395_Kokoreva-Metody_logicheskogo_kodirovaniya_11_01_2012

УДК 621.391.7

Кокорева Е.В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Методические указания.− Новосибирск/СибГУТИ, 2012. −18с.

В методических указаниях описан цикл лабораторных работ по дисциплине «Основы построения телекоммуникационных систем и сетей» для специальностей 210402 и 210405, а также профилей 5 и 7 направления 210700 подготовки бакалавров. Лабораторные работы основаны на использовании программы для финансовых научных и инженерных расчетов Mathcad.

Кафедра беспроводных информационных систем и сетей

Таблиц - 3, иллюстраций - 3, список литературы – 3наим.

Рецензент – доцент кафедры телекоммуникационных сетей и вычислительных средств ФГОБУ ВПО «СибГУТИ» О.И. Моренкова

Утверждено редакционно-издательским советом ФГОБУ ВПО «СибГУТИ» в качестве методических указаний.

© ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», 2012г.

2

3

Введение

Настоящие методические указания предназначены для использования в процессе лабораторного практикума по дисциплине «Основы построения телекоммуникационных систем и сетей» студентами специальностей 210402 и 210405, а также профилей 5 и 7 направления 210700.

В данном руководстве к лабораторным работам рассмотрены четыре метода логического кодирования, применяемые на канальном и физическом уровне для улучшения характеристик физических кодов в цифровых системах передачи данных.

4

Лабораторная работа №12

Методы логического кодирования. Скремблер

Цель работы: Изучение методов логического кодирования сигналов на примере скремблирования. Исследование процесса передачи данных кодовых последовательностей в цифровом канале. Оценка корректирующей способности кода.

Подготовка к лабораторной работе:

1.Повторить программирование в системе Mathcad.

2.Изучить лекционный материал дисциплины "Основы построения телекоммуникационных систем и сетей" по теме "Методы логического кодирования".

3.Изучить соответствующие разделы в литературе [1-3].

Краткая теория:

Одним из методов, улучшающих синхронизирующие характеристики потенциальных кодов, является скремблер.

Скремблирование заключается в побитном вычислении результирующего кода на основании битов исходного кода и полученных в предыдущих тактах битов результирующего кода. Вычисление основывается на следующем соотношении:

,

здесь Bi – двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м такте работы скремблера, Ai – двоичная цифра исходного кода, поступившая на i-м такте на вход скремблера, Bi-3 и Bi-5 – двоичные цифры результирующего кода, полученные на три и пять тактов ранее текущего такта работы скремблера и объединённые операцией исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).

Например, для исходной последовательности 110110000001 скремблер даст следующий результирующий код (первые три цифры результирующего кода будут совпадать с исходным кодом, так как ещё нет нужных предыдущих бит):

5

Таким образом, на выходе скремблера появится последовательность 110001101111, в которой нет последовательности из шести нулей, присутствовавшей в исходном коде.

Приёмник передаёт полученную последовательность дескремблеру, который восстанавливает исходную последовательность на основе обратного соотношения:

.

Различные алгоритмы скремблирования отличаются количеством слагаемых, определяющих цифру результирующего кода, и сдвигом между слагаемыми. Так, в сетях ISDN при передаче данных от сети к абоненту используется преобразование со сдвигами на 5 и 23 позиции, а при передаче данных от абонента в сеть – со сдвигами на 18 и 23 позиции.

Порядок выполнения:

1.Открыть рабочий лист Mathcad, содержащий результаты выполнения лабораторных работ №№ 1, 2, 5 или 6.

2.Разработать Mathcad-функцию скремблер на основе приведенного в методических указаниях примера.

3.Разработать Mathcad-функцию дескремблер.

4.Закодировать поочередно заданные в лабораторной работе №1 последовательности бит, используя скремблер из п.2.

5.Закодировать полученные коды с помощью метода NRZI или AMI (лабораторные работы №№5, 6 по выбору преподавателя).

6.Передать поочередно полученные в п.5 кодовые последовательности по каналу, используя модель из лабораторной работы №2.

7.Декодировать физический код, применяя декодеры из лабораторных работ №№5 или 6.

8.Дескремблировать логический код, используя дескремблер из п.3.

9.Вычислить BER для каждой последовательности (функция berCalc()

из лабораторной работы №1).

10.Вычислить SER для текстовой строки (функция serCalc() из лабораторной работы №1).

11.Занести результаты в таблицу приложения 1.

12.Сдать и защитить работу.

Содержание отчёта по лабораторной работе:

1.Номер, название и цель лабораторной работы.

2.Задание к лабораторной работе.

3.Разработанные в лабораторной работе функции.

4.Результаты выполнения с пояснениями.

5.Выводы по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1. Какие методы логического кодирования вы знаете?

6

2.Обоснуйте необходимость применения логических кодов.

3.Опишите принцип скремблирования.

4.Приведите примеры алгоритмов скремблирования, отличных от описанного выше.

5.Выполните пример скремблирования заданной преподавателем последовательности бит.

7

Лабораторная работа №13

Логический код B8ZS

Цель работы: Изучение методов логического кодирования сигналов на примере B8ZS. Исследование процесса передачи кодовых последовательностей в цифровом канале. Оценка корректирующей способности кода.

Подготовка к лабораторной работе:

1.Повторить программирование в системе Mathcad.

2.Изучить лекционный материал дисциплины "Основы построения телекоммуникационных систем и сетей" по теме "Методы логического кодирования".

3.Изучить соответствующие разделы в литературе [1-3].

Краткая теория:

Название кода расшифровывается следующим образом: (B8ZS – Bipolar with 8 Zeros Substitution) – биполярный код с замещением восьми нулей.

Способ кодирования B8ZS, применяемый в сетях T1 и E1, также как описанный в лабораторной работе №14 код HDB3 считают разновидностями скремблирования. Они основаны на биполярной схеме AMI (лабораторная работа №6) и предназначены для улучшения свойства самосинхронизации физических кодов путем избавления передаваемых данных от длинных последовательностей одинаковых символов.

В отличие от скремблера (см. лабораторную работу №12) данный метод исправляет последовательности, состоящие из восьми нулей. Для этого он после первых трёх нулей вместо оставшихся пяти нулей вставляет пять цифр: V1*0V1* (рисунок 13.1). Здесь V обозначает сигнал единицы, запрещённой (Violations) для данного такта полярности, то есть сигнал, не изменяющий полярность предыдущей единицы, 1* – сигнал единицы корректной полярности (звёздочка означает, что в исходном коде в этом такте была не единица, а ноль).

Рисунок 13.1 – Сравнение методов кодирования AMI и B8ZS

8

В результате на восьми тактах приёмник замечает два искажения – очень маловероятно, что это случается из-за шума на линии или других сбоев передачи. Поэтому приёмник считает такие нарушения кодировкой восьми последовательных нулей и после приёма заменяет их исходными восьмью нулями.

Код B8ZS построен так, что его постоянная составляющая равна нулю, благодаря тому, что соотношение нулей и единиц кодовой последовательности приблизительно равно при любых последовательностях двоичных цифр.

Порядок выполнения:

1.Открыть рабочий лист Mathcad, содержащий результаты выполнения лабораторных работ №№ 1, 2.

2.Разработать Mathcad-функцию кодера B8ZS на основе кодера AMI (лабораторная работа №6).

3.Разработать Mathcad-функцию декодера B8ZS.

4.Закодировать поочередно заданные в лабораторной работе №1 последовательности бит, используя кодер из п.2.

5.Передать поочередно полученные в п.4 кодовые последовательности по каналу, используя модель из лабораторной работы №2.

6.Декодировать принятую последовательность, используя декодер из п.3.

7.Вычислить BER для каждой последовательности (функция berCalc() из лабораторной работы №1).

8.Вычислить SER для текстовой строки (функция serCalc() из лабораторной работы №1).

9.Занести результаты в таблицу приложения 1.

10.Сдать и защитить работу.

Содержание отчёта по лабораторной работе:

1.Номер, название и цель лабораторной работы.

2.Задание к лабораторной работе.

3.Разработанные в лабораторной работе функции.

4.Результаты выполнения с пояснениями.

5.Выводы по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1.Сравните характеристики кодов AMI и B8ZS.

2.Где применяется метод кодирования B8ZS?

3.Охарактеризуйте преимущества и недостатки кода B8ZS.

4.Что можно сказать о спектральных характеристиках данного вида кодирования?

5.Почему отсутствует постоянная составляющая кодировки B8ZS?

9

Лабораторная работа №14

Логический код HDB3

Цель работы: Изучение методов логического кодирования сигналов на примере HDB3. Исследование процесса передачи кодовых последовательностей в цифровом канале. Оценка корректирующей способности кода.

Подготовка к лабораторной работе:

1.Повторить программирование в системе Mathcad.

2.Изучить лекционный материал дисциплины "Основы построения телекоммуникационных систем и сетей" по теме "Методы логического кодирования".

3.Изучить соответствующие разделы в литературе [1-3].

Краткая теория:

В локальных сетях Японии и Европы широко используется биполяр-

ный код с большой плотностью с тремя нулями (HDB3 – High Density Bipolar 3 zeros).

Код HDB3 исправляет четыре любых смежных нуля в исходной последовательности. Правила формирования кода HDB3 более сложные, чем кода B8ZS. Каждые четыре нуля заменяются четырьмя сигналами, в которых имеется один сигнал V (запрещенной полярности). Для подавления постоянной составляющей полярность сигнала V чередуется при последовательных заменах (если предыдущее нарушение было положительным, то данное будет отрицательным и наоборот). Кроме того, для замены используются два образца четырёхтактных кодов. Если перед заменой исходных код содержал нечётное число единиц, задействуется последовательность 000V, а если число единиц было чётным – последовательность 1*00V (рисунок 14.1):

Рисунок 14.1 – Сравнение методов кодирования AMI и HDB3

10