birmaga.ru
добавить свой файл

1
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ


ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
им. проф. М.А.БОНЧ-БРУЕВИЧА


ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

А.В.Буданов


ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ

ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

201000


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ


2000


УДК 621.394


Буданов А.В. Основы передачи дискретных сообщений: методическое пособие (спец. 201000) / СПбГУТ. - СПб, 2000.

Приведены контрольное задание, указания по его выполнению и учебная литература. Указаны вопросы, на которые необходимо обратить внимание при изучении данной дисциплины.

© Санкт-Петербургский государственный университет

телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, 2000


Редактор Л. А. Медведева
Подписано к печати 25.01.00. ЛР № 020475 от 29.04.97.

Объем 0,5 печ.л. Тираж 200 экз.

ООП Петербургкомстат. 193376 СПб, ул. проф. Попова, 39

ЛИТЕРАТУРА


  1. Шувалов В.П., Захарченко Н.В., Шварцман В.О. и др. Передача

дискретных сообщений. - М.: Радио и связь, 1990.

  1. Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации.

- М.: Радио и связь, 1982.

  1. Стеклов В.К. Телеграфия и системы передачи данных. - М.: Радио

и связь, 1988.

4.Осипов В.Г., Воронов Р.А. Телеграфные аппараты и аппаратура

передачи данных. - М.: Радио и связь, 1984.

5. Хаусли Т. Системы передачи и телеобработки данных / Пер. с англ.

  • М.: Радио и связь, 1994.


. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
1. Введение в дисциплину[1, c.7 - 11].

  1. Методы и устройства синхронизации.
  1. Определение понятий: поэлементная, групповая и цикловая синхронизация [1, c.334 - 335].


  2. Синхронизация в синхронных системах. Понятие о допустимой величине фазового рассогласования [1, c.335 - 337].

  3. Синхронизация в стартстопных системах [1, c.337 - 338].

  4. Сущность безмаркерного способа групповой синхронизации

[1, c.347 - 349].

  1. Сущность маркерного способа групповой синхронизации

[1, c.349-351].

  1. Первичные коды [1, c.17, 2, c.10 - 11].

  2. Методы сопряжения источника дискретных сообщений с дискретным каналом.

  1. Эффективное кодирование при известной статистике сообщений [1, c.146 - 147, 151 - 155].

  2. Синхронные и асинхронные дискретные каналы. Преимущества и недостатки [1, c.18, 158].

  3. Особенности сопряжения анизохронного сигнала с синхронным дискретным каналом. Метод наложения [1, c.158 - 159].

  4. Методы скользящего индекса и скользящего индекса с подтверждением [1, c.160 - 162].

  1. Методы и устройства преобразования сигналов (УПС).

  1. Назначение и классификация УПС [1, c.165 - 166].

  2. Амплитудная модуляция. Принцип построения дискретных каналов с АМ [1, c.174 - 175, 183 - 186].

  3. Частотная модуляция. Принцип построения дискретных каналов с ЧМ [1, c.175 - 177, 186 - 192].

  4. Фазовая модуляция. Принцип построения дискретных каналов с ФМ [1, c.177 - 180, 192 - 200].

  1. Методы и устройства помехоустойчивого кодирования.

  1. Избыточность сигналов дискретной информации. Понятие об объеме сигнала и способах повышения верности приема [2, c.96 - 99].

  2. Принципы помехоустойчивого кодирования. Классификация кодов [2, c.99 - 102, 105].

  3. Кодовое расстояние. Число обнаруживаемых и исправляемых ошибок [2, c.102 - 104].
  4. Циклические коды. Особенности и принципы построения кодовых комбинаций циклического кода [1, c.263 - 267; 2, c.110 - 114].


  5. Обнаружение и исправление ошибок при циклическом кодировании. Синдром циклического кода и его свойства [1, c.271 - 273; 2, c.115 - 118].

  6. Техническая реализация кодирующих и декодирующих устройств циклического кода [1, c.282 -286].

  7. Итеративный код. Особенности построения кодовой комбинации, принцип обнаружения и исправления ошибок [1, c.276 - 277].

  1. Адаптация в системах ПДС.

  1. Структура и классификация адаптивных систем [1, c.298 - 310].

  2. Структурная схема и алгоритм работы системы с решающей обратной связью и ожиданием (РОС-ОЖ) [1, c.310 - 320].

  3. Структурная схема и алгоритм работы системы с РОС и непрерывной передачей информации (РОС-НП) [1, c.320 - 326].

  4. Структурная схема и алгоритм работы системы с информационной обратной связью (ИОС) [1, c.330 - 334].

  5. Сравнительная характеристика систем без обратной связи, РОС и ИОС [1, c.306 -310].

  1. Принципы факсимильной передачи сообщений.

  1. Принципы факсимильной передачи сообщений. Структурная схема факсимильной связи. Основные достоинства и недостатки факсимильного способа передачи сообщений [1, c.359 - 361].

  2. Основные характеристики факсимильных систем связи

[1, c.361 -364].

  1. Особенности анализа и синтеза изображения [1, c.382 - 388].

  2. Принципы построения современной цифровой факсимильной аппаратуры [1, c.371 - 382, 389 - 391].


ЛЕКЦИИ


  1. Методы и устройства синхронизации.

  2. Методы и устройства помехоустойчивого кодирования.

  3. Адаптация в системах ПДС.

  4. Принципы факсимильной передачи сообщений.



МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Вариант контрольного задания выбирается по двум последним цифрам номера зачетной книжки (табл.1, 2).


Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены, разборчиво написаны. Для замечаний на странице оставляются поля шириной 3 - 4 см.

В конце контрольной работы необходимо привести наименование литературных источников, используемых при ее выполнении, поставить свою подпись и дату.

Неправильно оформленные и не соответствующие своему варианту контрольные работы на рецензию не принимаются и отсылаются обратно для переоформления.

Каждый студент выполняет одну контрольную работу, состоящую из четырех задач.

ЗАДАЧА 1
Обмен сообщениями между модемом и компьютером производится через последовательный порт кодом МТК-5. Скорость обмена составляет N зн. / мин. Вероятности Pi появления символа 1 на информационных позициях приведены в задании, где i соответствует номеру информационного единичного элемента в кодовой комбинации. Требуется:

- дать определение единицам измерения бит, Бод, бит/с;

- количество информации в каждом информационном единичном элементе кодовой комбинации Ii бит/элемент;

- количество информации в кодовой комбинации ( знаке ) Iзн бит/знак;

- скорости модуляции B (Бод) и передачи C (бит/с);

- указать две причины, почему C < B.

Для решения этой задачи необходимо проработать материал [1, c.12-16].

При решении задачи необходимо учитывать, что стартстопная комбинация состоит из 10 единичных элементов, из которых только 7 несут информацию.

Первый элемент - стартовый всегда имеет нулевое значение. Затем 7 информационных элементов, вероятности появления символа 1 в которых заданы в таблицах. Затем следует элемент проверочный (например, проверки на четность) и последний стоповый элемент всегда имеет единичное значение.

Стартовый, проверочный и стоповый элементы являются служебными и информации не несут.

Для определения количества информации, приходящейся на каждый единичный элемент можно воспользоваться формулой:
Ii = Pi log2 1/Pi + (1 – Pi)log2 1/(1 - Pi).

Таблица 1


Параметр




Предпоследняя цифра номера зачетной книжки




0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

N, знак/мин

3600

7200

14400

28800

57600

3600

7200

3600

115200

230400

P1

0.25

0.55

0.65

0.4

0.6

0.3

0.35

0.65

0.5

0.7


P2

0.55

0.25

0.35

0.6

0.4

0.65

0.55

0.5

0.3

0.2

P3

0.15

0.25

0.5

0.55

0.65

0.35

0.6

0.45

0.35

0.8

Таблица 2


Параметр




Последняя цифра номера зачетной книжки




0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P4

0.55

0.35

0.3

0.5

0.8

0.85

0.6

0.4


0.55

0.4

P5

0.3

0.35

0.5

0.6

0.7

0.55

0.75

0.6

0.4

0.35

P6

0.2

0.35

0.7

0.65

0.6

0.8

0.45

0.4

0.25

0.6

P7

0.2

0.8

0.45

0.55

0.25

0.45

0.6

0.35

0.4

0.65



Далее определяется количество информации в знаке (кодовой комбинации)

.

Зная скорость передачи знаков N знак/мин и число единичных элементов в кодовой комбинации (знаке), можно определить скорость модуляции B (Бод), после чего можно определить скорость передачи информации C (бит/с).


ЗАДАЧА 2


Построить производящую матрицу циклического кода (n, k). Из полученной производящей матрицы построить проверочную. Определить число разрешенных и запрещенных комбинаций, а также минимальное кодовое расстояние полученного (n, k) кода. Показать, каким образом можно получить все разрешенные комбинации циклического (n, k) кода.


Таблица 3

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки от 0 до 4

Последняя цифра номера зачетной книжки


0


1


2


3


4


5


6


7


8

9

9

(7,4)

(6,3)

(9,5)

(10,6)

(11,7)

(8,4)

(10,5)

(11,6)

(12,7)

(13,8)


x3+ x + 1



x4 + x + 1



x5 + x 2 + 1

Таблица 4

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки от 5 до 9

Последняя цифра номера зачетной книжки


0



1


2


3


4


5


6


7


8

9

9

(7,3)

(8,4)

(7,4)

(6,3)

(9,5)

(10,6)

(10,5)

(11,6)

(12,7)

(13,8)
x4 + x + 1

x3+ x2+1

x4+ x3+1

x5 + x4 + x2 + x + 1


Пример. Пусть необходимо построить производящую матрицу кода (9,5) с Р(х)=x4 + x + 1. Из [2] следует, что производящая матрица кода (9,5) будет состоять из единичной матрицы размерности 5x5 и из матрицы размерности 5x4, составленной из проверочных элементов, т.е. она будет содержать 5 строк и 9 столбцов. Единичная матрица имеет следующий вид:



1 0 0 0 0

0 1 0 0 0

1 (55) = 0 0 1 0 0

0 0 0 1 0

0 0 0 0 1

Таким образом, задача сводится к нахождению проверочных элементов к каждой их 5 записанных в матрицу информационных кодовых комбинаций.


Для нахождения проверочных элементов к комбинации 1 0 0 0 0 необходимо домножить ее на х4 и разделить на образующий полином для получения

4-разрядного остатка, который и представляет проверочные элементы:

1 0 0 0 0. 0 0 0 0 1 0 0 1 1 (х4+х+1)

1 0 0 1 1 1 0 0 1 1

= 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0

= 0 1 1 0 0

0 0 0 0 0

= 1 1 0 0 0

1 0 0 1 1

= 1 0 1 1 0

1 0 0 1 1

= 0 1 0 1 - остаток R( x ).

Для получения проверочных элементов к кодовым комбинациям 01000, 00100 и последующих. необходимо также разделить их на образующий полином, однако эти остатки получаются уже при делении кодовой комбинации 10000 (как проделано выше), если деление заканчивать на 1,2 и т.д. шагов раньше. Все эти 5 остатков в примере выделены. Таким образом, образующая матрица для данного случая будет иметь следующий вид:

1 0 0 0 0 0 1 0 1

0 1 0 0 0 1 0 1 1

G (9, 5) = 0 0 1 0 0 1 1 0 0

0 0 0 1 0 0 1 1 0

0 0 0 0 1 0 0 1 1
Для получения из найденной производящей матрицы провероч­ной необходимо учитывать следующее. Во-первых, проверочная матрица кода (9,5) будет содержать 4 строки и 9 столбцов. Во-вторых, она будет состоять из единичной матрицы размерности 4´4 и из матрицы размерности 4´5, которая получается из матрицы 5´4 (составленной из проверочных элементов, входящих в матрицу (9,5) путем ее транспонирования, т.е. когда строки и столбцы меняются местами).

Следуя этим правилам, можно записать, что матрица проверок

Н (9,5) имеет следующий вид:


0 1 1 0 0 1 0 0 0

1 0 1 1 0 0 1 0 0

H (9,5) = 0 1 0 1 1 0 0 1 0

1 1 0 0 1 0 0 0 1

* * *

Число разрешенных комбинаций кода (9,5) определяется как Mи =2k = 32. Число запрещенных Мз = МоМи = 2n – 2k =29 –25 = 512 - 32 = 480.

Минимальное кодовое расстояние определяется по матрице проверок H и равно минимальному числу столбцов, при сложении которых по модулю 2 получается чисто нулевой столбец (если есть 2 одинаковых столбца, то dmin=2, если нет, то путем перебора определяют dmin 3). В данном примере одинаковых столбцов нет, а при сложении 3-х столбцов, отмеченных *, получается 0, т.е. для данного кода dmin =3.

Для получения всех 32 разрешенных комбинаций этого кода необходимо воспользоваться образующей матрицей, где 5 разрешенных комбинаций (5 строк) имеются в явном виде, а остальные разрешенные комбинации получаются при помощи сложения в различных сочетаниях строк этой матрицы.

Так, например, при сложении I и 2-й строк получаем разрешенную комбинацию 11000.1110; 3, 4 и 5-й получаем 00111.1001 и т.д.

ЗАДАЧА 3
По данному образующему полиному P (х)= х+ х+ 1 определить ком­бинацию F (х) циклического кода (9,5). Составить таблицу, поясняющую работу кодирующего устройства (рис.1)


Вход Кл. 2 Выход




Кл. 1


Рис. 1. Структурная схема кодирующего устройства
Убедиться, что при введении ошибки в один из информационных разрядов комбинации F (х) остаток от деления =R (х) ¹0.

Для получения 5-элементной комбинации первичного кода (ин­формационной части) каждому студенту необходимо перевести число из 2-х последних цифр номера зачетной книжки в двоичную 5-элементную форму.

Если это число находится в интервале от 0 до 31, то оно переводится в двоичную форму непосредственно.

Если от 32 до 63, то из этого числа надо вычесть 32 и затем полученный результат перевести в двоичную форму.

Если от 64 до 95 - вычесть 64. Схема кодирующего устройства определяется образующим полиномом (рис 1).

Решение. Пусть число, составленное из двух последних цифр номера зачетной книжки, равно 16. Тогда комбинация первичного кода будет иметь следующий вид: 10000 (1´24 + 0´23 + 0´22 + 0´2 + 0´20 = 16), т.е. 16 = 10000.

Следовательно, F(x)= 10000.0101 (см. задачу 2). Проверяем правильность кодирования при помощи деления на образующий полином комбинации F(x). В этом случае остаток должен быть нулевым. При введении ошибки в любой информационный разряд остаток должен получиться не равным нулю.

Далее составляется табл. 5, поясняющая работу кодирующего устройства, в которой необходимо учитывать следующее. Исходное состояние триггеров (Т1 - Т4) - нулевое. В течение первых k (для данного примера k=5) тактов ключ Кл.1 замкнут, а Кл.2 разомкнут. В этом случае при поступлении первой 1 на вход кодирующего устройства через схему ИЛИ на выход и одновременно на вход сумматора (по модулю 2 ), на второй вход которого поступает состояние триггера Т4 (см. рис.1), который в данный момент в состоянии 0. В результате суммирования на выходе сумматора появляется 1, которая через открытый ключ поступает на вход триггера Т1 и один из входов сумматора, на второй вход которого поступает предыдущее состояние триггера Т1, т.е. нулевое.


После окончания первого такта в триггерах Т1 и Т2 будет записана 1. В Т3 и Т4 переписываются предыдущие состояния триггеров Т2 и Т3 соответственно. Далее до 5-го такта схема работает аналогичным образом.

Tаблица 5
Вход

Т1

Т2

Т3

Т4

Выход




1

1

1

0

0

1




0

0

1

1

0

0




0

0

0

1

1

0




0

1

1

0

1

0




0

1

0

1

0

0







0

1

0

1

0







0

0

1

0

1







0

0

0

1

0







0

0

0

0

1



По окончании 5-го такта в 4-х разрядах кодирующего устройства окажется сформированный остаток от деления, т.е. проверочные элементы. Начиная с 6-го такта, Кл.2 открывается, а Кл.1 закрывается, и проверочные элементы через схему ИЛИ начинают поступать за информационными на выход кодирующего устройства, которое с этого момента начинает работать в режиме сдвига, так как на входе теперь постоянно логический 0.

В результате на выходе кодирующего устройства появляется комбинация циклического (9,5) кода 10000.0101, содержащая 5 информационных и

4 проверочных элементов, т.е. комбинация F(x).

ЗАДАЧА 4
Для системы с решающей обратной связью, непрерывной передачей и блокировкой (РОС-НПбл) заданы длительность блока (кодовой комбинации) tк и время распространения сигнала между передающей и приемной сторонами tр. Требуется:

- привести краткое описание работы этой системы;


- определить емкость M накопителя системы;

- построить временную диаграмму работы системы.

Временная диаграмма может быть изображена как в [1, с.322, рис.8.14] или в [2, рис.7.3]. Емкость накопителя

М = <3 + 2tр / tк >.

При составлении временной диаграммы необходимо учитывать соотношение между временем распространения сигнала и длительностью кодовой комбинации.
Таблица 6




Параметр




Предпоследняя цифра номера зачетной книжки




0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

tр,мс

50

75

100

125

200

150

300

175

225

250


Таблица 7



Параметр




Последняя цифра номера зачетной книжки




0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

tк,мс

200

100

400

225

300

250

600

500

700

800