Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
РОЗРАХУНОК ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ХАРАКТЕРИСТИК
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Радіотехніка
Кафедра:
Телекомунікації
Інформація про роботу
Рік:
2003
Тип роботи:
Теорія
Предмет:
Радіовимірювання
Група:
ТК-32
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти України
Національний Університет "Львівська Політехніка"
Інститут телекомунікації, радіоелектроніки і електронної техніки
Кафедра теоретичної радіотехніки і радіовимірювань
К У Р С О В А Р О Б О Т А
з предмету
ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗВ’ЯЗКУ
на тему
РОЗРАХУНОК ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ХАРАКТЕРИСТИК
СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЗВ'ЯЗКУ
Зміст:
1.Мета роботи……………………………………………………………...…3
2.Завдання……….…………………………………………………………… 3
3.Вихідні дані………………………………………………………………….5
4.Основна частина…………………………………………………………….6
4.1 Структурна схема АСП………………………………………………… 6
4.2 Розрахунок інформаційних характеристик дж. повідомлень.……….. 8
4.3 Розрахунок завадостійкості демодулятора……………………………..9
4.4 Розрахунок основних параметрів ЦСП…………………….………….10
4.5 розрахунок і порівняння ефективності системи передачі неперервних
повідомлень……………………………………………………………..17
5.Висновки…………………………………………………………………..20
6.Перелік посилань......................................................................................21
1.Мета роботи
Метою курсової роботи є закріплення знань основних положень курсу “Теорія електричного зв’язку” (ТЕЗ) шляхом проведення розрахунків характеристик систем електрозв’язку.
2.Завдання до курсової роботи.
Згідно з варіантом А-50, пропонується розрахувати параметри та оптимізувати систему передачі неперервних повідомлень аналоговим методом,провести її аналіз та порівняти її основні характеристики з цифровою системою передачі інформації, при аналогічних вхідних даних.
Повідомлення неперервного джерела передається каналом зв'язку аналоговим методом. В каналі зв'язку з постійними параметрами і адитивним білим гауссовим шумом використовується модуляція гармонійного переносника
Необхідно виконати.
1. Структурна схема аналогової системи передачі. Зобразити структурну схему аналогової системи передачі неперервних повідомлень. Пояснити призначення кожного блоку, дати визначення основних параметрів, що характеризують кожний блок, і навести часові діаграми характерних сигналів на входах і виходах блоків.
2. Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень. Для заданих статистичних характеристик джерела неперервних повідомлень і якості відтворення повідомлення на вході одержувача зробити розрахунок епсилон-ентропії Н((В), надмірності æ і продуктивності джерела Rд. Пояснити причини надмірності джерела. Сформулювати вимоги до пропускної здатності каналу зв’язку.
3. Розрахунок завадостійкості демодулятора. Для заданого методу модуляції розрахувати і побудувати графік залежності = f((вх). Якщо використовується ЧМ, необхідно вибрати і обгрунтувати індекс модуляції. Визначити необхідне відношення середніх потужностей сигналу і шуму на вході демодулятора, при якому забезпечується задане допустиме відношення сигнал/шум на вході одержувача .
4. Розрахунок основних параметрів цифрової системи передачі. Зобразити структурну схему цифрової системи передачі методом ІКМ з використанням в каналі зв’язку завадостійкого кодування і дискретної модуляції гармонійного переносника. Пояснити призначення кожного блоку та дати визначення основних параметрів, що характеризують кожний блок.
Розрахувати основні параметри АЦП: число рівнів квантування, відношення сигнал/шум квантування при вибраному числі рівнів квантування, допустиму ймовірність помилки символу на вході ЦАП, інтервал дискретизації, тривалість двійкового символу.
Для заданих методу дискретної модуляції та способу прийому розрахувати і побудувати графік залежності ймовірності помилки двійкового символу на виході демодулятора від відношення сигнал/шум на вході демодулятора р = f(); визначити необхідне відношення сигнал/шум на вході демодулятора, при якому ймовірність помилки символу на виході демодулятора дорівнює допустимій ймовірності помилки символу на вході ЦАП pб.
Вибрати коректуючий код, що забезпечує заданий енергетичний виграш кодування при допустимій ймовірності помилки символу на вході ЦАП. Розрахувати і побудувати залежність імовірності помилки символу на виході декодера від відношення сигнал/шум на вході демодулятора рд = f1(). Визначити необхідне відношення сигнал/шум на вході демодулятора , при якому забезпечується допустима ймовірність помилки символу на вході ЦАП. Визначити одержаний ЕВК.
5. Розрахунки і порівняння ефективності систем передачі неперервних повідомлень. Зробити розрахунки і порівняння інформаційної, енергетичної і частотної ефективності системи зв’язку, що розраховується, для варіанту аналогової передачі і двох варіантів цифрової передачі – з завадостійким кодуванням та без нього. Побудувати графік граничної залежності ( = f((). На цьому рисунку точками відбити ефективність трьох варіантів передачі. Порівняти показники ефективності трьох варіантів передачі між собою та з граничною ефективністю. Зробити висновки за результатами порівняння.
6.Заключення. Зробити висновки по курсовій роботі в цілому.
3.Вихідні дані.
В Табл. 1 наведені вихідні дані.
Джерело повідомлень задане характеристиками первинного сигналу b(t):
- середнє значення дорівнює нулю;
- густина ймовірності миттєвих значень p(b) – гауссів розподіл (ДЕР);
-середня потужність сигналу Рb;
- коефіцієнт амплітуди Кa;
- максимальна частота спектру Fmax.
2. Допустиме відношення сигнал/шум на вході одержувача .
3. Метод модуляції.
4. Для порівняння аналогового і цифрового методів передачі задані:
- метод передачі – ІКМ з рівномірним квантування, допустиме відношення сигнал/шум квантування ;
- енергетичний виграш кодування (ЕВК), що забезпечується при використанні в каналі зв’язку завадостійкого кодуванням;
- метод дискретної модуляції і спосіб прийому: когерентний або некогерентний.
Таблиця 1
Номер
Параметри джерела повідомлень
,
,
Метод
Спосіб
ЕВК,
варі-
анту
Розподіл
імовірн.
Pb,
В2
Ка
Fmax,
КГц
ДБ
дБ
Модуляції
прийому
ДБ
А-50
РР
2,2
1,7
144
44
47
ОМ
когер.
1,5
Метод модуляції цифрової системи передачі:АМ-2 і когерентний прийом.
4.Основна частина.
4.1 Структурна схем аналогової системи передачі.
Джерело повідомлень-це функціональний модуль звідки СПІ отримує ,в даному випадку неперервне(і), повідомлення для подальшої передачі.(Надалі для простоти вважатимемо, що ЦСПІ є одноканальною і всі параметри будуть визначатися для її одного каналу.)Джерело повідомлень характеризується наступними параметрами:
*Тип джерела-тут розглядатимемо джерело неперервних повідомлень з постійною швидкістю передачі .
*Ентропія джерела-характеристика усього ансамблю або джерела на виході джерела,фактично ступінь невизначеності або міра різноманітності повідомлень ,які видає джерело,вона є основною характеристикою джерела.
*Продуктивність джерела-сумарна ентропія повідомлень,що передані за одиницю часу.
Модулятор- функціональний модуль,що забезпечує переніс спектру сигналу у високочастотну область з використанням певного методу модуляції ,в даному випадку ОМ.
Канал(ли) зв’язку-функціональний модуль,що забезпечує передачу іформації в просторі з метою отримання її на прийомному кінці.
Основні характеристики та параметри:
*АХ-амплітудна характеристика;
*ЧХ-частотна характеристика.
*Смуга пропускання каналу зв’зку.
*Закон розподілу густини ймовірностей шумів у каналі.
Демодулятор – виконує роль відновлення інформаційного сигналу, переносить його спектр з високочастотної області в низькочастотну для подальшої обробки.
Від способу прийому відчутно залежить відношення с/ш на виході демодулятора.
Тому, щоб прийняти сигнал з мінімальною можливою ймовірністю помилки необхідно правильно визначити спосіб прийому, котрий буде використову-ватись.
Типів прийому ОМ є два : когерентний та некогерентний.Некогерентний метод є гіршим – він вносить деякі спотворення в сигнал на виході, але я буду використовувати його.
Отримувач повідомлення-об’єкт(пристрій),який перетворює чи подає інформацію в потрібному нам вигляді.Саме вимоги отримувача(ів) визначають більшість параметрів та характеристик системи передачі інформації.
Часові діаграми характеристик сигналів на входах і виходах блоків.
На виході джерела повідомлення маємо сигнал:
U
t
На виході модулятора:
U
t
На виході Каналу Зв’язку:
U
t
Одержувач отримує майже те саме повідомлення що видає джерело.
U
t
4.2 Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень.
Вихідні дані:
- густина ймовірності миттєвих значень первинного сигналу р(b);
- максимальна частота спектра первинного сигналу Fmax;
- відношення середньої потужності первинного сигналу до середньої потужності помилки відновлення на виході системи передачі ( вих.
Вимагається розрахувати:
- епсилон-ентропію джерела Н((В);
- коефіцієнт надлишковості джерела æ;
- продуктивність джерела
Причина надмірності джерела полягає в тому, що джерело видає надлишкову інформацію по якій ми отримаємо корисну інформацію.
Продуктивність джерела Rд=H`(B) , яку називають епсилон-продуктивністю, обчислюють в припущенні, що відліки слідують через інтервал Котельникова. При цьому у формулі H`(B)=2*Fc*H(B) Fc – максимальна частота спектру первинного сигналу Fmax. Вимоги до пропускної здатності неперервного каналу зв'язку формулюються на основі теореми кодування Шеннона для каналу із завадами.
Пропускна здатність каналу, характеризує потенціальні можливості передачі інформації. Вони обгрунтовані в теоремі К. Шенона.
Якщо продуктивність джерела повідомлень H(A) менше пропускної здатності каналу С:
H(A)<C,
То існує спосіб кодування (перетворення повідомлення в сигнал на вході) і декодування (перетворення сигналу в повідомлення на виході каналу), при якому ймовірність помилкового декодування і ненадійність можуть бути які-небуть малі. Якщо H(A)>C, то таких способів не існує.
4.3Розрахунок завадостійкості демодулятора.
Вихідні дані:
- допустиме відношення сигнал/завада на виході демодулятора ;
- метод модуляції;
- канал зв’язку з постійними параметрами й адитивним білим гауссовим шумом;
- параметри первинного сигналу – коефіцієнт амплітуди Ка і максимальна частота спектру Fmax.
Вимагається розрахувати:
- залежність (вих = f((вх);
- необхідне відношення середніх потужностей сигналу і шуму на вході демодулятора (вих .
Основною характеристикою демодулятора сигналу аналогової модуляції є залежність (вих = f((вх), яка встановлює зв’язок між відношенням середніх потужностей сигналу і шуму на вході демодулятора (вх = Ps/Pn і відношенням середніх потужностей сигналу і завади на виході демодулятора (вих = Pb/P(. Значення (вих і (вх зв'язує величина g – виграш демодулятора
(вих = g(вх
Для сигналу ОМ (односмугової модуляції) величина g не залежить від (вх
Як відомо ОМ представляє собою просто переніс спектру первинного сигналу вверх на частоту (0. Це лінійна операція при якій не змінюється ширина спектру, а також відношення між потужностями складових. Тому при демодуляції вхідна завада перетворюється в вихідну таким же чином, як і сигнал. І тому виграш демодулятора g=1.Полоса частот,яку займає ОМ, в два разми менша ніж, при БМ.
Будуємо графік залежності (вих =(((вх) для демодулятора ОМ
При ОМ Рвих=Рвх=44 дБ.
4.4 Розрахунок основних параметрів ЦСП.
Вихідні дані для розрахунків:
- максимальна частота спектру первинного сигналу Fmax;
- густина ймовірності миттєвих значень первинного сигналу p(b);
- середня потужність первинного сигналу Pb;
- коефіцієнт амплітуди первинного сигналу Кa;
- допустиме відношення сигнал/завада на вході одержувача Pвих;
- допустиме відношення сигнал/шум квантування Pвх;
- в _нш виконується рівномірне квантування.
Вимагається:
- скласти і описати структурні схеми АЦП і ЦАП;
- визначити частоту дискретизації fд і інтервал дискретизації Тд;
- визначити число рівнів квантування L, довжину двійкового коду n і тривалість двійкового символу Тб;
- розрахувати відношення сигнал/шум квантування (кв при вибраних параметрах АЦП;
- розрахувати допустиму ймовірність помилки символу рб в каналі зв’язку (на вході ЦАП).
Структурна схема цифрової системи передачі неперервних повідомлень
Така СПІ складається з 9 основних функціональних модулів.
Джерело повідомлень-це функціональний модуль звідки СПІ отримує ,в даному випадку неперервне(і), повідомлення для подальшої передачі.(Надалі для простоти вважатимемо, що ЦСПІ є одноканальною і всі параметри будуть визначатися для її одного каналу.)Джерело повідомлень характеризується наступними параметрами:
*Тип джерела-тут розглядатимемо джерело неперервних повідомлень з постійною швидкістю передачі .
*Ентропія джерела-характеристика усього ансамблю або джерела на виході джерела,фактично ступінь невизначеності або міра різноманітності повідомлень ,які видає джерело,вона є основною характеристикою джерела.
*Продуктивність джерела-сумарна ентропія повідомлень,що передані за одиницю часу.
АЦП(Аналогово-цифровий перетворювач)- це функціональний модуль СПІ,за допомогою якого відбувається перетворення вхідного аналогового сигналу в послідовність відліків,що представлені у цифровому коді і підлягають подальшій обробці.Цей модуль виконує процеси вхідної фільтрації,дискретизації та квантування і подальшого простого кодування.
Основними параметрами АЦП є:
*Частота дискретизації-залежить від характеру сигналу на вході АЦП
*Кількість рівнів квантування-характкризує якість перетворення і представлення в цифровому вигляді.
*Діапазон перетворення-діапазон можливих значень вхідної напруги.
*Розрядність-характеристика вихідного цифрового сигналу,залежить від кількості рівнів квантування.
*Швидкодія-надзвичайно важлива характеристика,час обробки одного відліку має бути завжди меншим необхідного інтервалу дискретизації вхідного сигналу.
Кодер коректуючого коду-це пристрій для надання цировому сигналу властивостей підвищеної завадозахищеності,тобто стійкості до впливів певного рівня завад,його код дає змогу декодера коректуючого коду на виході СПІ відновити за певних умов втрати чи виправити перекручення, яких зазнав сигнал в процесі передачі каналами зв’язку.
Його основними параметрами є:
*Тип коду.
*Необхідна кратність виявлення помилки декодером.
*Необхідна кратність виправлення помилки декодером.
Модулятор- функціональний модуль,що забезпечує переніс спектру сигналу у високочастотну область з використанням певного методу модуляції ,в даному випадку АМ.
Канал(ли) зв’язку-функціональний модуль,що забезпечує переніс іформації в просторі з метою отримання її на прийомному кінці.
Основні характеристики та параметри:
*АХ-амплітудна характеристика;
*ЧХ-частотна характеристика.
*Смуга пропускання каналу зв’зку.
*Закон розподілу густини ймовірностей шумів у каналі.
Демодулятор – виконує роль відновлення інформаційного сигналу, переносить його спектр з високочастотної області в низькочастотну для подальшої обробки.
Від способу прийому відчутно залежить відношення с/ш на виході демодулятора.
Тому, щоб прийняти сигнал з мінімальною можливою ймовірністю помилки необхідно правильно визначити спосіб прийому, котрий буде використовуватись.
Типів прийому ЧМ сигналу є два : когерентний та некогерентний. Некогерентний метод є гіршим – він вносить деякі спотворення в сигнал на виході, але згідно із завданням я буду використовувати саме його.
Декодер коректуючого коду- це пристрій, який забезпечує декодування,виявлення та виправлення за можливості помилок у цифровому сигналі.Його параметри мають бути співрозмірними з параметрами кодера для взаємної сумісності.
Основним власним параметром є швидкодія,або затримка сигналу.
ЦАП(Цифро-аналоговий перетворювач)-це настуний пристрій для перетворення сигналу з цифрового вигляду в аналоговий.
Характерезується передусім часовим параметром-крутизною наростання сигналу на виході ,часом реакції на зміни вхідного коду,діапазоном зміни вихідної напруги, розрядність і крок квантування мають бути співрозмірними з відповідними параметрами АЦП.
Отримувач повідомлення-об’єкт(пристрій), який перетворює чи подає інформацію в потрібному нам вигляді.Саме вимоги отримувача визначають більшість параметрів та характеристик системи передачі інформації.
Згідно з теоремою Котельникова частота дискретизації fд = 1/Тд повинна задовольняти умові
fд >= 2Fmax
Інтервал дискретизації - величина, зворотна частоті дискретизації
Тд = 1/fд
Як бачимо, при збільшенні кількості рівнів квантування відношення сигнал/шум квантування збільшується.
де р - імовірність помилки біта на вході ЦАП;
b - крок квантування;
n - довжина двійкового коду АЦП, зв'язана з числом рівнів квантування
Після нескладних перетворень представимо цю формулу так:
Для АМ-2 при когерентному способі прийому формула ймовірності помилки виглядає таким чином:
Мій розрахунковий ЕВК=0.45 не забезпечує заданий ЕВК, який рівний 1,5 тому що кратність помилок що виправляється і довжина коду n при яких забезпечується задане значення ЕВК, неможливо підібрати для даного методу модуляції і способу прийому.
4.5 розрахунок і порівняння ефективності системи передачі неперервних
повідомлень
Вихідні дані:
- тип каналу зв’язку – канал з постійними параметрами й адитивним білим гауссовим шумом;
- методи модуляції та параметри, що визначають ширину спектру модульованого сигналу: якщо модуляція дискретна, то – тривалість біта Тб, число позицій сигналу М, швидкість коду k/n, якщо модуляція аналогова, то – максимальна частота спектру первинного сигналу Fmax та індекс модуляції mчм (при ЧМ);
- відношення сигнал/шум на виході каналу зв’язку, при яких забезпечується задана якість відтворення повідомлення: при дискретній модуляції і , при аналоговій модуляції Pвх;
- продуктивність джерела повідомлень Rд.
Вимагається:
- розрахувати пропускну здатність каналу зв’язку С для всіх розглянутих варіантів передачі та зіставити її значення з продуктивністю джерела повідомлень Rд;
- розрахувати коефіцієнти інформаційної, частотної та енергетичної ефективності для всіх розглянутих варіантів передачі;
- побудувати графік межі Шеннона;
- порівняти ефективність розглянутих варіантів передачі між собою та з граничною ефективністю.
ЦСП із завадостійким кодуванням має найнижчу частотну ефективність її сигнал займає найширшу смугу частот, але вона має найвищу енергетичну ефективність – це дозволяє виграти у зниженні потужності передавача
ЦСП без завадостійкого кодування має середні показники частотної ефективності, але її енергетична ефективність є нижчою порівняно з ЦСП із завадозахищеним кодуванням.
Аналогова СП має найнижчу енергетичну ефективність,але найвищу частотну ефективність – тут немає розширення смуги частот внаслідок будь-якого кодування .
За інформаційною ефективністю аналогова ситема посідає важливе місце,бо у ній в сигнал не додається додаткової інформації навідміну від ЦСП.
5.Висновки.
В ході виконання курсової роботи було проведено багато розрахунків інформаційних і фізичних параметрів аналогової СПІ, та варіанту цифрової СПІ з використанням ЧМ модуляції.В цій роботі я розрахував інформаційні характеристики джерела неперервних повідомлень,завадостійкість демодулятора і побудував графік залежності Рвих від Рвх .
Розрахував основні параметри цифрової системи передачі і порівняв ефективності системи передачі неперервних повідомлень.
Використання аналогового методу предачі не дає точного мінімуму значення помилки на виході демодулятора.Але виправдовує себе в тому, що мала смуга пропускання каналу.Такий варіант найбільш підходить для радіоканалу.
Розраховуючи параметри цифрової системи передачі, параметри АЦП і ЦАП та демодулятора можна стверджувати, що використання завадостійкого кодування дасть змогу економити потужність передавача при незмінній ймовірності помилки на виході демодулятора,але в інших випадках використання такого методу є невиправданим, тому що виділяється велика ширина спектру канального сигналу.Для ефірного варіанту такий метод не підходить. В реальності ЦСПІ найкраще реалізується на простому кодуванні сигналу.Такий метод знайшов практичну реалізацію у системах багатоканального з’язку ІКМ-12,30,і т.д. І тому такий варіант ЦСПІ є найкращим по ідеї вартості готової системи.
6.Перелік посилань.
1. Теория передачи сигналов: Учебник для вузов / А. Г. Зюко и др. - М.: Радио и связь, 1986.-304 с.
2.Панфилов И. П., Дырда В. Е.. Теория электрической связи: Учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1991.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора