Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

Кафедра «Захист інформації»

ЗАВДАННЯ ТА ВИХИДНІ ДАНІ НА КУРСОВУ РОБОТУ

Варіант №46

Завдання на виконання курсової роботи

В системі технічного захисту інформації повідомлення неперервного джерела передається каналом зв'язку методом імпульсно-кодової модуляції (ІКМ). У каналі зв'язку використовуються модуляція і завадостійке кодування. Для передачі неперервним каналом зв'язку з постійними параметрами й адитивним білим гаусовим шумом використовується модуляція гармонічного передавача. Необхідно дати опис процесів в окремих блоках заданої системи передавання і розрахувати її основні параметри.

Вихідні дані до курсової роботи

Наведемо вихідні дані :

1. Джерело повідомлень задане характеристиками первинного сигналу :

· коефіцієнт амплітуди;

· максимальна частота спектра

· середня потужність сигналу ;

· амплітуда сигналу .

2. ІКМ перетворення неперервного сигналу в цифровий виконується з використання мрівномірного квантування, допустиме відношення сигнал/шум квантуваннядБ.

3. Допустиме відношення сигнал/шум на вході одержувача.

4. Рівні квантування:.

5. Метод модуляції гармонічного передавача - АМ-2.

6. Спосіб прийому - некогерентний.

7. Спектральна густина потужності завади .

Вступ

Метою курсової роботи є закріплення знань основних засад курсу «Засоби передачі інформації в системах технічного захисту інформації», шляхом проведення розрахунків характеристик різних систем передачі захищеного зв'язку та порівняння їх за допомогою розрахованих характеристик.

У ситстемі технічного захисту інформації повідомлення неперервного джерела передають каналом зв'язку методом імпульсно-кодової модуляції (ІКМ). У каналі зв'язку використовують модуляцію і завадостійке кодування. Для передачі неперервним каналом по лінії зв'язку з постійними параметрами й адитивним білим гаусовим шумом використовують модуляцію гармонічного носія сигналу. В цьому курсовому проекті дається опис процесів в окремих блоках заданої системи передачі, розраховується її основні параметри та зіставляється цифрова та аналогова системи передачі інформації.

1.1 Структурна схема цифрової системи передачі інформації

Зобразимо структурну схему цифрової системи передачі неперервних повідомлень (рис. 1).

Рис. 1. Структурна схема цифрової системи передавання інформації

У випадку захищеного зв'язку за основу структурної схеми системи зв'язку з ІКМ можна взяти схему, що наведена на рис. 2. На рис. 2 показано, що передавач містить у собі кодеркоректуючого коду, шифратор та модулятор, а приймач - демодулятор, дешифратор та декодер коректуючого коду.

Рис. 2. Структурна схема системи передачі інформації в системі технічного захисту інформації

Призначення кожного блоку

1. джерело повідомлення призначене для подачі в систему цифрової передачі неперервного сигналу;

2. АЦП призначений для перетворення неперервного сигналу в дискретний (цифровий);

3. кодер коректуючого коду підвищує завадостійкість системи передачі за допомогою використання завадостійких кодів, що здатні виявляти і виправляти помилки.;

4. шифратор призначений для захисту інформації, яка передається через канал зв'язкуза допомогою її шифруваня;

5. призначений для узгодження інформаційного сигналу з каналом зв'язку.;

6. демодулятор призначений для виділення інформаційного сигналу з коливання;

7. канал зв'язку - це сукупність технічних засобів та середовища розповсюдження, що забезпечують передачу повідомлень від джерела до одержувача;

8. дешифратор призначений для вилучення вихідних даних із зашифрованих даних;

9. декодер коду що коректує, здійснює виправлення або виявлення помилок, перетворює кодову комбінацію у комбінацію простого коду;

10. ЦАП перетворює кодові комбінації в неперервний сигнал;

11. одержувач повідомлень приймає неперервний сигнал із системи цифрової передачі неперервних повідомлень.

Основні параметри, які характеризують кожний блок

1. Параметри джерела повідомлень: ентропія ентропія джерела , коефіцієнт надлишковості джерела , продуктивність джерела, , щільність ймовірності миттєвих значень сигналу .

2. Параметри АЦП та ЦАП: частота дискретизації , інтервал дискретизації , число рівнів квантування, крок квантування , значущість двійкового коду АЦП.

3. Параметри кодера коректуючого коду: значущість коректуючого коду, кількість інформаційних символів кодової комбінації , кратність помилок, що виправляються .

Коректуючі коди будуються так, що для передачі повідомлення використовуються не всі кодові комбінації, а лише деяку їх частину (дозволені кодові комбінації). Тим самим, виникає можливість виявлення і виправлення при непавильному відтворенні деякого числа символів. Коректуючі властивості кодів досягаються введенням в кодові комбінації додаткових(надлишкових) символів.

4. Параметри шифратора та дешифратора.

Шифратор (рис. 3) призначений для перетворення напруги високого рівня на одному з входів в паралельний двійковий код, що формується на виходах. Кількість входів і виходів пов'язані між собою співвідношенням . Можливі варіанти шифраторів, в яких кодується вхідний сигнал низького рівня. Сигнал низького рівня, який кодується, поступає на один з входів . На інших входах повинні бути сигнали високого рівня (табл. 1). На виходах формується двійковий код, який відповідає тому входові, на якому знаходиться напруга низького рівня. Таким чином, 8-ми різним позиціям напруги низького рівня на входах відповідає 8 різних комбінацій напруг на виходах.

Мікросхема має керуючий вхід . Якщо сигнал на цьому вході набуває значення 0, то надають дозвіл роботи ІМС в режимі кодування, якщо сигнал дорівнює 1, то дозвіл на роботу. У випадку заборони на всіх виходах встановлюються напруги високого рівня незалежно від сигналів на входах.

Основну свою функцію деякі шифратори реалізують з пріоритетом кодованого сигналу. Наприклад, в шифраторі К155ИВ1 функція пріоритету виконується наступним чином: якщо на його входах з'явиться декілька сигналів низького рівня, то код на виході буде відповідати сигналові низького рівня, що знаходиться на вході зі старшим номером (при комбінаціях вхідних сигналів 11110111, 00000111, 10100111 результат буде один: на виході в усіх випадках буде сформовано код 011, оскільки пріоритетом володіє нульовий сигнал на вході ).

Таблиця 1

Робота шифраторів К155ИВ1

Рис. 3. Схема шифратора

Таблиця 2

Склад шифраторів у серіях ІМС

Дешифратор (рис. 4) виконує операцію перетворення -елементного паралельного коду на входах в сигнал високого (або низького) рівня на одному з його виходів. Дешифратор називається повним, якщо кількість виходів рівна кількості можливих наборів вхідних сигналів, тобто .

Рис. 4. Схема дешифратора

Неповний дешифратор має меншу кількість виходів, як, наприклад, дешифратор К155ИД1, який при чотирьох входах має тільки десять виходів. Мікросхеми дешифраторів різних серій відрізняються швидкодією, енергоспоживанням, кількістю виходів (повні та неповні), наявністю або відсутністю стробуючого входу.

5. Параметри модулятора та демодулятора.

Для того щоб передавати неперервні сигнали зазвичай використовують дискретний канал зв'язку. Для передачі дискретним каналом зв'язку, потрібно перетворити неперервне повідомлення в дискретний (цифровий) сигнал, тобто в послідовність нулів та одиниць, при цьому потрібно зберегти змістовну частину інформації, яка знаходиться в повідомленні, яка визначається його епсілон-ентропією(). Типовими прикладами цифрових систем передавання неперервних повідомлень є системи з імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ) та дельта-модуляцією (ДМ).

Перетворення неперервного повідомлення в дискретну (цифрову) форму виконується за допомогою операцій дискретизації та квантування. Отримана таким чином послідовність квантованих відліків кодується, шифрується і передається у дискретному каналі, як і будь-яке інше повідомлення. Далі, після дешифрування та декодування, неперервне повідомлення відновлюється (із заданою точністю) на приймальній стороні.

Цифрові системи передачі (ЦСП) забезпечує їх високу завадостійкість. Це найкраще проявляєтсья в системах передавання з багаторазовою ретрансляцією (переприйомом) сигналів. Типовими системами такого типу є, зокрема, захищені кабельні та радіорелейні лінії великої віддаленості. У них сигнали передаються по ланцюжку ретрансляторів, що розташованні на віддалі один від одного, які забезпечують надійний зв'язок. В таких системах завади та викривлення, що виникають в окремих частинах лінії зв'язку, як правило, накопичуються.

Якщо система складається із однакових ланок, для забезпечення заданої якості зв'язку необхідно забезпечити на вході кожного ретранслятора відношення сигнал/шум в разів більше, ніж при передаванні без ретрансювання. В реальних системах кількість ретрансляцій може досягати декількох десятків, а інколи і сотень. В цих випадках нокопичення завад вздовж тракту передавання стає основним фактором, що обмежує дальність лінії зв'язку.

При цифрових системах передавання з метою послаблення ефекту накопичення завад при передаванні з ретранслюванням разом із підсилення використовується регенерація імпульсів, тобто демодуляція з відновленням переданих кодових символів і повторна модуляція на переприйомному пункті. При використанні регенерації адитивна завада із входу ретранслятора не поступає на його вихід. Проте, вона здійснює помилки при демодуляції.

При цифровій системі передавання неперервних повідомлень можна, крім того, підвищити точність шляхом застосування завадостійкого кодування. Висока завадостійкість цифрових систем передавання дозволяє здійснити практично безмежний за дальністю зв'язок при використанні каналів досить невисокої якості.

Іншою важливою перевагою цифрових систем передавання інформації є широке використання в апаратурі перетворення сигналів сучасної елементної бази цифрової обчислювальної техніки та мікроелектроніки. Більше того, на цифровій основі можуть бути об'єднані в єдину систему сигнали передавання даних із сигналами передавання мовлення і телебачення. Можливість зведення всіх видів інформації, яка передається до цифрової форми дозволить здійснити інтеграцію систем передавання і систем комутації. Простота з'єднання цифрового каналу з ЕОМ дозволяє суттєво розширити галузь використання обчислювальної техніки при побудові апаратури захищеного зв'язку і автоматизації управління мережами зв'язку, пришвидшити таким чином вирішення проблеми побудови єдиної захищеної автоматизованої мережі зв'язку країни.

На відміну від неперервного каналу передавання, в складі цифрового каналу зв'язку передбачені пристрої для перетворення неперервного повідомлення в цифрову форму - аналого-цифровий перетворювач (АЦП) на стороні передавача і пристрої перетворення цифрового сигналу в неперервний - цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) на приймальній стороні (рис. 5).

Рис. 5. Структурна схема системи цифрового передавання неперервних повідомлень

цифровий передача інформація кодування

Перетворення аналог-цифра складається з трьох операцій (рис. 6): спочатку неперервне повідомлення піддається дискретизації за часом через інтервали (рис. 6, а); отримані відліки миттєвих значень квантуються (рис. 6, б); тоді, отримана послідовність квантованих значень повідомлення, яке передається представляється завдяки кодуванню у вигляді послідовності -ічних кодових комбінацій (рис. 6, в). Таке перетворення називається імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ). Частіше за все кодування в цьому випадку зводиться до запису номеру рівня в двійковій системі числення.

Рис. 6. Перетворення неперервного повідомлення в послідовність двійкових імпульсів: а) дискретизація б) квантування; в) кодування г) повідомлення, яке передається

Отриманий з виходу АЦП сигнал ІКМ поступає або безпосередньо в лінію зв'язку, або на вхід передавача (модулятора), в якому послідовність двійкових імпульсів перетворюється у радіоімпульси.

На прийомній стороні лінії зв'язку послідовність імпульсів після демодуляції та регенерації в приймачі поступає на цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), призначення якого полягає у зворотньому перетворенні (відновленні) неперервного повідомлення за прийнятою послідовністю кодових комбінацій. В склад ЦАП входять декодуючий пристрій, який призначений для перетворення кодових комбінацій в квантовану послідовність відліків і згладжуючий фільтр, який відновлює неперервне повідомлення за квантованим значенням.

Перетворення неперервних повідомлень в цифрову форму в системах ІКМ супроводжується округленням миттєвих значень до найближчих дозволених рівнів квантування. Похибки, яка при цьому виникає неможливо позбутися, але можна її контролювати (оскільки вона не перевищує половини кроку квантування). Обравши достатньо малий крок квантування можна забезпечити еквівалентність за заданим -критерієм початкового квантованогоповідомлення. Похибку квантування, яка є різницею між вхідним повідомленням і повідомленням, яке відновлене за квантованими відліками називається шумом квантування.

Однією з причин , які призводять до відмінності прийнятого повідомлення від переданого в системі ІКМ є шум квантування, інша - завади в каналі, які накладаються на символи кодових комбінацій, що передаються і можуть викликати помилки. Помилки в символах (при відсутності надлишковості) призводять до помилкового декодування всієї кодової комбінації.

В результаті помилкового декодування символу дійсно передане дискретне значення повідомлення замінюється іншим можливим (не обов'язково найближчим); похибка залежить від того, які із символів кодової комбінації прийняті з помилкою. Назвемо цю складову шуму шумом хибних імпульсів. Таким чином, при оцінці завадостійкості необхідно враховувати сумарний шум як за рахунок квантування , так і за рахунок хибних імпульсів при декодуванні.

Шум квантування не пов'язаний із завадами в каналі і цілком визначається вибором кількості рівнів квантування (). Його можна зробити як завгодно малим, збільшуючи кількість рівнів. При цьому доведеться збільшувати кількість кодових символів, що припадають на кожний відлік і, відповідно, скоротити тривалість символу та розширити спектр сигналу в каналі. Таким чином, також, як і при завадостійких аналогових видах модуляції, зниження цього шуму досягається за рахунок розширення спектру сигналу.

Шум хибних імпульсів є аномальним. Він цілком визначається завадами в каналі та видом модуляції несучої. При розширені спектру сигналу потужність аномального шуму, як правило зростає.

1.2 Розрахунки параметрів АЦП та ЦАП

1) Зобразимо структурну схему АЦП (рис. 7).

Рис.7. Структурна схема АЦП

Опис роботи АЦП.

ФНЧ пропускає нижню частину сигналу, достатню для заданої точності відновлення цього сигналу. Потім дискретизатор визначає миттєві значення повідомлень через відрізок часу, визначений згідно з теоремою Котельникова та потрібною точністю передачі інформації. Квантувач встановлює рівні, дозволені для передачі. Якщо значення відліку попадає в інтервал між дозволеними рівнями, то він округляється до найближчого дозволеного рівня. Кодер перетворює квантовані відліки в двійкові кодові комбінації, які відповідають рівням квантування.

2) Зобразимо структурну схему ЦАП.

Рис.8 Структурна схема ЦАП.

Опис роботи ЦАП.

Кодові комбінації, що надійшли, декодер перетворює в квантовану послідовність відліків, тобто в АІМ- сигнал, який детектується ФНЧ.

3) Визначення інтервалу дискретизації та частоти дискретизації.

Для того, щоб в неперервний сигнал не вносилися лінійні спотворення, граничні частоти смуг пропускання ФНЧ повинні відповідати умові :

(2.1)

Для того, щоб ФНЧ не були надто складними, відношення граничних частот вибирають із умови:

(2.2)

Граничні частоти смуг затримки ФНЧ повинні відповідати умові:

(2.3)

Підставляючи нерівності 2.3 та 2.1 в рівняння 2.2 отримаємо:

; ; ; , де

Частота дискретизації:

Тепер знайдемо інтервал дискретизації

,

де - частота дискретизації.

4) Визначимо , , та .

Для визначення числа рівнів квантування використаєм формулу:

(2.4)

Знаючи допустиме відношення сигнал/шум квантування і коефіціент амплітуди первинного сигналу () виведемо з формули (2.4) допустиме число рівнів квантування:

(2.5)

Переведемо з дБ в рази по формулі:

;

Підставимо у формулу (2.5) числове значення, отримаємо:

Визначимо значність двікового коду АЦП , є ціле число. Тому число рівнів квантування вибирається як ціла степінь числа 2, при якій .

; .

Число рівнів квантування , значність двійкового коду .

Визначимо тривалість двійкового символу на вході АЦП:

Швидкість модуляції В

Розрахуємо відношення сигнал/шум квантування при розрахованних параметрах АЦП. Відношення сигнал/шум квантування знаходиться по формулі:

,

де -число рівнів квантування, -коефіцієнт амплітуди.

Переведемо з раз у дБ:

Визначення інтервалу дискретизації проведемо за формулою:

(4.6)

 с

Тривалості символу:

с

(4.7)

1.3 Кодування коректуючим (завадостійким) кодом

У табл.3 наведені три рівні кодування, записані у двійковій системі числення. З них ми утворюємо поліноми. За допомогою породжуючи поліномів формуємо дозволені вихідні комбінації кодера.

Таблиця 3