Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок характеристик систем електрозв’язку
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Черкаський державний технологічній університет
Інститут:
О
Факультет:
Електронних Технологій
Кафедра:
Кафедра радіотехніки
Інформація про роботу
Рік:
2015
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Теорія електричного зв'язку
Група:
ТК 34
Варіант:
А4
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Черкаський державний технологічний університет
(повне найменування вищого навчального закладу)
Кафедра радіотехніки та інформаційно-телекомунікаційних систем
(повна назва кафедри, циклової комісії)
КУРСОВА РОБОТА
з теорії електрозв’язку
(назва дисципліни)
на тему:_”Розрахунок характеристик систем електрозв’язку”_______
____________________________________________________________
Студента __3__ курсу ТК-34 групи
напряму підготовки_____6.050903_____________
спеціальності____Телекомунікації_____
____Євтушенка І.О._________________
(прізвище та ініціали)
Керівник_Лелеко С.А. ___________________________________
(посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)
Національна шкала ________________
Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____
Члени комісії ________________ ______Лелеко С.А._____
(підпис) (прізвище та ініціали)
________________ ______Чорній А.М._____
(підпис) (прізвище та ініціали)
________________ ______Гончаров А.В.___
(підпис) (прізвище та ініціали
м. Черкаси – 2015 рік
Черкаський державний технологічний університет
(назва вищого навчального закладу)
Кафедра радіотехніки та інформаційно-телекомунікаційних систем
Дисципліна теорія електрозв’язку
Спеціальність 6.050903 «Телекомунікації»
Курс 3 Група ТК-34 Семестр 5
ЗАВДАННЯ
на курсовий проект(роботу) студента
Євтушенко Ігор Олександрович
(прізвище, ім’я, по батькові)
1 Тема проекту(роботи) Розрахунок характеристик систем електричного зв’язку
2 Строк здачі студентом закінченого проекту (роботи)
3 Вихідні дані до проекту (роботи) Джерело повідомлень задане первинними характеристиками сигналу b(t):
-густина ймовірності миттєвих значень p(b) – ДЕР;
-середня потужність сигналу Pb = 0,9 В2;
-коефіцієнт амплітуди Ка = 6;
-максимальна частота спектру Fmax = 3,5 кГц.
Допустиме значення сигнал/шум на вході одержувача вих=34 дБ.
Метод модуляції: БМ, ВФМ–2;
-метод передачі - ІКМ з рівномірним квантування, допустиме відношення сигнал/шум квантування кв=37 дБ; ___
-енергетичний виграш кодування ЕВК=2,7 дБ ; ___
-метод дискретної модуляції і спосіб прийому: некогерентний
4 Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці) Структурна схема аналогової системи передачі
Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень
Розрахунок завадостійкості демодулятора
Розрахунок основних параметрів цифрової системи передачі
Розрахунки і порівняння характеристик систем передачі неперервних повідомлень
5 Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Графік залежності
Графік завадостійкості систем передачі без завадостійкого кодування та з ним
Графік залежності
6 Дата видачі завдання 04.09.2015
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ п/п
Назва етапів курсового проекту (роботи)
Строк виконання етапів проекту (роботи)
Примітки
1
Збір теоретичних відомостей
06.09.15-10.09.15
2
Опис структурної схеми аналогової системи
передачі
10.09.15
3
Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень
15.09.15
4
Розрахунок завадостійкості демодулятора
24.09.15
5
Розрахунок основних параметрів системи
цифрової передачі
01.10.15
6
Розрахунок завадостійкості демодулятора
цифрової модуляції
08.10.15-20.10.15
7
Вибір коригувального коду і розрахунок
завадостійкості систем зв’язку з кодуванням
25.10.15-04.11.15
8
Розрахунки і порівняння ефективності
систем передачі неперервних повідомлень
23.11.15-27.11.15
9
Висновки
28.11.15
10
Оформлення пояснювальної записки
29.11.15-03.12.15
Студент
(підпис)
Керівник
(підпис)
(прізвище, ім’я, по батькові)
р.
Зміст
Вступ 4
Завдання на курсову роботу 6
Вихідні дані 8
Структурна схема аналогової системи передачі 9
Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень 15
Розрахунок завадостійкості демодулятора 18
Розрахунок основних параметрів системи цифрової передачі 18
Розрахунок завадостійкості демодулятора сигналу дискретної модуляції. 26
Вибір коригувального коду й розрахунок завадостійкості системи зв’язку з кодуванням. 28
Розрахунки і порівняння ефективності систем передачі неперервних повідомлень 31
Висновки 37
Список використаних джерел 39
Вступ
В наш час широкого розповсюдженні системи передачі даних різного призначення. За допомогою систем передачі інформації з'єднуються в одну структуру комп'ютерні, телефонні та інші мережі різних структур, міст і підприємств. Без них не змогли б функціонувати промисловість, сільське господарство, транспорт.
З кожним днем ростуть потреби в швидкості передачі інформації, а головне в ступені її захищеності. Використання цифрових ліній передачі інформації значно підвищило і швидкість передачі інформації, і ступінь її захищеності за рахунок використання в них оптичного волокна і меншою сприйнятливості до перешкод цифрових сигналів.
При цьому слід не забувати, що будь-яка система передачі даних це набір функціональних вузлів які забезпечують її роботу із необхідними характеристиками. А саме: інформативністю джерела інформації, ймовірністю правильної передачі та прийому інформації, а також шириною каналу зв’язку.
Для дослідження систем зв'язку сучасна теорія зв'язку використовує як детерміновані моделі сигналів, так і імовірнісні моделі для переданих повідомлень, відповідних їм сигналів і перешкод (шумів) в каналі. Імовірнісний підхід враховує випадковий (для одержувача) характер передачі повідомлень і перешкод в каналі та дозволяє визначити оптимальні приймальні пристрої, що забезпечують максимально можливу якість, та граничні показники систем передачі повідомлень (систем зв'язку).
Завдання на курсову роботу
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.
Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень.
Для заданих статистичних характеристик джерела неперервних повідомлень і якості відтворення повідомлення на вході одержувача зробити розрахунок епсилон-ентропії Нɛ(В), надмірності k і продуктивності джерела Rд. Прояснити причини надмірності джерела. Сформулювати вимоги до пропускної здатності каналу зв'язку.
Розрахунок завадостійкості демодулятора. Для заданого методу
модуляції розрахувати і побудувати графік залежності ρвих = f(ρвх). Якщо
використовується ЧМ, необхідно вибрати і обґрунтувати індекс модуляції. Визначити необхідне відношення середніх потужностей сигналу і шуму на
вході демодулятора, при якому забезпечується задане допустиме
відношення сигнал/шум на вході одержувача (на виході демодулятора) .
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 .
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.
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 β = 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.
Висновки. Зробити висновки по курсовій роботі в цілому.
Вихідні дані
Вихідні дані згідно варіанту А-4
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.
Джерело повідомлень задане характеристиками первинного сигналу b(t):
середнє значення дорівнює нулю;
густина ймовірності миттєвих значень р(b) – двосторонній експоненційний розподіл (ДЕР),
середня потужність сигналу Рb=0,9 В2 ;
коефіцієнт амплітуди Ка=6 ;
максимальна частота спектру Fmax =3,5 кГц.
Допустиме відношення сигнал/шум на вході одержувачaвих=34 дБ.
Метод модуляції: БМ, ВФМ-2.
Для порівняння аналогового і цифрового методів передачі задані:
метод передачі - ІКМ з рівномірним квантування, допустиме
відношення сигнал/шум квантування кв=37 дБ;
енергетичний виграш кодування (ЕВК), що забезпечується при використанні в каналі зв'язку завадостійкого кодуванням ЕВК=2,7 дБ ;
метод дискретної модуляції і спосіб прийому: некогерентний.
Структурна схема аналогової системи передачі
Структурна схема аналогової системи передачі представлена на рисунку 1.
Рисунок 1.1 – Структурна схема системи передачі неперервних повідомлень аналоговим методом.
Джерело повідомлень та одержувач повідомлень. Джерелом повідомлення є фізичний об’єкт, який формує певне повідомлення. Отримувач цього повідомлення і є отримувачем інформації. Спочатку інформаційний обмін в системах зв’язку реалізовувався між людьми. Сьогодні в зв’язку з автоматизацією виробництва і управління створюють і приймають інформацію створені людиною різні автомати, обчислювальна техніка, дистанційно керовані пристрої і т.д. В загальному випадку повідомлення може бути функціями часу, а може і не бути ними.
При всій багатоманітності повідомлень їх можна поділити на два типи – неперервні та дискретні. Неперервні повідомлення приймають значення в певному інтервалі. До таких повідомлень можна віднести вимову, музику, зображення. Кінцеве число можливих значень – характерна ознака дискретного повідомлення. Типовий приклад – вираження інформації у вигляді букв алфавіту.
Модулятор. Модулятор має два входи: один для переносника, другий для модулюючого сигналу. Параметри переносника змінюються відповідно до зміни параметрів модулюючого сигналу. Цей сигнал переносник далі передається по каналу зв’язку. Модулятор – пристрій, що здійснює модуляцію сигналів. Він призначений для узгодження сигналу із каналом зв’язку та для ущільнення каналу. Взагалі, модуляція – процес зміни одного або декількох параметрів високочастотного несучого коливання по закону низькочастотного інформаційного сигналу (повідомлення). Інформація що передається вкладається у керуючий (модулюючий) сигнал, а роль переносника інформації виконує високочастотне коливання, що називається несучим. Модуляція, таким чином, представляє собою процес накладання інформаційного коливання на заздалегідь відому несучу. В результаті модуляції спектр низькочастотного керуючого сигналу переноситься у область високих частот. Що дозволяє організувати функціонування усіх прийом-передача пристроїв на різних частотах. В якості несучого можуть використовувати коливання різної форми(прямокутні, трикутні), проте частіше використовують гармонічні коливання(відбувається зміна у часі певної величини по синусоїдальному або косинусоїдальному закону). І в залежності від того який параметр несучого коливання змінюється, розрізняють види модуляції: амплітудна, частотна, фазова. Модулятори широко застосовують у різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням чи перетворюванням сигналів (повідомлень), зокрема, в техніці зв’язку та автоматичного регулювання, вимірювальній техніці тощо. Приклад застосування модулятора в гірничій справі – в диспетчерських системах дистанційного контролю включеного-виключеного стану апаратів та механізмів.
Канал зв’язку. Під каналом зв’язку розуміють об’єднання фізичних кіл, котрі мають загальне середовище розповсюдження і служать для передачі електричних сигналів від передавача до приймача.
Демодулятор виконує операцію, обернену модуляції. Пристрій, що здійснює демодуляцію (детектування) – виділення низькочастотних коливань з високочастотних модульованих коливань. Демодулятор широко застосовуються в різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням та перетворенням сигналів (повідомлень), зокрема в техніці зв’язку, в автоматичному контролі та керуванні технологічними процесами, у вимірювальній техніці, в ЕОМ.
Одержувач повідомлень - приймає аналоговий сигнал із системи цифрової передачі неперервних повідомлень. Одержувачем або приймачем повідомлень може бути будь-який пристрій що працює з аналоговими сигналами. Наприклад підсилювач звукової частоти (ПЗЧ), гучномовець, світло діод (СД) , лазерний світлодіод (ЛСД).
Основні параметри, які характеризують кожний блок.
1) Джерело повідомлень.
а) Ентропія джерела Hε(B) – мінімальна кількість інформації, що знаходиться в повідомленні (прийнятому) відносно B(t) (переданому), при якому вони ще еквівалентні. В теорії інформації, ентропія є мірою невизначеності випадкової величини. Зазвичай, в якості інформаційної ентропії використовують ентропію Шеннона.
Ентропія Шеннона визначає абсолютну межу найкращого стиснення даних без втрат: розглядаючи повідомлення як послідовність незалежних та однаково розподілених випадкових величин, теорема Шеннона про кодування доводить що, в границі, середня довжина найкоротшого можливого представлення закодованого повідомлення в заданому алфавіті дорівнює ентропії поділеній на логарифм кількості символів у вихідному алфавіті.
б) Коефіцієнт надлишковосі джерела χ - це відношення, що визначає яка доля максимально можливої ентропії, при даному алфавіті, не використовується джерелом.
в) Продуктивність джерела, Rg – це сумарна ентропія повідомлень, переданих джерелом за одиницю часу.
г) Щільність ймовірності миттєвих значень сигналу P(b).
2) Параметри модулятора та демодулятора.
Види модуляції:
• Амплітудна (АМ) – модуляція коливання, при якій змінним параметром є амплітуда коливань. При такій модуляції стрибкоподібно змінюється амплітуда несучого коливання.
При АМ відбувається зміна лише амплітуди несучого коливання за рахунок впливу модулюючого сигналу:
• Односмугова модуляція (Амплітудна модуляція з однією бічною смугою) (ОМ) – різновид амплітудної модуляції (АМ), широко застосовувана в апаратурі створення каналу передачі, для ефективного використання спектра каналу і потужності передавальної радіоапаратури.
У радіосигналі з АМ 70% потужності передавача витрачається на випромінювання сигналу несучої частоти, який не містить жодної інформації про модулюючий сигнал. Інші 30% діляться порівну між двома бічними частотними смугами, які являють собою точне дзеркальне відображення одне одного. Таким чином, без будь-яких втрат переданої інформації можна виключити із спектру сигналу несучу і одну з бічних смуг. Це дає можлливість направити всю потужність передавача лише на випромінювання інформативного сигналу.
Переваги односмугової модуляції:
Сигнал з односмуговою модуляцією займає в радіоефірі смугу частот вдвічі вужчу, ніж амплітудно-модульований, що дозволяє більш ефективно використовувати частотний ресурс і підвищити дальність зв'язку. Крім того, коли на близьких частотах працюють кілька станцій з ОМ, вони не створюють один одному перешкод у вигляді “биття”, що відбувається при застосуванні амплітудної модуляції з неподавленной несучою частотою.
Биття - явище, що виникає при накладанні двох гармонійних коливань, близьких за частотою, що виражається в періодичному зменшенні і збільшенні амплітуди сумарного сигналу.
Недоліком методу є:
Відносна складність апаратури і підвищені вимоги до частотної точності і стабільності.
Для формування сигналу ОМ існуються 2 різні методи:
1) За допомогою фільтра(найбільш поширений): на виході змішувача ставиться високодобротних смуговий фільтр з шириною смуги пропускання, рівної одній бічній смузі.
2) Фазоінверсіонний (фазокомпенсаціонний): одна з бічних смуг інвертується по фазі і складається сама з собою (компенсується). Несуча при цьому придушується фільтром або балансним модулятором.
• Балансна (БМ) – коли модульованим сигналом є добуток сигналу, що модулює, b(t) і переносника. Аналітичний вираз сигналу балансної модуляції (БМ) має вигляд:
Часові діаграми сигналу, що модулює й модульованого сигналу наведені на рис. 1.2. З рис. 1.2 видно, що обвідна сигналу БМ A(t) = A0 |b(t)| повторює не сам сигнал, що модулює, а його модуль. Порівнюючи математичні вирази, які описують АМ сигнал і БМ сигнал, можна очікувати, що спектр БМ сигналу відрізняється від спектра АМ сигналу відсутністю коливання частоти переносника. На рис. 1.3 показано довільний амплітудний спектр сигналу, що модулює, і відповідного йому амплітудного спектра БМ сигналу, що складається з ВБС і НБС. Метод побудови бічних смуг той самий, що і при АМ.
Рисунок 1.2 – Сигнал, що модулює та модульований сигнал.
Рисунок 1.3 – Спектр сигналу, що модулює та БМ сигналу.
Відсутність у спектрі складової на частоті переносника не впливає на його ширину і, відповідно, ширина спектра БМ сигналу така ж, як і ширина спектра АМ сигналу
Отже, важливою перевагою БМ сигналів у порівнянні із сигналами АМ є підвищена ефективність використання потужності передавача, оскільки не витрачається значна частка потужності сигналу на несівне коливання, що має місце в спектрах АМ сигналів.
• Частотна (ЧМ) – тип модуляції, при якому частота вихідного сигналу змінюється в залежності від миттєвого значення інформаційного сигналу, інформаційний сигнал управляє частотою несучого сигналу.
ω = ω0 + ∆ω•U(t)
В порівнянні з амплітудною модуляцією, при ЧМ - амплітуда залишається постійною.
Частотна модуляція застосовується для високоякісній передачі аудіо сигналу в радіомовленні (у діапазоні УКХ), для звукового супроводу телепередач, відеозаписі на магнітну стрічку, музичних синтезаторах. Висока якість кодування аудіосигналу обумовлена тим, що при частотній модуляції застосовується велика (в порівнянні з шириною спектру сигналу амплітудної модуляції) девіація несучого сигналу. Девіація - найбільше відхилення частоти модульованого радіосигналу від значення його несучої частоти. А в приймальній апаратурі використовують обмежувач амплітуди радіосигналу для ліквідації імпульсних перешкод.
• Фазова (ФМ) – це схема перетворення (модуляція) при якому під керуванням вхідного сигналу змінюється фаза несучого сигналу (звичайно синусоїдального).
• Амплітудно-фазова (АФМ)
• Квадратурна амплітудна (КАМ)
• Модуляція з неперервною фазою (МНФ)
• Частотна модуляція з мінімальним зсувом
• Гауссова модуляція з мінімальним частотним зсувом
• Багатоканальна модуляція (розділення з мультиплексуванням каналів)
б. Способи прийому:
• при когерентному прийомі опорне коливання представляє собою точну копію сигналу S(t). Де S0(t)- гармонічний сигнал, а S(t)- представляється коливанням з відомого частотою і фазою. Якщо використовується S(t), то в приймачі використано синхронний детектор в якому опорне коливання синхронізується та фазово узгоджується у відповідності до S0(t). Після цього сигнал потрапляє на ФНЧ , що є інтегратором , який виділяє огибаючу радіосигналу, тобто виділяє відеосигнал.
• при некогерентному прийомі початкова фаза прийнятого сигнала не враховується , тому в схемі приймача можна використовувати не синхронний, а амплітудний детектор, як правило квадратичний.
Відношення сигнал/шум при некогерентному прийомі буде меншим ніж при когерентному
3) Параметри каналу зв’язку
а) Ширина смуги пропускання каналу - визначається смугою частот модульованого сигналу. Різниця між верхньою і нижньою частотами пропускання каналу
б) Тривалість Тк - інтервал часу впродовж якого по каналу можна передавати сигнал.
в) Динамічний діапазон - логарифм відношення найбільшої (максимальної) потужності що може передати канал до мінімальної потужності – потужності шумів в каналі.
г) Об’єм каналу - чисельно дорівнює добутку ширини спектру, динамічного діапазону і тривалості = . При умові що ємність каналу вища ніж ємність сигналу – по каналу можна передати цей сигнал.
Часові діаграми характерних сигналів на входах і виходах блоків.
Рисунок 1.4 – Процес перетворення дискретного повідомлення в сигнал і зворотнє перетворення сигнала у повідомлення.
Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень
Повідомлення неперервного джерела перетворюється в первинний аналоговий сигнал b(t) зазвичай без втрати інформації, тому розрахунки інформаційних характеристик джерела проводяться для первинного сигналу.
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 рвих доп.
Вимагається розрахувати:
епсилон-ентропію джерела Не(В);
коефіцієнт надмірності джерела к;
продуктивність джерела Rд.
Розрахунки:
Параметри джерела повідомлення:
Pb = 0.9 B2 – середня потужність сигналу;
Ка = 6 – коефіцієнт амплітуди;
Fmax = 3.5 кГц – максимальна частота спектру;
= 0,9.
Мінімальна кількість інформації, що міститься в одному повідомленні відносно , при якому вони все ще еквівалентні, називається епсилон-ентропією.
Підставляючи числові значення, переведемо дБ в рази за формулою
(2.1)
Епсилон-ентропія джерела розраховується за формулою:
(2.2)
де h(B) - диференціальна ентропія;
- умовна диференціальна ентропія.
Диференціальна ентропія залежить від виду розподілу імовірності P(b) та дисперсії сигналу . Для нормального розподілу:
біт/відлік (2.3)
Двосторонній експоненційний розподіл ймовірності визначається за формулою:
(2.4)
Рисунок 2.1 – Графік двостороннього експоненційного розподілу.
Середнє значення первинного сигналу дорівнює нулю, то . Помилка відтворення на виході системи передачі є гауссовою, тому умовна диференціальна ентропія дорівнює:
(2.5)
де – дисперсія помилки відновлення. Визначається за відношенням сигнал/шум і середній потужності сигналу Pb за формулою:
(2.6)
Звідси, розрахуємо :
(2.7)
Тоді:
З визначених даних епсилон-ентропія буде дорівнювати:
біт/відлік (2.8)
Знаходимо коефіцієнт надмірності джерела :
(2.9)
Hεтax – максимально можливе значення Hε(B) що досягається за нормального розподілу ймовірності сигналу b(t) на тій самій дисперсії сигналу .
(2.10)
де разів;
(2.11)
Причини надлишковості джерела.
Надлишковими в джерелі вважаються ті повідомлення, які переносять малу, а іноді і нульову кількість інформації. Час на їхню передачу затрачується, а інформації передається мало.
Присутність надлишковості означає, що частину повідомлень можна і не передавати по каналу зв’язку, а відновити на прийомі по відомих статистичних зв’язках.
Основними причинами надлишковості являються :
Різні значення імовірності окремих повідомлень.
Присутність статистичних зв’язків між повідомленнями джерела.
Розрахунок продуктивності джерела:
Продуктивність джерела , яку називають епсилон-продуктивністю, обчислюють за умови, що відліки беруться через інтервал Котельнікова, за формулою:
(2.12)
де Fc – максимальна частота спектра первинного сигналу Fmax , тобто Fc = Fmax = 3,5 КГц.
Отже ,будемо мати рівність:
біт/с
Вимоги до пропускної здатності каналу зв’язку.
Найбільше значення швидкості R передачі інформації по каналу зв’язку при заданих обмеженнях називають пропускною можливістю каналу, яка вимірюється в [біт/с] :
С = max R
Під заданими обмеженнями розуміють тип каналу (дискретний або неперервний ), характеристики сигналів та завад . Пропускна можливість каналу зв’язку характеризує потенційні можливості передачі інформації. Вони описані в фундаментальній теоремі теорії інформації, відомій як основна теорема кодування К. Шенона.
Для дискретного каналу вона формулюється слідуючим чином : якщо продуктивність джерела менше пропускної можливості каналу C, тобто , то існує спосіб кодування (перетворення повідомлень в сигнал на вході ) та декодування ( перетворення сигналу в повідомлення на виході каналу), при якому імовірність помилкового декодування дуже мала.
Пропускна можливість каналу, як граничне значення безпомилкової передачі інформації, являється одною з основних характеристик будь-якого каналу. Знаючи пропускну можливість каналу та інформаційні характеристики повідомлень (первинних сигналів) можна передавати по заданому каналу.
Розрахунок завадостійкості демодулятора
Вихідні дані:
допустиме відношення сигнал/шум на виході демодулятора ρвих;
метод модуляції;
канал зв'язку з постійними параметрами й адитивним білим гауссовим шумом;
параметри первинного сигналу - коефіцієнт амплітуди Ка і максимальна частота спектру Fmах.
Вимагається розрахувати:
залежність ρвих = f(ρвх);
необхідне відношення середніх потужностей сигналу і шуму на вході демодулятора ρвх.
1) Розрахунок відношення середніх потужностей сигналу й шуму на вході демодулятора.
Основною характеристикою демодулятора сигналу аналогової модуляції є залежність (вих = f((вх), яка встановлює зв’язок між відношенням середніх потужностей сигналу й шуму на вході демодулятора (вх = Ps/Pn і відношенням середніх потужностей сигналу й шуму на виході демодулятора (вих=Pb/P(. Відношення (вих і (вх визначає виграш демодулятора і обчислюється за формулою:
(вих = g(вх (3.1)
де g – виграш, при оптимальному прийомі.
Для сигналу БМ велечина g не залежить від ρвх. Відоме значення виграшу для БМ наступне[2]:
(3.2)
(3.3)
де g`БМ – узагальнений виграш при оптимальному прийомі.
З формули (3.1) можна обчислити (вх:
Розрахунок основних параметрів системи цифрової передачі
Зобразимо структурну схему цифрової системи передавання методом ІКМ з використанням у каналі зв'язку перешкодостійкого кодування й дискретної модуляції гармонічного переносника.
Рисунок 4.1 – Структурна схема цифрової системи передавання.
1) Джерело повідомлення – призначене для подачі в систему аналогового сигналу. Джерело (передавач) і одержувач (приймач) служать для обміну деякою інформацією. В одному випадку відправником і одержувачем інформації служить людина, в іншому випадку це може бути комп'ютер (так звана телеметрія).
2) АЦП, Аналого-цифровий перетворювач – пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал). Як правило, АЦП — електронний пристрій, що перетворює напругу в двійковий цифровий код.
3) Кодер коректуючого коду – призначений для підвищення завадостійкості цифрової системи передачі (ЦСП), шляхом внесення в коди залишку.
4) Модулятор – пристрій, що здійснює модуляцію сигналів. Він призначений для узгодження сигналу із каналом зв’язку та для ущільнення каналу.
Взагалі, модуляція – процес зміни одного або декількох параметрів високочастотного несучого коливання по закону низькочастотного інформаційного сигнала (повідомлення). Інформація що передається вкладається у керуючий (модулюючий) сигнал, а роль переносника інформації виконує високочастотне коливання, що називається несучим. Модуляція, таким чином, представляє собою процес накладання інформаційного коливання на заздалегідь відому несучу.
В результаті модуляції спектр низькочастотного модулюючого сигнала переноситься у область високих частот. Що дозволяє організувати функціонування усіх прийом-передача пристроїв на різних частотах.
При гармонічній несучій залежно від виду модуляції розрізняють амплітудні, частотні й фазові модулятори. Аналогічно при імпульсній несучій, коли модулятор здійснює імпульсну модуляцію, розрізняють амплітудно-, широтно-, частотно- та фазоімпульсні модулятори.
Модулятори широко застосовують у різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням чи перетворюванням сигналів (повідомлень), зокрема, в техніці зв’язку та автоматичного регулювання, вимірювальній техніці тощо. Приклад застосування модулятора в гірничій справі – в диспетчерських системах дистанційного контролю включеного-виключеного стану апаратів та механізмів.
5) Канал зв’язку – це сукупність технічних засобів та середовища розповсюдження, що забезпечують при підключенні кінцевих абонентських приладів, передачу повідомлень будь-якого виду від джерела до одержувача за допомогою електрозв’язку. В залежності від типу сигналу та середовища його поширення, розрізняють канали: телефонні, телеграфні, телевізійні та радіомовлення, кабельні тощо.
6) Демодулятор – пристрій, що здійснює демодуляцію (детектування) – виділення низькочастотних коливань з високочастотних модульованих коливань. Демодулятор широко застосовуються в різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням та перетворенням сигналів (повідомлень), зокрема в техніці зв’язку, в автоматичному контролі та керуванні технологічними процесами, у вимірювальній техніці, в ЕОМ.
7) Декодер коректуючого коду виправляє неправильні рішення демодулятора, використовуючи залишок прийнятих кодів, відновлює первинний код. Декодер коректую чого коду здійснює обернену операцію до кодера – він виділяє первинний двійковий код що був прийнятий від АЦП з кодової комбінації прийнятої з демодулятора.
8) ЦАП, Цифро-аналоговий перетворювач – пристрій для перетворення цифрового (зазвичай двійкового) сигналу на аналоговий. Як правило ЦАП отримує на вхід цифровий сигнал в імпульсно-кодовій модуляції. ЦАП будуються за принципом додавання напруг чи струмів, пропорційних ваговим коефіцієнтам двійкового коду.
9) Одержувач повідомлень – приймає аналоговий сигнал із системи. Одержувачем або приймачем повідомлень може бути будь-який пристрій що працює з аналоговими сигналами. Наприклад: підсилювач звукової частоти (ПЗЧ), гучномовець, світло діод (СД) , лазерний світло діод (ЛСД) або будь-який інший пристрій.
Основні параметри, які характеризують кожний блок.
1) Джерело повідомлень.
а) Ентропія джерела Hε(B) – мінімальна кількість інформації, що знаходиться в повідомленні (прийнятому) відносно B(t) (переданому), при якому вони ще еквівалентні.
б) Коефіцієнт надлишковості джерела χ - це відношення, що визначає яка доля максимально можливої ентропії, при даному алфавіті, не використовується джерелом.
в) Продуктивність джерела, Rg – це сумарна ентропія повідомлень, переданих джерелом за одиницю часу.
г) Щільність ймовірності миттєвих значень сигналу P(b).
2) Розрахунок параметрів АЦП і ЦАП.
Вихідні дані:
максимальна частота спектра первинного сигналу Fmax=3,5 КГц;
- густина ймовірності миттєвих значень первинного сигналу p(b):
;
- середня потужність первинного сигналу Pb = 0,9 Вт;
- коефіцієнт амплітуди первинного сигналу Кa = 6;
- допустиме відношення сигнал/шум на вході одержувача ρвих.доп = 34 дБ;
- допустиме відношення сигнал/шум квантування ρкв.доп = 37 дБ;
- в АЦП застосовано рівномірне квантування.
Необхідно виконати:
- скласти й описати структурні схеми АЦП і ЦАП;
- визначити частоту дискретизації fд і інтервал дискретизації Тд;
- визначити кількість рівнів квантування L, довжину двійкового коду n і тривалість двійкового символу Тб;
- розрахувати відношення сигнал/шум квантування (кв для розрахованих параметрів АЦП;
- розрахувати допустиму ймовірність помилки символу рдоп у каналі зв’язку (на вході ЦАП).
а) Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) - пристрої, які приймають вхідні аналогові сигнали і генерують відповідні їм цифрові сигнали, придатні для обробки мікропроцесорами та іншими цифровими пристроями.
Зобразимо структурну схему АЦП:
Рисунок 4.2 – Струкрутна схема АЦП
Опис АЦП:
ФНЧ (фільтр нижніх частот) в системах електрозв’язку використовується для обмеження спектра первинного сигналу. ФНЧ пропускає нижню частину сигналу, достатню для заданої точності відновлення цього сигналу. Потім дискретизатор визначає миттєві значення повідомлень через відрізок часу ΔTд, 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 квантування. Кодер перетворює квантовані відліки в двійкові кодові комбінації, які відповідають рівням квантування. Похибку квантування, яка являє собою різницю між вхідним повідомленням і повідомленням, відтвореним по квантових відліках, називають шумом квантування.
Таке перетворення називається імпульсно-кодовою модуляцією(ІКМ). Частіше всього тут кодування зводиться до запису номера рівняння в двійковій системі числення. В інших випадках, розглядаються цифрові системи в яких неперервне повідомлення перетворене в послідовність кодових комбінацій, складених з двійкових символів.
Отриманий на виході АЦП сигнал ІКМ потрапляє, або безпосередньо в лінію зв’язку або на вхід передавача(модулятора), де послідовність двійкових імпульсів перетворюється у радіоімпульси.
Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) призначений для перетворення числа, визначеного, як правило, у вигляді двійкового коду, в напругу або струм, пропорційні значенням цифрового коду.
Зобразимо структурну схему ЦАП:
Рисунок 4.3 – Структурна схема ЦАП.
На приймальній стороні лінії зв’язку послідовність імпульсів після демодуляції і регенерації в приймачі надходить до цифро-аналогового перетворювача (ЦАП), що виконує роль зворотного перетворення (відновлення) неперервного повідомлення згідно з отриманою послідовністю кодових комбінацій. В склад ЦАП входять декодуючий пристрой, який призначені для перетворення кодових комбінацій в квантовану послідовність відліків, а також згладжуючий фільтр(ФНЧ), що відновлює неперервне повідомлення по квантовим значенням.
б) Визначення частоти дискретизації fд і інтервал дискретизації Тд .
Інтервал дискретизації за часом вибирається на основі теореми Котельникова. Зворотня величина до - частота дискретизації
(4.1)
вибирається з умови:
fД ≥ 2Fmax (4.2)
Збільшення частоти дискретизації дозволяє спростити вхідний фільтр АЦП, що обмежує спектр первинного сигналу, і вихідний (інтерполюючий) ФНЧ ЦАП, що відновлює неперервний сигнал за його відліками.
Але збільшення частоти дискретизації приводить до зменшення тривалості двійкових сигналів на виході АЦП, що вимагає небажаного розширення смуги частот каналу зв’язку для передачі цих символів. Звичайно параметри вхідного ФНЧ АЦП і вихідного ФНЧ ЦАП вибирають однаковими.
На рис.11 дані: - спектр відліків, представлених вузькими імпульсами, - спектр неперервного сигналу ,
19.02.2016 12:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора