48332 (Проектирование аппаратуры передачи данных)

Министерство науки и образования Украины

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине

"Компьютерные сети"

на тему

"Проектирование аппаратуры передачи данных"

2006

Аннотация

Данный документ представляет собой пояснительную записку к курсовому проекту по дисциплине «Компьютерные сети» на тему «Разработка сетевого звена передачи данных».

Целью курсового проектирования является углубление теоретических знаний в области систем передачи данных и компьютерных сетей, приобретение практических навыков разработки, анализа и конструирования электрических схем устройств систем передачи данных.

Устройство передачи данных является завершенной конструктивной единицей, состоящей из передающей и приёмной части. Основная функция передающей части получение данных от компьютера и преобразований их для передачи по каналу связи. Приемная часть получает данные из канала связи и преобразует их к исходному виду.

К данному документу прилагаются функциональные схемы передающей и приёмной частей звена передачи данных, а также программное обеспечение для них.

Содержание

Введение

1 Постановка задачи

2 Обобщенная структурная схема АПД

3 Разработка УПС

3.1 Расчет параметров прямого канала

3.2 Расчет параметров обратного канала

3.3 Разработка передающей части УПС

3.4 Разработка приемной части УПС

4 Разработка УЗО

4.1 Выбор способа защиты от ошибок

4.2 Разработка формата сообщения

5 Алгоритм функционирования передающей части АПД

6 Алгоритм функционирования приемной части АПД

7 Разработка функциональной схемы

7.1 Передающая часть АПД

7.2 Приемная часть АПД

Заключение

Список используемой литературы

Приложение А – Временные диаграммы передающей части АПД

Приложение Б – Временные диаграммы приемной части АПД

Приложение В – Блок-схема функционирования передающей части АПД

Приложение Г – Блок-схема функционирования приемной части АПД

Приложение Д – Текст программы передающей части АПД

Приложение Е – Текст программы приемной части АПД

Введение

Развитие вычислительной техники в наши дни позволяет абонентам вычислительных сетей передавать данные со своего рабочего места в любую точку мира. И таким образом большинство задач обработки данных становятся задачами телеобработки данных. В процессе телеобработки осуществляется обмен, как между различными абонентами информационной системы, так и между абонентами и центральной ЭВМ. Важное место в системе обмена информацией между удаленными абонентами АИС и АСУ занимают технические средства, осуществляющие передачу данных между оконечным оборудованием данных (ООД), в качестве которого выступает ЭВМ, устройства ввода-вывода информации, цифровые измерительные приборы. Аппаратура передачи информации включают в себя аппаратуру передачи данных (АПД) с устройствами сопряжения между ООД и каналами передачи данных.

Объектом курсового проектирования является аппаратура передачи данных, позволяющая передать 20 кБит данных за период 1,2 минуты, при этом для соединения АПД с ООД применён стык С3 на передающей стороне и С2 на приёмной. В качестве линии связи выступает физическая линия со следующими параметрами: эффективное значение напряжения помехи – 2,2 мВ, неравномерность ГВП канала – 3,0 мс, ошибки при передаче объединяются в пакеты длиной не более 8-ми элементов, причём вероятность появления таких пакетов равна 810-5. Тип кабеля связи, переходное затухание и длина линии не нормируются. Необходимо реализовать безмаркерный способ фазирования по циклам с вероятностью ложного запуска не более 0,810-5.

1 Постановка задачи

Задачей данного курсового проекта является разработка передающей и приемной части в соответствии с заданными параметрами. Требуется рассчитать основные параметры необходимых блоков исходя из варианта. На основе полученных данных необходимо разработать функциональную схему устройства преобразования сигналов (УПС) и устройство защиты от ошибок (УЗО) и написать алгоритм его функционирования. Проектирование должно осуществляться на основе данных, указанных в задании на работу.

В процессе проектирования необходимо провести сравнительную характеристику возможных вариантов систем передачи дискретной информации, удовлетворяющих заданным требованиям варианта. Основными данными по проекту являются объем передаваемой информации, равный 20 кБит, время передачи данного массива данных 1,2 минуты. Данные будут передаваться по телефонному каналу связи, следовательно, зная скорость передачи, можно выбрать параметры АПД из стандартных протоколов. Необходимо учесть, что телефонный канал не позволяет организовать передачу данных со скоростью более 9600 бит. Также необходимо учесть, что при передаче информации по телефонному каналу применяется обязательная модуляция, для переноса спектра сигналов в полосу частот выбранного канала связи. В данном случае была выбрана частотная модуляция.

Для обеспечения помехоустойчивости необходимо спроектировать устройство защиты от ошибок (УЗО).

Необходимо разработать алгоритм функционирования передающей и приемной частей УПС, а также их функциональные схемы.

Для синхронизации работы отдельных частей УПС требуется построить временные диаграммы функционирования модулей.

2 Обобщенная структурная схема АПД

Обобщенная структурная схема системы передачи данных (СПД) представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Обобщенная структурная схема СПД

Она состоит из оконечного оборудования, выполняющего функции отправителя (ООД—ОС) и получателя (ООД—ПС) сообщений, устройства защиты от ошибок (УЗО), устройства преобразования сигналов (УПС) и канала связи. В УЗО происходит кодирование-декодирование данных. УПС осуществляет преобразование сигналов данных в форму, удобную для передачи по каналу связи, а устройства сопряжения (УС) обеспечивают обмен информационными и управляющими сигналами между АПД и ООД. Координация взаимодействия составных частей СПД обеспечивается специальными импульсами, вырабатываемыми устройством управления (УУ). Совокупность непрерывного канала с включенными на его входе и выходе УПС называют незащищенным (НК) или каналом передачи данных (ПД), а объединение НК с УЗО – защищенным от ошибок (ЗК) каналом ПД. Для обмена информацией между абонентами используются две однонаправленные СПД, которые конструктивно могут быть выполнены в виде одной дуплексной СПД.

Основными характеристиками, определяющими качество и эффективность передачи данных, являются надежность, скорость и верность передачи, а также удельная скорость. Немаловажным показателем является сложность аппаратурной реализации, определяющая ее стоимость. При выборе вариантов проектируемой аппаратуры необходимо остановиться на том, который при равенстве одного или нескольких показателей обеспечивает более высокие остальные. Однако в зависимости от назначения технических средств часто приходится ухудшать одни показатели (например, стоимость или скорость) с целью обеспечения более высоких других показателей.

Задачей проектирования является разработка АПД, удовлетворяющей заданным требованиям:

алгоритм работы должен быть достаточно гибок;

схема должна обладать высоким быстродействием;

должна соблюдаться функциональная независимость отдельных узлов СПД;

стоимость аппаратурной реализации должна быть минимальной [2].

Для обмена информацией между абонентами используются две однонаправленные СПД, которые конструктивно могут быть выполнены в виде одной дуплексной СПД.

Основными характеристиками, определяющими качество и эффективность передачи данных, являются надёжность, скорость и верность передачи, а также удельная скорость.

При выборе вариантов проектируемой аппаратуры необходимо остановится на том, который при равенстве одного или нескольких показателей обеспечивает более высокие остальные. Однако в зависимости от назначения технических средств часто приходится ухудшать одни показатели с целью обеспечения более высоких других показателей.

3 Разработка УПС

3.1 Расчет параметров прямого канала

Определим необходимую скорость передачи данных по каналу связи при условии, что объем служебной информации за сеанс не превысит 8%:

V = (1,08In)/Тcc = (1,08201024) / 72 = 307 (бит/с) (3.1.1)

где In – объем информации, подлежащий передаче потребителю, за сеанс;

Tcc – время сеанса связи (время передачи);

Выбираем из ряда скоростей скорость 600 бит/с.

Согласно рекомендации МККТТ V.22 и V.22 бис при разработке УПС для полудуплексной передачи со скоростью 600 бит/с по коммутируемым телефонным сетям общего пользования предусмотрено частотное разделение канала тональной частоты путем деления на два подканала при использовании частотной модуляции. Так физическая реализация частотных модуляторов и демодулятор несложная, а при данной скорости передачи частотная модуляция обеспечивает достаточно высокую помехоустойчивость, то модуляцию данных для передачи в канал будем осуществлять именно этим способом. Обратный канал можно использовать для исправления ошибок при применении системы с решающей обратной связью.

Определяем эффективную скорость передачи

Vэф = Iп / Tсс = 201024 / 72 = 284 (бит/с) (3.1.2)

Средняя частота прямого канала составляет Fср=1500 Гц (УПС -1,2 ТЧ/ТФ-ПД) [7]. Девиация частоты w = +200 Гц и w=-200 Гц.

Частота передачи двоичной единицы для прямого канала f1= 1300 Гц, а частота передачи двоичного нуля f0= 1700 Гц (справочные данные).

Допустимое отклонение характеристических частот номинального значения для прямого канала ±10 Гц.

Определим длительность единичных элементов 0 :

V=(log 2 mс)/0, (3.1.3)

где mс – количество позиций сигнала.

При ЧМ применяется двухпозиционный сигнал, следовательно mс = 2, тогда

V=1/0 =600 бод (3.1.4)

Для двухпозиционных сигналов скорость модуляции и скорость передачи совпадают.

Длительность единичного элемента для прямого канала:

0=1/V=1/600=1,67 (мс) (3.1.5)

Требуемая ширина пропускания fпф фильтров передачи определяется по формуле:

fпф =1,42В = 1,42600 = 852 Гц (3.1.6)

С учетом допуска на временную и температурную нестабильность параметров фильтра берем fпф = 940 Гц (то есть на 10% больше рассчитанного).

Определяем отношение несущей частоты к модулирующей для передачи по прямому каналу:

Для «1»: f1/fмод = 1300 / 600 =2,17 (3.1.7)

Для «0»: f0/fмод = 1700 / 600 =2,83 (3.1.8)

Так как отношения меньше 3, то при модуляции возникает «отраженный спектр» и данные будут искажаться еще в приемнике. Поэтому для борьбы с «отраженным спектром» будем осуществлять модуляцию на повышенной несущей частоте с последующим переносом спектра сигнала в полосу пропускания канала.

Несущая частота f1м должна быть в 5-10 раз больше частоты модулирующего сигнала.

f1м >=5B>=5600 = 3000(Гц) (3.1.9)

Полосовой фильтр ПФ1 будет пропускать сигналы в диапазоне частот 3000 - fпф / 2; 3000 + fпф / 2. Получаем, что диапазон (2530 – 3470) Гц.

Среднее значение частоты передачи в прямом канале связи:

Fcp=(f1+f0)/2=(1300+1700)/2=1500 Гц (3.1.10)

Тогда чтобы перенести сигнал в эту область генератор преобразователя должен иметь частоту fм2=fм1-fср=3000-1500 = 1500 Гц.

После модуляции получаем верхнюю и нижнюю боковую полосу, но будем передавать только нижнюю боковую полосу частот.

Fн = 2530 Гц и Fв = 3470 Гц

Тогда полоса пропускания ПФ2 будет такая

(2530 – 1500; 3470 – 1500) = (1030 – 1970) Гц

Для обеспечения высокой помехоустойчивости и скорости передачи информации при транспортировке больших массивов сообщений следует строить синхронные УПС.

Вероятность ошибочного приема единичных элементов Роп вычисляется по следующей формуле

Роп = 0.5(tпрvпр)/36000В = 0,5510-38/36006001/600 = 5,66*10-6 (3.1.11)

где tпр – средняя длительность перерывов в долях от 0;

vпр – интенсивность перерывов.

Максимально допустимая вероятность ошибок на выходе УПС от воздействия флуктуационных помех:

Роф <Р0-Роп (3.1.12)

Роф<10-3 - 5,6610-6 = 0,9910-3

Определение метода регистрации единичных элементов.