Тема: Передача информации по каналу с решающей обратной связью.
Данная выпускная работа посвящена использованию помехоустойчивых кодов, в частности, циклического кода, у которого кодовое расстояние равно 4.
В работе излагаются этапы и результаты разработки программы, реализующей кодирование циклическим кодом (14,9), приводятся анализ поставленной задачи, ход разработки, результаты решения. Также разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы, реализующие кодирование, декодирование, исправление и обнаружение ошибок циклическим кодом (14,9).
Аннотация........................................................................................................ 1
Введение.......................................................................................................... 3
1. Постановка задачи...................................................................................... 5
1.1 Анализ технического задания................................................................... 5
1.2 Теоретическое введение............................................................................ 6
1.2.1 Способы передачи информации по каналам связи.............................. 6
1.2.2 Основные понятия о помехозащищенном кодировании.................... 12
1.2.3 Помехозащищенные коды. Циклический код..................................... 18
1.2.4 Методы построения циклических кодов............................................. 19
1.2.5 Методы декодирования циклических кодов и обнаружения ошибок 33
1.3 Математическая модель.......................................................................... 35
1.4 Построение образующей матрицы......................................................... 36
1.5 Расчет достоверности передаваемых сообщений.................................. 38
1.6 Выводы.................................................................................................... 40
2. Техническая реализация кодера, декодера и решателей........................ 41
2.1 Модульная структура кодера и его работа........................................... 41
2.2 Модульная структура декодера и его работа....................................... 43
2.3 Модульная структура решателя кодера и его работа.......................... 46
2.4 Модульная структура решателя декодера и его работа....................... 48
2.5 Выбор микросхем для реализации кодера, декодера и решателей...... 49
2.6 Описание функциональной схемы кодера и решателя кодера............. 56
2.7 Описание функциональной схемы декодера и решателя декодера...... 57
2.8 Описание принципиальной схемы кодера и решателя кодера............. 58
2.9 Описание принципиальной схемы декодера и решателя декодера...... 61
2.10 Выводы.................................................................................................. 62
3. Описание программных средств, разработанных в ходе реализации проекта64
3.1 Структура системы................................................................................. 64
3.2 Входные данные, форма представления результатов........................... 64
3.3 Спецификация на программу в целом................................................... 64
3.4 Системные требования............................................................................ 66
3.5 Спецификация на программу в целом................................................... 66
4. Результативная часть................................................................................ 67
4.1 Тестирование........................................................................................... 67
4.2 Описание пользовательского интерфейса.............................................. 68
4.3 Инструкция пользователю...................................................................... 68
4.4 Выводы.................................................................................................... 68
5. Заключение................................................................................................ 69
Текст программы на языке VHDL для решателя декодера........................ 70
Документированный текст программы........................................................ 71
Деятельность людей связана с переработкой и использованием материалов, энергии и информации. Соответственно развивались научные технические дисциплины, отражающие вопросы технологии, энергетики и информатики. Информационная техника является сравнительно новой отраслью, получающей наибольшее развитие на этапе разработки и применения электронных вычислительных машин (ЭВМ) и автоматизированных систем управления (АСУ).
Информационная наука теперь находит применение в самых разнообразных областях теории и практики. Центральной ветвью является теория связи, созданная Шенноном на основе теории вероятностей.
С передачей и обработкой информации связаны действия любого автоматического устройства, поведение живого существа, творческая деятельность человека, развитие науки и техники, экономические и социальные преобразования в обществе и сама жизнь. Для более эффективного использования информации необходимо обмениваться информацией, что невозможно без её передачи по каналам связи.
При передаче информации по каналам связи может происходить искажение передаваемой информации. Для предотвращения потерь полезной информации существуют различные методы защиты. Одним из них является кодирование информации при помощи помехозащищённых кодов.
Двоичный код на все комбинации не является помехозащищённым, так как его комбинации отличаются друг от друга лишь в одном разряде, что не позволяет на приёмной стороне обнаружить и исправить возникшие ошибки. В этой связи возникает необходимость построения помехозащищённого кода.
Помехозащищённые коды – это коды, которые позволяют обнаруживать и исправлять ошибки, то есть корректировать полученные сообщения. Для достижения помехозащищенности можно ввести избыточность добавлением дополнительных контрольных разрядов.
Существует много различных алгоритмов построения помехозащищённых кодов. В данной работе рассматривается код (14,9). Он относится к группе циклических кодов. А именно, он относится к циклическим кодам, обнаруживающим 1 и исправляющим 1 ошибку.
Циклические коды являются основным классом групповых помехоустойчивых кодов и используются для исправления и обнаружения ошибок, возникающих при передаче информации по каналу связи. Устройства, обнаруживающие и исправляющие ошибки, построенные на основе циклического кода, часто применяются в различных информационных системах.
В соответствии с техническим заданием требуется построить математическую модель циклического кода с кодовым расстоянием 4, для количества букв алфавита сообщений 256. Требуется рассчитать длину кода и его корректирующую способность, найти образующую матрицу кода.
Разработать программу, реализующую кодирование и декодирование разработанным кодом.
Реализовать схему для его кодирования и декодирования на уровне функциональной и принципиальной схемы.
Также необходимо определить функции решателей, включенных в канал обратной связи, разработать функциональную и принципиальную схему решателей.
Расчетно-пояснительная записка содержит:
Введение;
Содержание;.
1. Постановочную часть;
2. Разработку схемы кодирующего, декодирующего и решающих устройств;
3.Описание разработанной программы;
4.Результативную часть;
5.Выводы и заключение;
6.Список литературы;
7.Приложения;
В записке содержатся следующие приложения:
1. Структурную схему передачи данных с РОС;
2. Функциональная схема кодера и решателя кодера;
3. Функциональная схема декодера и решателя декодера;
4. Принципиальная схема кодера и решателя кодера
5. Перечень элементов;
6. Принципиальная декодера и решателя декодера;
7. Перечень элементов;
8. Документированный текст программы решателя декодера;
9. Временные диаграммы;
10. Документированный текст программы;
11. Экранные формы;
12. Техническое задание
Передача информации с повторением (накоплением). Такой метод передачи применяют для повышения достоверности при отсутствии обратного канала, хотя нет принципиальных ограничений для его использования и при наличии обратной связи. Иногда такой метод классифицируют как прием сообщений с накоплением. Сущность метода заключается в передаче одного и того же сообщения несколько раз, запоминании принятых сообщений, сравнении их поэлементно и составлении сообщения, включая элементы, выбранные «по большинству». Предположим, что трижды передана одна и та же кодовая комбинация 1010101. Во всех трех передачах она подверглась воздействию помех и была искажена:
1000100
1111101
1010001
1010101
Приемник поразрядно сравнивает три принятых символа и проставляет те символы (под чертой), количество которых в данном разряде преобладает.
Существует и другой метод передачи информации с накоплением, при котором производится не посимвольное сравнение, а сравнение всей комбинации в целом. Этот метод проще реализуется, но обеспечивает более плохие результаты.
Таким образом, высокая помехоустойчивость метода передачи информации с повторением (накоплением) основана на том, что сигнал и помехи в канале не зависят друг от друга и изменяются по разным законам (сигнал периодичен, а помеха случайна), поэтому повторяющаяся комбинация в каждой передаче, как правило, будет искажаться по-разному. Вследствие этого на приеме накопление, то есть суммирование сигнала, возрастает пропорционально числу повторений, тогда как сумма помехи возрастает по другому закону. Если считать, что помехи и сигнал независимы, то суммируются средн-ие квадраты и средний квадрат суммы возрастает пропорционально первойстепени. Поэтому при n повторениях отношение сигнал/помеха увеличивается в n раз, причем это происходит без увеличения мощности сигнала. Однако это достигается за счет усложнения аппаратуры и возрастания времени передачи или полосы частот в случае, если сигнал передается на нескольких частотах одновременно во времени. Кроме того, при зависимых ошибках и пачках ошибок помехоустойчивость системы снижается.