |
объект |
ЦП |
Окончание сеанса связи |
|
21..37 |
10101..100101 |
объект |
ЦП |
Подтв_е объектом выделение канала. |
|
38 |
100110 |
ЦП |
объект |
Досрочное освобождение канала |
|
39 |
100111 |
объект |
ЦП |
Подтв_е о досрочном осв. канала |
|
40 |
101000 |
ЦП |
объект |
Запрос о начале сброса данных |
5.1 Протокол установления связи
В какой то момент времени объект хочет передать информацию на ЦП.
· Объект посылает запрос в виде своего адреса по прямому КУ (см. рис. 8.) с проверочными битами. Для повышения надежности передачи запрос повторяется 5 раз. ЦП принимает решение о запросе, если совпадают 3 из пяти принятых адресов.
· ЦП проверяет наличие свободных каналов и по обратному КУ, либо назначает канал трафика, либо отказывает в связи.
· Объект, приняв команду, содержащую номер свободного канала, по прямому каналу управления высылает подтверждение назначения номера канала.
· (если объект получил отказ в сеансе связи, то он ждет время t=40с+?t, где ?t - произвольное число (-5< ?t<5) с. И снова посылает запрос. Если объект в течении 5с не получает разрешения либо отказа в обслуживании он повторяет запрос.
· ЦП проверяет правильность номера канала и передает подтверждение на подтверждение.
· Объект, приняв подтверждение, начинает передачу кадра с информацией с датчиков содержащего адрес объекта и посылки из 3х удлиненных бит, сигнализирующих начало передачи.
Рис. 6. протокол установления связи
5.2 Протокол окончания сеанса
Канал освобождается либо по окончании передачи информационного пакета длительностью 40 с., либо по команде с ЦП (Например при плохом качестве связи в течение длительного промежутка времени).
1. Методические указания и задания к курсовой работе по РЭСТК. УПИ 2001 г. 15с
2. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. М.: Сов. Радио, 1976. 368 с.
3. Радиосистемы передачи информации / под ред. И.М. Теплякова. М.: Радио и связь, 1982.264 с.
! | Как писать курсовую работу Практические советы по написанию семестровых и курсовых работ. |
! | Схема написания курсовой Из каких частей состоит курсовик. С чего начать и как правильно закончить работу. |
! | Формулировка проблемы Описываем цель курсовой, что анализируем, разрабатываем, какого результата хотим добиться. |
! | План курсовой работы Нумерованным списком описывается порядок и структура будующей работы. |
! | Введение курсовой работы Что пишется в введении, какой объем вводной части? |
! | Задачи курсовой работы Правильно начинать любую работу с постановки задач, описания того что необходимо сделать. |
! | Источники информации Какими источниками следует пользоваться. Почему не стоит доверять бесплатно скачанным работа. |
! | Заключение курсовой работы Подведение итогов проведенных мероприятий, достигнута ли цель, решена ли проблема. |
! | Оригинальность текстов Каким образом можно повысить оригинальность текстов чтобы пройти проверку антиплагиатом. |
! | Оформление курсовика Требования и методические рекомендации по оформлению работы по ГОСТ. |
→ | Разновидности курсовых Какие курсовые бывают в чем их особенности и принципиальные отличия. |
→ | Отличие курсового проекта от работы Чем принципиально отличается по структуре и подходу разработка курсового проекта. |
→ | Типичные недостатки На что чаще всего обращают внимание преподаватели и какие ошибки допускают студенты. |
→ | Защита курсовой работы Как подготовиться к защите курсовой работы и как ее провести. |
→ | Доклад на защиту Как подготовить доклад чтобы он был не скучным, интересным и информативным для преподавателя. |
→ | Оценка курсовой работы Каким образом преподаватели оценивают качества подготовленного курсовика. |
Курсовая работа | Деятельность Движения Харе Кришна в свете трансформационных процессов современности |
Курсовая работа | Маркетинговая деятельность предприятия (на примере ООО СФ "Контакт Плюс") |
Курсовая работа | Политический маркетинг |
Курсовая работа | Создание и внедрение мембранного аппарата |
Курсовая работа | Социальные услуги |
Курсовая работа | Педагогические условия нравственного воспитания младших школьников |
Курсовая работа | Деятельность социального педагога по решению проблемы злоупотребления алкоголем среди школьников |
Курсовая работа | Карибский кризис |
Курсовая работа | Сахарный диабет |
Курсовая работа | Разработка оптимизированных систем аспирации процессов переработки и дробления руд в цехе среднего и мелкого дробления Стойленского ГОКа |