Устройство защиты от ошибок

МИНИСТЕРСТВО OБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроники и компьютерной техники

 

 

 

 

 

 

 

 

пояснительная записка

 

 

к КУРСОВому проекту

По ДИСЦИПЛИНЕ: “системы передачи данных”

на тему: “УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК”

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                              студент группы

                                                             

                                                                     

 

 

Проверил:          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание

Введение……………………………………………………………………………..3

1 Разработка структурной схемы  устройства защиты от ошибок……………….5

1. Выбор способа защиты…………………………………………………...5
1. Повторная передача информации………………………….….6
2. Корректирующие коды………………………….………….…..7
3. Системы с обратной связью…………………………………..10

1.2 Выбор помехоустойчивого  кода………………………………………...12

1.3 Разработка  формата сообщения…………………………………………14

1.4 Выбор способа  фазирования по циклу…………………………………18

1.5 Синтез алгоритма  функционирования и разработка 

структурной схемы  УЗО…………………………………………………….23

2 Разработка принципиальной схемы  блоков УЗО………………………………29

2.1 Выбор элементной  базы…………………………………………….……29

2.2 Кодирующее устройство…………………………………………………31

2.3 Проектирование устройства хранения информационного

 блока …………………………………………………………………………33

2.4 Устройство управления………………………………………………….35

2.5 Устройство хранения  служебных символов……………………………37

2.6 Устройство задержки информационного сигнала……………………..38

Заключение………………………………………………………………………….40

Список литературы…………………………………………………………………41

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В процессе автоматизированного управления техникой, производственными процессами и отраслями народного хозяйства, а также в процессах творческой деятельности человека и общественных явлений происходит интенсивный  обмен информацией между отдельными звеньями систем управления, между  человеком и техникой, человеком  и природой, между отдельными людьми.

Проблема повышения достоверности  обусловлена несоответствием между  требованиями, предъявляемыми при передаче данных, и качеством реальных каналов  связи. Например, в сетях передачи данных автоматизированных систем управления требуется обеспечить вероятность  ошибочного приема комбинации первичного кода не выше 10^-6-10^-9. При использовании реальных каналов связи (вероятность искажения бита не более 10^-2-10^-3) и простого (без избыточного) кода указанная вероятность не превышает 6×10^-3.

Решение задачи повышения достоверности  осуществляется в настоящее время  в двух направлениях: совершенствование  каналообразующей аппаратуры и использование  специальных, процедур, основанных на использовании помехоустойчивых (корректирующих) кодов.

Во многих системах связи имеется  ограничение на передаваемую мощность. Например, в системах ретрансляции через спутники увеличение мощности обходится очень дорого. Коды, корректирующие ошибки, являются замечательным средством  снижения необходимой мощности, так  как с их помощью можно правильно  восстановить полученные ослабленные  сообщения. Передача в вычислительных системах обычно чувствительна даже к очень малой доле ошибок, так  как одиночная ошибка может нарушить программу вычисления. Помехоустойчивое кодирование становится в этих приложениях  весьма важным. Для некоторых носителей  вычислительной памяти использование  кодов, контролирующих ошибки, позволяет  добиться более плотной упаковки битов. Другим типом систем связи  является система со многими пользователями и разделением по времени, в которой  каждому из данного числа пользователей  заранее предписаны некоторые временные  окна (интервалы), в которых ему  разрешается передача. Длинные двоичные сообщения разделяются на пакеты, и один пакет передается в отведенное временное окно. Из-за нарушения  синхронизации или дисциплины обслуживания некоторые пакеты могут быть утеряны. Подходящие коды, контролирующие ошибки, защищают от таких потерь, так как утерянные пакеты можно восстановить по известным пакетам.

Одним из блоков системы передачи данных является устройство защиты от ошибок. Оно есть как в приёмной стороне, так и в передающей.

Устройство защиты от ошибок должно выполнять все возложенные на него функции, работа его соответствовать  его техническим требованиям, иметь  быстродействие не ниже заданного.

В данной курсовой работе мы будем  проектировать устройство защиты от ошибок, которое входит в состав системы передачи данных. Практическая реализация разрабатываемого устройства должна предполагать оптимальный подбор реальных микросхем, а также аналоговых элементов. Основными критериями подбора  являются: обеспечение необходимого быстродействия системы, низкого энергопотребления, а также минимальная стоимость  УЗО.

При наличии дуплексных каналов  связи в большинстве случаев  целесообразно использовать УЗО  с ОС. Устройства с информационной ОС позволяют обнаруживать ошибки практически  любой кратности, но к каналу обратной связи предъявляются такие же требования, как и к прямому. Поэтому  УЗО с ИОС наиболее эффективно могут быть использованы при скорости передачи 300/200 бит/с, так как устройства преобразования сигналов (УПС) для такой  скорости образуют в полосе канала тональной частоты два идентичных двунаправленных дискретных канала. Если передача данных должна осуществляться на скорости 600 бит/с и выше, то эффективность  использования канала связи УЗО  с ИОС снижается и в этом случае для повышения помехоустойчивости передачи символов следует применять  УЗО с РОС.

При снижении качества канала связи  в системах с ОС время задержки сообщения резко увеличивается, а в худшем случае выдача информации потребителю может вообще прекратиться. Чтобы не допустить этого, на каналах  низкого качества целесообразно  совмещать методы повышения верности передачи информации.

Исходя из всего выше изложенного  можно сделать вывод, что для  данного задания эффективно использовать канал связи УЗО с РОС, так  как передача данных должна осуществляться на скорости 9600 бит/с.

1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ  СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ  ОШИБОК

1. Выбор способа защиты

 

Передачей данных принято называть область  электросвязи, обеспечивающая передачу информации между ЭВМ или между ЭВМ и удаленными абонентскими установками. Под термином «данные» понимается информация, представленная в формализованном виде, предназначенная для обработки ее техническими средствами или уже обработанная ими

Скорость  передачи данных достигает значений от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч импульсов в секунду. Удовлетворить такие требования возможно лишь применением электронных оконечных устройств, которые имеют преимущество перед электромеханическими, как по техническим, так и по эксплуатационным показателям.

Учитывая  отсутствие в цифровых сообщениях внутренней смысловой избыточности. Вероятность  ошибки при передаче данных должна быть не более р=10^-6. Применяемые в настоящее время каналы для передачи дискретных сигналов не обеспечивают требуемую верность приема, поэтому для соблюдения установленных норм необходимо принимать ряд мер. Существующие методы повышения верности передачи можно разделить на три группы: организационно-технические, в том числе улучшение амплитудно- и фазо-частотных характеристик каналов, увеличение переходного затухания между цепями, улучшение фильтрации в цепях питания), электротехнические (выбор наиболее помехоустойчивого вида модуляции, увеличение мощности сигнала по отношению к мощности помехи, замена стартстопных аппаратов синхронными и пр.), введение дополнительной избыточности (повторная передача информации, применение корректирующих кодов, применение систем с обратной связью).

Большинство причин снижения верности передачи связано  со свойствами каналов, по которым осуществляется передача. Поэтому первую группу методов  составляют меры организационно-технического характера, направленные на улучшение качественных показателей каналов связи. Они способствуют уменьшению действия помех, приводящих к искажениям элементов дискретных сигналов и появлению ошибок. Опыт показывает, что данные мероприятия позволяют уменьшить вероятность ошибки в среднем в 5 раз.

Вторую  группу методов составляют меры электротехнического  характера, направленные на увеличение помехоустойчивости передачи элементов дискретных сигналов, т. е. меры по улучшению способов образования и регистрации импульсов. Возможности этой группы методов практически довольно ограничены. Применение их позволяет уменьшить вероятность ошибки в 3—5 раз.

К третьей группе методов  повышения верности передачи относятся  методы обнаружения и исправления  ошибок введением дополнительной избыточности в передаваемые сообщения. Они реализуются  системами без обратной связи (повторная  передача, корректирующие коды) и системами  с обратной связью.

Наиболее действенными из перечисленных являются методы третьей  группы, позволяющие повысить верность передачи теоретически в неограниченное число раз. Представляется целесообразным рассмотреть эти методы более  подробно.

 

1. Повторная передача информации

 

Метод повторной передачи информации заключается  в том, что одна и та же информация передается несколько раз. Решение  о принятом символе выносится  методом голосования по большинству. Несмотря на то, что при передаче некоторых символов в отдельных  случаях могут иметься ошибки, окончательное решение ошибочных  символов не имеет, если все три раза кодовая комбинация принята правильно  или когда она принята правильно  два раза из трех. При трехкратном  повторении информации верность повышается примерно в 5-10 раз по сравнению с однократной передачей. Существенным недостатком этого метода является уменьшение скорости доставки сообщения во столько раз, сколько используется, повторений. Это приводит к ограничению области применения данного метода.

 

2. Корректирующие коды

 

Другим  способом введения дополнительной избыточности в передаваемую информацию является применение корректирующих кодов. С помощью корректирующих кодов можно обнаружить ошибку (определить факт ее наличия) или обнаружить и исправить ошибку (указать место ошибки в блоке контролируемой информации) в преданной информации. Как правило, каждая кодовая комбинация, подлежащая пересылке содержит информационные (k) и контрольные разряды (r).

Все множество комбинаций n-элементного кода разбивается на два непересекающихся подмножества: разрешенных и запрещенных кодовых комбинаций. Передача ведется комбинациями разрешенного подмножества. После получения итоговой комбинации производится ее анализ. Если принятая комбинация принадлежит подмножеству разрешенных комбинаций, то выносится решение, что ошибки нет, а если запрещенному, то выносится решение, что ошибка есть. Естественно, что ошибка обнаружена, не будет, если одна разрешенная комбинация превратится в другую разрешенную.

При исправлении ошибок выполняется  две операции. Сначала устанавливается  факт наличия ошибки (описанным выше способом), а затем указывается  место ошибочного разряда в контролируемом блоке. При двоичном кодировании  этого достаточно, чтобы исправить  ошибку, так как оно сводится к  инверсии ошибочно принятого разряда. Принцип исправления ошибок состоит  в следующем. С учетом статистики ошибок в канале связи подмножество принятых запрещенных комбинаций разбивается  на n непересекающихся подмножеств. Каждое из этих подмножеств отождествляется с одной из разрешенных комбинаций. Если принятая комбинация принадлежит подмножеству 1, то выносится решение, что передавалась комбинация a1; подмножеству 2 – комбинация a2 и т.д.

Таким образом, обнаружение или исправление  ошибок корректирующим кодом достигается  за счет применения в нем кодовых  комбинаций с большим количеством  элементов (n), чем это требуется для передачи полезной информации (k). Величина вводимой при этом избыточности определяется коэффициентом избыточности

Среди основных кодов, используемых при передаче информации необходимо отметить следующие: код с проверкой на четность, корректирующий код с постоянным весом, циклические  коды, итерированные коды.

Код с  проверкой на четность. Этот код является одним из простейших с обнаружением ошибок, используемых для оценки правильности ввода/вывода информации в аппаратуре передачи данных. При построении комбинаций этого кода к исходным информационным разрядам добавляется один контрольный так, чтобы число единиц в получившейся кодовой комбинации стало четным. Код с проверкой на четность может обнаружить лишь ошибки нечетной кратности, так как они нарушают условие четности единиц в комбинациях.