Мирянов В.И. Синтез и анализ работы кодирующих и декодирующих устройств систем передачи информации - файл n1.doc

Мирянов В.И. Синтез и анализ работы кодирующих и декодирующих устройств систем передачи информации
Скачать все файлы (1341.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc1342kb.17.02.2014 11:30скачать

n1.doc

  1   2
министерство образования украины

севастопольский национальный ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ и промышленности

методические рекомендации

к выполнению комплекса практических работ

по курсу «СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ»

«СИНТЕЗ И АНАЛИЗ РАБОТЫ КОДИРУЮЩИХ И

ДЕКОДИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ»

для самостоятельной работы студентов дневной и заочной форм обучения направления 0915

«Компьютерная инженерия».

Севастополь – 2006

Методические рекомендации утверждены на заседании

Кафедры компьютеризированных систем.

Протокол № 5 от 15 02 2006.
Рецензент: к. т. н. профессор кафедры КС Уриков А.П.

Методические указания разработал

доцент кафедры КС Мирянов В. И.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………
В.1. Постановка задачи………………………………………………………………….
В.2. Принцип построения кодирующих и декодирующих устройств

систем передачи информации……………………………………………..............


  1. Тема №1

Синтез кодирующих устройств двоичных неизбыточных кодов…………….


  1. Тема №2

Синтез и анализ работы кодирующего устройства

двоичного кода с защитой по паритету…………………………………………….


  1. Тема №3

Синтез и анализ работы декодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету…………...………………………………………...


  1. Тема №4

Синтез и анализ работы декодирующего устройства двоичного кода с постоянным весом……………………………………………………......


  1. Тема №5

Синтез и анализ работы декодирующего устройства корреляционного кода……………………………………………………………………………….


  1. Тема №5

Исследование сверточного кода.


ВВЕДЕНИЕ
В1. Постановка задачи


Комплекс практических работ "Синтез и анализ работы коди­рующих устройств систем передачи информации" проводится в ходе практических занятий по курсу "Системы передачи информации" на третьем курсе по направлению 0915 “Компьютерная инженерия “.

К этому времени студенты получают необходимый объем знаний по курсам "Компьютерная электроника ", "Вычислительная техника" и навыки проектирования отдельных электронных схем дискретного действия на микросхе­мах. К моменту выполнения данных практических занятий и читается соответствующий раздел курса, в котором излагаются необ­ходимые сведения по методике помехоустойчивого кодирования и передачи информации.

Данный комплекс практических работ предназначается для ак­тивного закрепления студентами теоретических знаний, получен­ных на лекциях, овладения методикой творческого процесса проектирования дискретных устройств передачи и приема информации на микросхемах серии К155 и навыков практического исследования разработанных схем в пакете ELCAD или EWB.

Полученные навыки проектирования электронных устройств могут быть широко использованы студентами при курсовом проекти­ровании по курсу "Системы передачи информации", при выполнении выпускных работ бакалавров и магистров и при дипломном проектировании, а также в практической деятельности специа­листов в производственных условиях.
В2. Принципы построения кодирующих и декодирующих устройств систем передачи информации.

Современное производство требует широкого внедрения различных систем для автоматического перемещения информации в пространстве - систем сбора, передачи информации и ее обработки.

К числу наиболее ответственных узлов системы передачи информации принадлежат кодирующие и декодирующие устройства для помехоустойчивой обработки информации. Помехоустойчи­вая обработка информации осуществляется для борьбы с помехами и ошибками, возникающими при передаче информации по каналам связи. При этом можно использовать следующие способы помехо­устойчивой обработки:

-помехоустойчивое кодирование;

-повторение без обратной связи;

-повторение с обратной связью.

В данном комплексе лабораторных работ рассматриваются только вопросы помехоустойчивого кодирования.

Корректирующие свойства помехоустойчивых кодов определяют­ся вводимой в структуру кода избыточностью. К наиболее расп­ространенным кодам относятся так называемые систематические коды, у которых каждая комбинация состоит из элементов исходного не избыточного двоичного кода и k контрольных эле­ментов, вводимых с целью обнаружения и исправления ошибок.

Таким образом, общее число элементов кода (значность кода) равно

n = m + k ( В.1 )

Помехоустойчивость кода зависит от расстояния между двумя его ближайшими комбинациями, которые называется кодовым расс­тоянием d, и определяется как минимальное число элементов, в которых кодовые комбинации отличаются друг от друга.

Кодовое расстояние d, количество обнаруживаемых r и исправляемых ошибок S связаны соотношением

d = r + S + 1

( В.2 )

В основу построения кодирующих и декодирующих устройств положены кодопреобразователи, применяемые в цифровых системах для повышения достоверности передачи информации. В кодопреобразователях обычно осуществляется преобразование двоичных не избыточных кодов в помехоустойчивые коды и обратное преобразование с одновременной коррекцией ошибок.

Так как помехоустойчивые коды отличаются друг от друга логикой построения, то в основу синтеза кодопреобразователей целесообразно положить способ логического сходства, при котором на выходе устройства образуется необходимый код при подаче на его вход преобразуемого кода. На рис. В1 представлена сообщенная функциональная схема кодирующего устройства систематического кода (n, m).

Сообщение, выбираемое одной из кнопок S1чS15, при помощи кодера 1, кодируется в двоичном параллельном коде мощностью М=24-1.

Кнопкой "Пуск" триггер 4 устанавливается в единичное состояние, тем самым разрешая прохождение через схему совпадения 5 тактовых сигналов от генератора 7 на делитель 6. Стандартные сигналы с выхода блока G1 управляют работой распределителя импульсов 8 и блока формирования контрольных сигналов 9. Последовательность импульсов с выхода распределителя 8 преобразует параллельный неизбыточный двоичный код, снимаемый с выхода кодера, в последовательный код путем считывания через схемы совпадения 2 и схему 3 информационных разрядов, значения которых поступают на выходы устройства и на вход блока 9. В блоке 9 формируются контрольные разряды систематического кода, которые с помощью К тактов распределителя 8 через схемы 10 и 11 поступают на выход устройства. Таким образом, формируется систематический код (n, m). На (n+1)-m такте распределителя устройство прекращает работу.

На рис В.2 представлена обобщенная функциональная схема декодирующего устройства, выполняющего операцию декодирования систематических кодов (n, m).

Кодовая комбинация поступает в последовательном виде на входы регистра сдвига 2 и блока коррекции 5, синхронная работа которых совместно с кодирующим устройством обеспечивается генератором тактовых импульсов (узел 1).

Считывание информационной части кода осуществляется выполнения операции контроля в блоке 5 и получения сигнала подтверждающего безошибочность, принятой комбинации (выход А). При безошибочном приеме информация переписывается через схемы 3 в декодер двоичного кода 4, и сигнал с выхода декодера поступает к исполнительному элементу.



При обнаружении ошибки блок 5 формирует сигнал сброса (выход В), в результате чего операция декодирования ошибочно принятой кодовой комбинации не выполняется.

Рассмотренные принципы построения кодирующих и декодирую­щих устройств применимы также для несистематических кодов (ко­да с постоянным весом и корреляционного).

  1. ТЕМА №1.


Синтез кодирующих устройств двоичных неизбыточных кодов.


    1. Цель работы.


Изучить методы построения электрических, функциональных и принципиальных схем кодеров и декодирующих устройств двоичных неизбыточных кодов, метод преобразования параллельного двоичного кода в последовательный.

При изучении данной темы студенты должны

ЗНАТЬ:

- метод построения двоичных не избыточных кодов;

- метод построения кодеров двоичных кодов;

- метод преобразования параллельного двоичного кода в код последовательный.
ПОМНИТЬ:

- двоичные не избыточные коды являются не помехоустойчивыми кодами; под действием помехи одна кодовая комбинация данного кода трансформируется в другую рабочую комбинацию, что может привести к ложному приему информации;

УМЕТЬ:

- представлять любое десятичное число двоичным кодом;

- представлять любое двоичное число его десятичным эквивалентом;

- разрабатывать электрические, функциональные схемы кодеров двоичных кодов, используя условные графические обозначения логических элементов (ГОСТ 2.743-82);

- разрабатывать электрические, принципиальные схемы кодеров двоичных кодов на интегральных микросхемах серии К155;

- разрабатывать электрические и принципиальные схемы кодирующего устройства неизбыточного кода.


    1. Общие сведения.


В основе построения систематических кодов лежит двоичный не избыточный код, количество комбинаций которого определяется по формуле:
M=2m[dmin, r=0, s=0] ( 1.1 )

где m – число информационных разрядов кода.

Вероятностные показатели помехоустойчивости данного кода при передаче информации по симметричному двоичному каналу с независимыми ошибками определятся по следующим формулам:

Вероятность правильного приема

Pnp = ( 1 - P0 )m ( 1.2 )
Вероятность трансформации

Pmp = 1 - ( 1 – P0 )m ( 1.3 )
Вероятность защитного отказа

Pзо = 0 ( 1.4 )

где Po – вероятность искажения одного символа в канале связи.

Po = P{0 1} = P { 1 0} ( 1.5 )


    1. Порядок выполнения работы.




  1. Разрабтать таблицу кодовых комбинаций двоичного не избыточного кода.

  2. Разрабтать электрическую и функциональную схемы кодера данного, используя условные графические обозначения логических элементов.

  3. Разработать электрическую и принципиальную схемы кодера данного кода, используя микросхемы серии К155.

  4. Проверьте правильность разработанной принципиальной схемы в пакете ELCAD.

  5. Разработать функциональную схему кодирующего устройства двоичного не избыточного кода.

  6. Разработать электрическую и принципиальную схемы распределителя на D или JK – триггерах.

  7. Проверьте правильность разработанной принципиальной схемы распределителя в пакете ELCAD.




    1. Содержание отчета.


Отчет должен содержать:

  1. Таблицу разработанных кодовых комбинаций двоичного не избыточного кода.

  2. Логическую функцию кодера данного кода.

  3. Электрическую и функциональную схемы кодирующего устройства.

  4. Расчет показателей помехоустойчивости двоичного не избыточного кода при n=8, Po=10-1.

  5. Выводы по работе.




    1. Контрольные вопросы.




  1. Представьте десятичное число 25 двоичным кодом.

  2. Найдите десятичный эквивалент двоичного числа 1011101.

  3. Что понимается под понятием систематического кода?

  4. Чему равно минимальное кодовое расстояние между комбинациями не избыточного двоичного кода?

  5. В чем отличие функциональной схемы кодирующего устройства двоичного не избыточного кода от схемы, представленной на рис. В1 ?



  1. ТЕМА №2.


Синтез и анализ кодирующего устройства

двоичного кода с защитой по паритету.


    1. Цель работы.


Изучить методы построения кодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету.

При изучении данной темы студент должен

ЗНАТЬ:

- методы построения двоичных кодов с защитой по паритету;

- алгоритмы работы кодирующих устройств данных кодов;

- методы преобразования параллельных двоичных кодов в последовательные;

ПОМНИТЬ:

- что двоичные коды с защитой по паритету являются избыточными кодами, способными обнаружить ошибку;

УМЕТЬ:

- разрабатывать электрическую и функциональную схемы кодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету;

- разрабатывать электрически и принципиальные схемы кодирующих устройств избыточных двоичных кодов на интегральных микросхемах серии К155;

- разрабатывать электрическую и функциональную схемы кодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету;

- разрабатывать электрическую и принципиальную схемы кодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету.


    1. Общие сведения.


Защита по паритету широко используется для повышения достоверности передачи информации, при кодировании информации Международным телеграфным кодом (МТК-2), Стандартным кодом передачи данных (СКПД) и т. д.

Коды с защитой по паритету(с защитой на общую четность или нечетность) относятся к простейшим систематическим кодам.

Код с защитой по четности (нечетности) образуется добавлением к m информационным разрядам не избыточной комбинации двоичного кода одного контрольного разряда К = 1, дополняющего комбинацию до четного (нечетного) значения суммы единиц по модулю 2.

В таком коде обнаруживаются все одиночные ошибки и ошибки нечетной кратности.

Все четные ошибки образуют ложный прием с вероятностью трансформации
Pmp= ( 2.1 )


    1. Порядок выполнения работы.




  1. Разработать таблицу кодовых комбинаций двоичного кода с защитой по паритету.

  2. Разработать электрическую и принципиальную схемы кодирующего устройства двоичного кода с защитой на общую четность (не четность) по указанию преподавателя.

  3. Разработать электрическую и принципиальную схемы данного кодирующего устройства.

  4. Проверить правильность разработанной принципиальной схемы в пакете ELCAD.

  5. Исследовать работу кодирующего устройства с помощью графика временного анализа.




    1. Содержание отчета.


Отчет должен содержать:

  1. Таблицу разработанных кодовых комбинаций заданного кода.

  2. Электрическую и функциональную схемы кодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету.

  3. Электрическую и принципиальную схемы данного кодирующего устройства.

  4. График временного анализа работы кодирующего устройства при формировании определенной комбинации (задаётся преподавателем).

  5. Расчет избыточности и показателей помехоустойчивости данного кода при n=8, Po=10-3.

  6. Выводы по работе.




    1. Контрольные вопросы.

  1. Перечислите систематические коды, которые Вы знаете. Дайте их численные характеристики.

  2. Определите количество разрешенных кодовых комбинаций для Стандартного кода передачи данных.

  3. Определить избыточность кодов МТК-2, СКПД.

  4. Представьте число 44 двоичным кодом с защитой на общую четность и не четность.

  5. Что необходимо изменить в схеме преобразователя при замене защиты на общую четность, на защиту на общую не четность?



  1. ТЕМА №3.


Синтез и анализ работы декодирующего устройства

двоичного кода с защитой по паритету.



    1. Цель работы.


Изучить метод преобразования последовательного двоичного кода с защитой по паритету в параллельный не избыточный двоичный код.

При выполнении данной работы студенты должны

ЗНАТЬ:

- метод построения двоичных кодов с защитой по паритету;

- алгоритм работы декодирующих устройств данных кодов;

- метод преобразования последовательных двоичных кодов в параллельные;

ПОМНИТЬ:

-что при декодировании временных кодов, кодовая комбинация должна поступать на вход декодера в параллельном виде;

УМЕТЬ:

- разрабатывать электрическую и функциональную схемы декодирующего устройства двоичного кода с защитой по паритету;

- разрабатывать принципиальную и электрическую схемы данного декодирующего устройства.


    1. Порядок выполнения работы.




  1. Разработать электрическую и функциональную схемы декодирующего устройства двоичного кода с защитой на общую четность (нечетность).

  2. Разработать электрическую принципиальную схему декодирующего устройства с защитой на общую четность (нечетность).

  3. Проверить правильность разработанной принципиальной электрической схемы в пакете ELCAD при приеме не искаженной и искаженной кодовых комбинаций.

  4. Исследовать работу декодирующего устройства с помощью графика временного анализа.




    1. Содержание отчета.


Отчет должен содержать:

  1. Алгоритм работы кодирующего и декодирующего устройства кода с защитой на общую четность (не четность).

  2. Принципиальную электрическую схему декодирующего устройства двоичного кода с защитой на общую четность.

  3. График временного анализа работы декодирующего устройства при приеме определенной комбинации (задается преподавателем).

  4. Выводы по работе.




    1. Контрольные вопросы.




  1. Закодируйте число 105 двоичным кодом с защитой на общую четность (не четность).

  2. Как изменится функциональная схема, представленная на рис. В2, при декодировании двоичного не избыточного кода?

  3. Почему кодовые комбинации временных кодов должны поступать на вход декодера в параллельном коде?

  4. Синтезируйте аналитически (при помощи составления логических функций) схему декодера для двоичного не избыточного кода (n=3). По составленным логическим функциям начертите функциональную схему декодера в виде диодной матрицы.




  1. ТЕМА №4.


Синтез и анализ работы декодирующего устройства

двоичного кода с постоянным весом.


    1. Цель работы.


Изучить методы построения функциональных электрических и принципиальных схем декодирующего устройства двоичных кодов с постоянным весом.

При выполнении данной работы студенты должны
ЗНАТЬ:

- метод построения двоичных кодов с постоянным весом;

- метод построения декодеров двоичных кодов;

ПОМНИТЬ:

-что двоичные коды с постоянным весом являются избыточными кодами, способными обнаружить одну или несколько однотипных ошибок;

- обнаружение ошибки при декодировании происходит в схеме декодера данных кодов;

УМЕТЬ:

- разрабатывать принципиальные электрические схемы декодеров двоичных кодов с постоянным весом;

- разрабатывать принципиальные электрические схемы декодирующих устройств двоичных кодов с постоянным весом на интегральных микросхемах серии К155 и в пакете ELCAD.


    1. Общие сведения.


Двоичный код с постоянным весом содержит в каждой комбинации постоянное число единиц. Общее количество кодовых комбинаций для данного кода определяется по формуле
( 4.1 ).

где n – значность кода;

m – число избирающих элементов кода (обычно число единиц).

m=const
Этот код относится к неразделимым кодам, у которых информационные разряды не имеют однозначных позиций. Наиболее распространенными являются коды

Код получил название распределительного и широко применяется в один цикл работы устройства.

Код С 73 называется Международным телеграфным кодом (МТК-3), находит применение на дальних радиотелеграфных связях; его можно использовать и для передачи данных.

Код с постоянным весом позволяет обнаруживать любые кратные ошибки за исключением ошибок типа 10 и 01 в одной и той же комбинации (ошибки типа «смещение»).

Вероятность ошибочного приема, обусловленная, кратными ошибками типа «смещение», равна
( 4.2 )


    1. Порядок выполнения работы.




  1. Разработать таблицу кодовых комбинаций кода с постоянным весом.

  2. Разработать функциональную электрическую схему декодирующего устройства данного кода.

  3. Разработать принципиальную электрическую схему декодирующего устройства данного кода, используя микросхемы серии К155.

  4. Проверьте правильность разработанной принципиальной электрической схемы в пакете ELCAD при приеме не искаженной и искаженной кодовых комбинаций.




    1. Содержание отчета.


Отчет должен содержать:

  1. Таблицу разработанных кодовых комбинаций заданного кода.

  2. Логические функции декодера заданного кода.

  3. Функциональную электрическую схему декодирующего устройства системы передачи данных двоичным кодом с постоянным весом.

  4. Принципиальную электрическую схему декодирующего устройства.

  5. Расчет избыточности и показателей помехоустойчивости данного кода при n=8; m=3; Po=10-3.

  6. Выводы по работе.




    1. Контрольные вопросы.




  1. Определите кодовые расстояния между двумя кодовыми комбинациями 0011 и 1100; 1011 и 0111.

  2. Какие изменения необходимо внести в схему, представленную на рис. В.1, при кодировании информации кодом с постоянным весом типа ?




  1. ТЕМА №5.


Состав и анализ работы декодирующего

устройства корреляционного кода.


    1. Цель работы.


Изучить метод построения декодирующего устройства корреляционного двоичного кода.

При выполнении данной работы студенты должны

ЗНАТЬ:

- метод построения двоичного корреляционного кода;

- метод преобразования параллельного двоичного не избыточного кода в корреляционный;

- метод преобразования последовательного корреляционного кода в двоичный не избыточный код;

ПОМНИТЬ:

-что при декодировании корреляционного кода необходимо осуществлять проверку каждого сдвоенного элемента первичного не избыточного кода;

УМЕТЬ:

- разрабатывать электрические функциональную и принципиальную схемы кодирующего устройства корреляционного кода;

- разрабатывать функциональную электрическую схему декодирующего устройства корреляционного кода;

- синтезировать аналитически и графически электрическую функциональную схему узла контроля сдвоенных элементов первичного кода;

- разрабатывать принципиальную электрическую схему декодирующего устройства корреляционного кода;


    1. Общие сведения.


Количество кодовых комбинаций в корреляционном коде определяется по формуле
( 5.1 )
В корреляционном коде число элементов первичного не избыточного двоичного кода удваивается по принципу: единица передается двумя элементами 10, а нуль – 01. По способу образования данный код относится к несистематическим кодам. Он обладает высокими защитными свойствами. Вероятность ложного приема, обусловленная ошибками типа «смещение» в двух соседних, сравниваемых при приеме разрядах, определяется
( 5.2 )


    1. Порядок выполнения работы.




  1. Разработать таблицу кодовых комбинаций двоичного корреляционного кода.

  2. Синтезировать аналитически схему узла контроля сдвоенного элемента первичного кода.

По составленной логической функции начертить электрическую принципиальную схему узла контроля, используя микросхемы серии К155.

  1. Разработать функциональную электрическую схему декодирующего устройства корреляционного кода.

  2. Разработать принципиальную электрическую схему декодирующего устройства корреляционного кода.

  3. Проверить правильность разработанной принципиальной электрической схемы в пакете ELCAD при приеме не искаженной и искаженной кодовых комбинаций.

  4. Исследовать работу преобразователя с помощью графика временного анализа.




    1. Содержание отчета.


Отчет должен содержать:

  1. Таблицу разработанных кодовых комбинаций рассматриваемого корреляционного кода.

  2. Принципиальную электрическую схему декодирующего устройства корреляционного кода.

  3. График временного анализа работы декодирующего устройства при приеме определенной кодовой комбинации (задается преподавателем).

  4. Расчет избыточности и показателей помехоустойчивости данного кода при n=16; Po=10-3.

  5. Таблицу сравнительного анализа показателей избыточности и помехоустойчивости кодов, рассмотренных в данном комплексе работ.




    1. Контрольные вопросы.




  1. Почему корреляционные коды называют неразделимыми?

  2. Представьте число 44 в корреляционном коде.

  3. Какие изменения необходимо внести в схему, представленную на рис. В.1, при кодировании информации корреляционным кодом?

  4. Какая микросхема серии К155 может выполнять функцию узла контроля?

  5. В каких случаях для передачи информации целесообразно использовать корреляционные коды?


ЛИТЕРАТУРА


  1. Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева «Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах», М.: Радио и связь, 1990 -297 с.

  2. Тутевич В.Н. «Телемеханика», М.: Высшая школа, 1985-423 с., ил.

  3. «Кодирование информации (двоичные коды)»/Под ред. Н.Т. Березюка. – Харьков: Высшая школа, 1978 -252 с., ил.

  4. В.Л. Шило. «Популярные цифровые микросхемы». Справочник. М.: Радио и связь, 1988 -352 с.

  5. ГОСТ 2.743-82. «Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники».


  1   2
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации