Разработка программного обеспечения учебного тренажера по теории кодирования

Введение

Системы связи предназначены для передачи сообщений из одного места в другое при помощи каналов связи, обладающих определенным набором свойств. Для того, чтобы решить эту задачу необходимо выполнить целую совокупность преобразований. Для передачи информации по цифровым каналам связи сначала необходимо исходный сигнал подвергнуть форматированию, целью которого является преобразование аналогового сигнала в цифровой формат.

А следующим этапом следует выполнить помехоустойчивое кодирование. На данном этапе в сигнал следует внести определенную избыточность, которая позволяет обеспечить возможность коррекции на принимающей стороне всех или отдельных появившихся в процессе передачи ошибок. После осуществления помехоустойчивого кодирования сообщение должно поступить в модулятор, который преобразует цифровое сообщение в модулированный сигнал, передаваемый в канал связи.

В канале связи на сигнал могут воздействовать аддитивные помехи. Затем на принимающей стороне детектор выполняет детектирование сигнала, полученного из канала связи. Прошедшие детектирование цифровые данные, для того чтобы исправить возникшие в процессе передачи ошибки, должны обрабатываться декодером. Полученные цифровые данные далее должны быть снова преобразованы обратно в аналоговый сигнал.

Разработка программного обеспечения учебного тренажера по теории кодирования

Для разработки программного имитатора цифрового канала связи с применением помехоустойчивого кодирования необходимо решить следующие задачи:

1. Сформировать требования к программному обеспечению.
2. Проанализировать теоретический материал по работе цифрового интерфейса и помехоустойчивого кодирования.
3. Осуществления выбора среды программирования.
4. Реализация разработки структуры и алгоритма работы программного обеспечения.
5. Формирование интерфейса, способного отображать результаты работы и взаимодействие с пользователем.

Структурная схема программного учебного тренажера-имитатора цифрового канала связи с использованием помехоустойчивого кодирования показана на рисунке ниже.

Рисунок 1. Структурная схема программного учебного тренажера-имитатора цифрового канала связи с использованием помехоустойчивого кодирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Источником аналогового сигнала является генератор аналоговых периодических сигналов следующих типов:

1. Прямоугольные сигналы.
2. Гармонические сигналы.
3. Треугольные сигналы.

В качестве параметров сигналов используются их амплитуда и частота, а для прямоугольного сигнала необходимо прибавить такой параметр, как скважность. Источником не кодированного сообщения является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) набора стандартных сигналов с генератора. Основными параметрами АЦП являются количество бит на число, то есть, разрядность, и частота дискретизации. Объем сообщения должен быть ограничен и задаваться пользователем, а динамический диапазон должен определяться максимальным и минимальным значениями сигнала.

Кодер должен получать с АЦП первичный код и закодировать его согласно заданному алгоритму помехоустойчивого кодирования. Таких алгоритмов должно быть предусмотрено три, а именно, алгоритм проверки на четность, код Хэмминга для исправления однократных ошибок и циклический код для исправления однократных ошибок. Для циклического кода должна быть возможность установки задающего полинома. Кроме того должно быть предусмотрено отсутствие помехоустойчивого кодирования.

Модулятор должен осуществлять модуляцию битов кода, которые поступают с кодера. Известны следующие виды модуляции:

1. Амплитудная модуляция.
2. Частотная модуляция.

Кроме того, допустима передача через канал связи немодулированного, потенциального кода. При амплитудной модуляции следует использовать два параметра, а именно, несущую частоту и амплитуду. А при частотной модуляции необходимо использовать три параметра, а именно, частоту колебаний, модулирующей нуль, частоту колебаний, моделирующей единицу и амплитуды этих колебаний. А, для того чтобы передать сигнал в канал связи потенциального кода, возможно установить лишь амплитуду.

Канал связи является каналом передачи данных с источником аддитивных помех. Скорость прихода данных, закодированных в сообщении, в канал связи может задаваться пользователями. Аддитивная помеха может формироваться в виде Гауссовского белого шума со следующими параметрами:

1. Параметр математического ожидания.
2. Параметр дисперсии.

Усилитель-детектор выполняет детектирование и усиление модулированного сигнала, который поступает из канала связи. Пользователь может задавать коэффициент усиления и уровень детектирования модулированного сигнала. Для фильтра нижних частот, который стоит после детектора, следует предусмотреть возможность установки частоты среза. При отсутствии ошибок код, который получается после детектирования, должен быть эквивалентен коду после помехоустойчивого кодирования.

Декодер должен выполнять декодирование детектированного сигнала, согласно алгоритму помехоустойчивого кодирования. В случае отсутствия ошибок код, который будет получен после декодирования, должен быть эквивалентен коду после аналого-цифрового преобразования. Код, который получен после декодера, должен поступать на цифро-аналоговый преобразователь, преобразующий полученный код в необходимый уровень аналогового напряжения. Параметры цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) должны соответствовать параметрам АЦП. Для фильтра нижних частот, который стоит за ЦАП, необходимо предусмотреть возможность установки частоты среза.

Весь приведенный выше набор параметров должен задаваться пользователем. Для того чтобы контролировать работу тренажера-имитатора, следует отображать все получаемые после каждого модуля результаты. Для источников сигнала следует отобразить заданный сигнал, а также и его спектр.