antibotan.com

ВСЕУКРАЇНСЬКИЙ СТУДЕНТСЬКИЙ АРХІВ

Методи передавання сигналів по лініях зв'язку ( частина 6 )




Тип роботи:
Конспект лекцій
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Кафедра:
Захист інформації
Предмет:
Основи збору, передавання та обробки інформації
Рік:
2011
Вартість:
1 бал

Посилання на дану роботу:

http://antibotan.com/file.html?work_id=501004


Опублікувати посилання:

Завантажень:

23


Частина тексту файла:

Національний університет «Львівська політехніка» Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології Кафедра «Захист інформації»
ОСНОВИ
ЗБОРУ,
ПЕРЕДАВАННЯ
ТА
ОБРОБКИ
ІНФОРМАЦІЇ Конспект лекцій Тема 6: Методи передавання сигналів по лініях зв'язку
Передача неперервних повідомлень у первинній смузі, з частотним та часовим ущільненням. Передача цифрових сигналів у первинній смузі. Різновидності і вимоги до лінійних сигналів. Передача цифрових сигналів у вторинній смузі.
ЗМІСТ
6.1. Основні способи передавання й опрацювання сигналів.
Послідовна і паралельна передача. Синхронізація. Прийманні у цілому і поелементне. Багатоканальні системи: призначення і принцип дії.
6.2. Об’єднання і розділення сигналів 6.2.1. Метод частотного розділення сигналів
6.2.2. Часове розділення сигналів 6.3. Принцип ущільнення каналів 6.3.1. Частотне ущільнення каналів 6.3.2.
Часове ущільнення каналів 6.2.3. Інші види ущільнення (комбіноване, кодове) 6.2.4. Сигнали у системах багатоканального зв’язку 6.4. Розділення каналів при багатоканальному передаванні неперервних повідомлень. Принцип РК.
6.5. Принцип передавання дискретних повідомлень (ПДП) 6.6. Процес (процедура) передавання дискретних повідомлень
6.7. Методи створення набору сигналів у системах ПДП
Розпізнавання сигналів. Прикінцеві пристрої СПІ
6.К. Питання до самоконтролю. 6.Л. Література. Львів – 2006
6.1. Основні способи передавання й опрацювання сигналів. Основними способами передавання сигналів є послідовний і паралельний. При послідовній передачі елементи проходять у каналі почергово. При паралельній передачі одиничні елементи дискретних сигналів об’єднують у групи. Елементи груп передають одночасно (зазвичай у різних смугах частот) по окремих каналах. При заданій швидкості передавання послідовні системи (одночастотні) мають ряд перевах у порівнянні з паралельними (багаточастотними): краще використання потужності передавача, некритичність до нелінійності каналу, простота реалізації і т.п.
Дискретні сигнали передають синхронним або асинхронним методами. При синхронному передаванні дискретного сигналу його значущі моменти (ЗМ) повинні бути у певному фазовому співвідношенні зі ЗМ довільного іншого сигналу повідомлення, яке передають. При асинхронному – ЗМ сигналів можуть бути у довільних фазових співвідношеннях.
На прийомі пристрій перетворення сигналів (ППС) визначає вид елемента («0» чи «1»), потім з елементів формуються кодові комбінації (КК), декодування яких дозволяє визначити символи переданого повідомлення. Такий метод приймання називають поелементним. Щоб визначити вид переданого елемента, його зіставляють з еталоном. Найчастіше в якості еталонів вибирають сигнали, якиі співпадаєть по формі з переданими. Для двійкових сигналів достатньо мати один або два еталони.
Кодова комбінація складається з елементарних двійкових сигналів. Іноді такий складений сигнал на прийомі обробляють у цілому, порівнюючи його з усіма еталонами. Проте тут кількість еталонів велика – відповідно числу можливих (дозволених) КК. Прийом у цілому забезпечує більшу вірність, але складніший у реалізації. Для правильного приймання кодових комбінацій недостатньо забезпечити вірне приймання одиничних елементів. Необхідно правильно відділити одну КК від іншої, що здійснюють методами групової синхронізації. Використовують стартстоповий метод, який відноситься до асинхронних (розглянемо у подальших лекціях).
Більшість систем зв'язку багатоканальні і важливою операцією при формуванні сигналу є ущільнення каналів. Використання різних методів ущільнення каналів та видів модуляції сигналів дають низку варіантів побудови багатоканальних систем передавання повідомлень.
Для одночасного передавання повідомлень від декількох джерел по одній лінії зв’язку здійснюють об'єднання сигналів на передачі і розділення їх на прийомі. Найчастіше використовують методи частотного і часового об’єднання (розділення) сигналів. 6.2. Об’єднання і розділення сигналів
6.2.1. Метод частотного розділення сигналів.
Нехай є канал зв'язку (неперервний) зі смугою пропускання
ΔFk і задано спектр сигналу
ΔFc , який переносить повідомлення. Якщо
ΔFk >> ΔFc , то можна організувати N каналів N > Δtk. Тоді. розділюючи інтервал часу
Δtc
на N частин, де N < Δtc/ Δtk, виділимо для кожного джерела свій часовий інтервал. Принцип часового розділення каналів ілюструє рис.1.12.
Рис.1.12. Розміщення сигналів, що передаються від N джерел по дискретному каналу
з часовим розділенням (ТРК) Рис.1.13. Організація передачі дискретних повідомлень при часовому розділенні каналів
Об'єднання сигналів, що поступають від джерел, здійснює розподільник передавача Рпер, а їх розділення - розподільник приймача Рпр .
На прийомі при часовому розділенні сигналів необхідно правильно розподілити одиничні елементи між отримувачами повідомлень; це забезпечують пристроями циклової (групової) синхронізації. 6.3. Принцип ущільнення каналів
Суть операції ущільнення каналів пояснимо за рис.4.16. Повідомлення xi(t) від N незалежних джерел треба перетворити в єдине коливання - багатоканальне (групове) повідомлення u(t). Для цього потрібно N допоміжних коливань
φi(t), i = 1,..., N. Бажано, щоб ці коливання були ортогональними. Найчастіше використовують гармонічні коливання або періодичні послідовності (гармонічні та імпульсні піднесучі). Їх створює спеціальний генератор допоміжних коливань.
Рис.4.16. Загальна схема ущільнення каналів
Канальні модулятори (КМ) змінюють параметри піднесучих згідно повідомленням xi(t), отримуємо канальні сигнали si(t). Ця операція нелінійна і спричинює появу побічних спектральних складових за смугою спектру модульованої піднесучої. Фільтри Фі пропускають спектри модульованих піднесучих і усувають побічні продукти модуляції. Об'єднання канальних сигналів дає груповий сигнал - багатоканальне повідомлення uБ(t), яке кодують і подають на вхід загального модулятора багатоканальної системи зв'язку.
Можливі 2 методи об'єднання: лінійне і нелінійне ущільнення каналів. Лінійне – просте сумування канальних сигналів з допомогою суматора .
(4.51) Нелінійне (мажоритарне) ущільнення базується на використанні функції Уолша; іноді застосовують при передачі цифрові інформації, напр. у телеметрії.
Допоміжні коливання φi(t) повинні мати властивість розділюваності, щоб розділяти прийняте багатоканальне повідомлення на окремі канальні сигнали.
Із теорії розділення сигналів (яка базується на теорії функціонального аналізу) відомо, що необхідною і достатньою умовою розділимості функцій
φi(t) є їх лінійна незалежність. Це значить, що ні одну із функцій не можна отримати лінійною комбінацію інших функцій цього класу.
Анагогічно: вектори
(множина) лінійно незалежні, якщо
лише при
,
і залежні – коли виражаються лінійною комбінацією.
Щоб функції φi(t)
(i = 1, 2, ..., N) були лінійно незалежні, необхідно і достатньо, щоб визначник матриці

з елементами

був нерівний нулю (теорема Грама).
Частинним (але дуже важливим) випадком лінійно-незалежних функцій є ортогональні функції. При ущільненні каналів за допоміжні, як правило, застосовують ортогональні коливання, а параметри модуляції канальних сигналів si(t)
вибирають так, щоб ці сигнали залишались також ортогональними. Відомо, що система ортонормованих (на періоді Т) коливань (функцій) має властивість
.
Практично виконати цю умову вдається не завжди, тобто ,
(4.53) де Ps – потужність піднесучої з номером і; Pε – взаємна потужність піднесучих.
Для кращої розділюваності каналів бажано забезпечувати умову Pε ***
Основні види коректуючих кодів: - блочні - систематичні або лінійні, у т.ч. циклічні (Хемінга, Боуза-Чоудхурі) - згорточні або рекурентні чи ланцюгові.
Основні характеристики коректуючих кодів
- Надлишковість
* *
швидкість передаваня (відносна) інформації.
Якщо продуктивність джерела інформації
*
, то швидкість передачі кодування
* Для виявлення чи виправлення помилок потрібні провірочні символи, довжина кодових блоків зростає, швидкість передавання інформації зменшується.
- Кодова відстань d - число позицій, в яких КК мають різні символи. Мінімальна відстань
*
КК називається кодовою або хемінговою. У безнадлишковому коді всі комбінації дозволені і тому d=1. Спотворення 1 символу - приймається інша дозволена КК. Для коректування необхідно
*
.
- Число помилок, які виявляються чи виправляють, а - кратність помилки. Для виявлення помилок кратності а необхідно і достатньо, щоб тоді ніяка комбінація з а помилок не може перевести одну дозволену КК в іншу.
Умова виявлення всіх помилок кр. а
* Для виправлення всіх помилок кр. ** Одночасно виправити помилки кр.
*
і виявити помилки кр.
*
можна при
*
,
де b>a.
- Коректуючі можливості кодів.
Важливим в теорії кодування є питання про мінімально необхідну надлишковість, при якій код має потрібні коректуючі властивості. Є низка верхніх і нижніх оінок, які встановлюють зв'язок між максимально можливою
*
і його надлишковістю.
Нижня границя Варшамова-Гльберта (для великих n - число позицій, розрядів у блоці, значність коду) дає асимптотичну оцінку необхідної кількості провірочних символів r і відносної швидкості передачі
*
при заданих (вибраних) значеннях n і
* Верхня границя Хемінга для двійкового коректуючого коду Верхня границя Плоткіна:
*
при
*
близька границі Хемінга при
* Систематичні коди з
*
= 3; 4 називаються кодами Хемінга. Для них число провірочних символів
*
, якщо Процес (процедура) передавання дискретних повідомлень
Сигнали
*
тривалістю Tc, що відповідають елементам коду
*
, подають у лінію зв'язку. Лінія ослаблює їх величину, спотворює форму, додає завади n(t). На вході приймача на кожному інтервалі Tc маємо Основна задача приймача: визначити який з переданих сигналів
*
є у сумі y(t), тобто який з елементів
*
був відправлений передавачем на даному інтервалі часу Tc.
Не вимагається, щоб приймач відновлював форму сигналу
*
, а необхідно лише визначити його номер, тобто вирішити, який сигнал передано
*
чи
*
. Це задача розпізнавання.
Після приймання (розпізнавання) елементів
*
, проводять декодування, тобто зіставлення прийнятих кодових слів, що складаються з елементів
*
, елементам
*
.
Основні задачі теорії і техніки передачі дискретних повідомлень: 1) вибір кращих сигналів
*
і способів їх формування; 2) визначення і врахування спотворень, які вносять лінії передачі в сигнали; 3) синтез оптимального приймача, тобто визначення алгоритму роботи приймача, який мінімізує помилки при розпізнаванні сигналів; 4) аналіз завадостійкості оптимального приймача, тобто визначення мінімальної імовірності помилок; 5) вивчення інженерних методів створення приймальних пристроїв. Методи створення набору сигналів у системах передавання дискретних повідомлень (ПДП)
В ідеалі (при вдсутності завад і спотворень) для передачі M сигналів можна вибрати M довільних коливань, що як завгодно мало відрізняються між собою, і вони були би безпомилково приняті.
При наявності завад і нестабільності апаратури виникає задача вибору оптимального набору сигналів, за якою імовірність помилок при розрізненні (розпізнаванні) сигналів на прийомі буде малою.
Розглянемо загальний метод створення набору сигналів. Вибирають систему
*
ортонормованих коливань, яким властиво
* і бдують N генераторів, кожний з яких з періодом Tc генерує послідовності коливань
*
відповідно. Зіставляють кожному елементу
*
набір N чисел
*
і - номер елемента
*
j - номер функції
* Після цього будують сигнали
*
, що відповідають елементам
* Рис.6.2 Оскільки коливання
*
задані (однозначно вибрані), то кожний сигнал *
однозначно визначається набором чисел
*
. Ці числа можна розглядати як координати вектора сигналу Вектор з координатами
*
має N-мірну розмірність. Рис.6.3. Функціональна схема здійснення набору дискретних сигналів Рис.6.4. Відновлення вектора за формою сигналу Розпізнавання сигналів
За заданим сигналом
*
можна визначити вектор цього сигналу *, тобто знайти його координати
*
Координати
*
визначають сигнал
*
і елемент
*
. Операцію визначення координат вектора сигналу реалізують апаратурно за схемою р.6.4. У точці приймання необхідно мати коливання
*
, аналогічні коливанням у передавачі. Ці коливання повинні вироблятись синхронно і синфазно працюючими генераторами передавача і приймача.
Якщо лінія не спотворює форму сигналу, а лише ослаблює то конфігурація векторів сигналів не змінюється і їх безпомилкове розпізнавання можливе.
Для зменшення імовірності помилок розпізнавання, кінці векторів
*
сигналів
*
(у N-мірному просторі) повинні бути якнайбільше рознесені. Приклад: Вибравши систему 2 ортогональних коливань
**
, можна отримати M = 4 сигнали Прикінцеві пристрої СПІ -- ПДС с.24-25
Ширина спектру послідовності імпульсів залежить від тривалості імпульса
*
.
Число гармонік у першій (основній) пелюстці спектру дорівнює
*
імпульсів
*
.
Імпульсні види модуляції всі широкосмугові - їх спектр набагато ширший спектру повідомлення і займає від постійної складової до частоти
*
.
П.Ф.-с.80, 85
-- стосується
модуляції –маніпуляції – Т4
6.К. Питання до самоконтролю
Методи передавання сигналів по лініях зв'язку. Передача неперервних повідомлень у первинній смузі, з частотним та часовим ущільненням.
Методи об’єднання і розділення сигналів. Частотне і часове розділеня каналів. Принцип і процес передавання дискретних повідомлень (ПДП).
Методи створеня набору сигналів та їх розпізнавання в системах ПДП
Як передають неперервні повідомлення по лініях зв’язку ? Наведіть приклад.
Для чого здійснюють об’єднання і розділення сигналів ? У чому полягає метод частотного розділення сигналів ? Як організовують передавання повідомлень при частотному розділенні каналів ? У чому полягає часове розділення сигналів ? Як організовують передавання дискретних повідомлень при часовому розділенні каналів ? У чому суть операції ущільнення каналів ? Як отримують груповий сигнал (багатоканальне повідомлення) ? Яка властивість допоміжних коливань необхідна для розділення прийнятого багатоканального повідомлення ? Які види ортогональних коливань застосовують при ущільненні каналів? Які є види ушільнення ? Як отримують канальні сигнали і багатоканальне повідомлення при частотному ущільненні ? На чому базується часове ущільнення каналів ? Як отримують багатоканальне повідомлення при часовому ущільненні ? Як здійснюють селекцію канальних сигналів з багатоканального повідомлення ? Якими засобами здійснюють селекцію сигналів при частотному розділенні каналів ? Якими засобами здійснюють селекцію сигналів при часовому розділенні каналів ? Назвіть способи зменшення впливу міжканальних спотворень. Принцип передавання дискретних повідомлень. Кодування натуральне, ефективне, завадостійке. Назвіть основні задачі теорії і техніки передачі дискретних повідомлень. Як створюють набір сигналів у системах передавання дискретних повідомлень (ПДП) ? Як розпізнають сигнали у системах ПДП ? За яких умов зменшується імовірність помилок розпізнавання сигналів ?
Зобразіть схему передавання повідомлень при частотному розділенні каналів; назвіть її елементи.
Зобразіть схему передавання дискретних повідомлень при часовому розділенні каналів; назвіть її елементи.
Зобразіть загальну схему ущільнення каналів; назвіть її елементи.
Зобразіть спектр багатоканального повідомлення при частотному ущільненні та вкажіть його елементи.
Зобразіть часовими діаграмами принцип формування багатоканального повідомлення при часовому ущільненні каналів та вкажіть параметри сумарного сигналу.
Зобразіть структурну схему пристрою розділення каналів та назвіть її елементи.
Зобразіть функціональну схему реалізації набору дискретних сигналів для ПДП та поясніть її роботу.
Зобразіть функціональну схему відновлення вектора сигналу (набору чисел) за формою сигналу при ПДП та поясніть її дію. 6.Л. Література 1. Передача дискретных сообщений: Учебник для вузов / Под ред. В.П.Шувалова. - М.: Радио и связь. 1990. – 464 с. 2. Пенин П.И., Филиппов Л.И. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь. 1984. – 256 с.



Коментарі

Залишити коментар »

 

Ви не можете залишити коментар.

Для цього, будь ласка, увійдіть або зареєструйтесь.