49267

Расчет основных характеристик цифровой системы передачи непрерывных сообщений

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Формирователь первичного сигнала непрерывное сообщение преобразуется в первичный электрический сигнал bt непрерывный сигнал соответствующий передаваемому сообщению. 3 Дискретизатор Дискретизирование непрерывного сигнала непосредственное умножение непрерывного сигнала ut на вспомогательную последовательность yt дискретизирующих прямоугольных импульсов единичной амплитуды. {bti} совокупность значений сигнала в моменты времени ti 4 Квантователь Округление дискретизированных мгновенных значений до ближайших...

Русский

2013-12-24

277.47 KB

10 чел.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Средства связи и информационная безопасность»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Теория электрической связи»

на тему:

Расчет основных характеристик цифровой системы передачи непрерывных сообщений.

Автор работы (проекта): Панфилов Сергей Николаевич

Специальность 210402 «Средства связи с подвижными объектами»

Группа:  ЗРП-310

Руководитель работы               Левченко В.И.                

Проект защищен с оценкой     «ОТЛИЧНО»  (при незначительной ошибке)             

Омск  2013г.                                                                                                                

  1.  Структурная схема системы. Описание и исходные данные.

Структурная схема ЦСП. - цифровая система передачи:

Процесс прохождения сообщения от  источника до получателя:

1) Источник сообщения - непрерывное  сообщение - может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое колебание и т.п.)  a(t)

2) Формирователь первичного сигнала – непрерывное сообщение преобразуется в первичный электрический сигнал b(t) - непрерывный сигнал, соответствующий передаваемому сообщению.

3) Дискретизатор - Дискретизирование непрерывного сигнала - непосредственное умножение непрерывного сигнала u(t) на вспомогательную последовательность y(t) дискретизирующих прямоугольных импульсов единичной амплитуды. - {b(ti)} - совокупность значений сигнала в моменты времени ti

4) Квантователь - Округление дискретизированных, мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования.{bкв(ti)} - совокупность квантованных (дискретных по уровню) значений сигнала.

5) Кодер - полученная последовательность квантованных значений {bкв(ti)} передаваемого сообщения, представляется посредством кодирования в виде последовательности m-ичных кодовых комбинаций. Импульсно-кодовая модуляция – ИКМ (преобразование) bикм(t)

6) Модулятор -  сигнал bикм(t) модулируется в высокочастотный  сигнал u(t), пригодный для передачи по используемому каналу.

7) Канал связи - передача сообщения по каналу связи с аддитивной помехой n(t). – Передача по проводному каналу, радио каналу или оптоволокну.

8) Демодулятор - на основе анализа колебания полученного сигнала z(t) определяет, какое из возможных сообщений передавалось.  Восстанавливает полученному сигналу z(t) сообщение  которое с некоторой погрешностью отображает переданное сообщение икм(t)

9) Декодер - восстановление сообщения по принимаемым кодовым символам. (Декодирование) {кв(ti)}

10) ФНЧ - Восстановление непрерывного сигнала из дискретного

11) Преобразование сигнала в сообщение, в форму необходимую получателю

12) Получатель сообщения – человек, машина или устройство

Полный перечень исходных данных:

  1.  Непрерывное сообщение a(t) преобразуется в первичный электрический сигнал b(t).  В данной работе принимается условие о том, что b(t) является   стационарным  случайным  процессом,  мгновенные  значения которого распределены равномерно в интервале [bмин., bмакс.].
  2.  Энергетический спектр первичного сигнала сосредоточен в полосе частот от 0 до Fс.
  3.  Шаг квантования сигнала:  Δb = 0,1 В.
  4.  Кодирование отсчетов сигнала b(ti): k-разрядный, равномерный двоичный код с добавлением одного бита проверки на четность.
  5.  Выходной сигнал кодера bикм(t): последовательность импульсов со значениями «0» и «1». 
  6.  Сигнал несущей частоты u0(t)=Um cos2ft, Um= 1 В, f >> Vк, где Vк (бит/с)скорость передачи двоичных символов кодера (т.е. выполняется условие узкополосности сигнала).
  7.  Канал связи  постоянными параметрами и аддитивной помехой, имеет полосу пропускания  Fk  значительно большую, чем ширина спектра модулированного сигнала FU.  Смесь сигнала и шума на выходе канала  z(t)=s(t)+n(t), где s(t)= u(t)Kпк – сигнал на выходе канала,   n(t)- аддитивный гауссовский шум с равномерным энергетическим спектром («белый» шум). Kпккоэффициент передачи канала. (Усилители, частотные фильтры и преобразователи частот передатчика  и приемника аналоговой части ЦСП включены в состав канала связи  и предполагаются неискажающими).
  8.  Входное  и выходное сопротивления канала связи содержат только активную составляющую Rвх = Rвых = Rк= 50 Ом.
  9.  Фильтр нижних частот (ФНЧ) - идеальный с частотой среза Fср.

варианта

bмин(В)

bмакс(В)

Fc(Гц )

j

Вид моду-ляции

Кпк

N0

(Bт/Гц)

Способ приёма

18

-1,6

+ 1,6

9∙103

8

AM

0,8

9,3 ∙10-9

2

  1.  Минимальное bмин. и максимальное bмакс. значения передаваемого сигнала b(t) в вольтах;
    1.   Полоса частот, занимаемая спектром исходного сообщения Fc  в герцах;
    2.   Номер передаваемой кодовой комбинации  j;
    3.   Вид модуляции (манипуляции);
    4.   Коэффициент передачи канала связи Kпк; 
    5.   СПМ шума на входе демодулятора N0 ;
    6.   Способ приема – некогерентный;

2. Источник сообщений и формирователь первичного  сигнала

Формула для  одномерной плотности вероятности p(b) мгновенных значений сигнала b(t) и график.

;

           

         0,3125   

               -1,6 В                                                                              +1,6 В

Выражение для  соответствующей интегральной функции распределения F(b) мгновенных значений сигнала b(t) и график.

F(b)=0  при  b < -1,6

F(b)=(b+1,6)/3,2  при b > -1,6 ; b < 1,6

F(b)=1  при b > 1,6        F(b)

              1

                          -1.6В                                 0                            +1.6В

Значения математического ожидания mb и дисперсии σb2 сигнала b(t).

=

σb2 =

3. Дискретизатор и квантователь.

Максимально допустимый интервал дискретизации Δt первичного сигнала b(t) по времени.

Согласно теореме Котельникова:

 

Найти число уровней квантования L квантователя.

Вычислить среднюю мощность шума квантования ε2.

Рассматривая дискретизатор и квантователь вместе, как источник дискретных сигналов B={bкв(ti)} с объемом алфавита L, определим его энтропию Н(B) и производительность Η'(B) при условии, что отсчеты, взятые через интервал Δt, статистически независимы.

 = 90

4. Кодер

Число информационных символов двоичного кода  k, необходимое для кодирования всех L уровней квантованного сообщения.

Определить Длину кодовой комбинации  n кода с одной проверкой на четность.

Найти избыточность кода ρ.

Записать комбинацию примитивного двоичного кода, соответствующую передаче j-го уровня, считая, что она представляет собой запись числа j в двоичной системе счисления.

В двоичном виде:

Алгоритм:

(разряды)     4            3            2            1

Кодовая комбинация примитивного кода : 1000

Записать соответствующую комбинацию кода с проверкой на четность, указав в ней информационные и проверочный разряды.

Получаем кодовую комбинацию кода с проверкой на чётность: 11000

Сигнал для модуляции по методу АМ: 11000

Определить число двоичных символов, выдаваемых кодером в секунду (скорость манипуляции) Vк и длительность передачи символа (тактовый интервал синхронного двоичного сигнала) Т.

5. Модулятор

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  

 Записать аналитическое выражение модулированного сигнала u(t), связывающее его с сигналом bикм(t).

На выходе модулятора с АМ при каждой посылке «1» - передаётся максимальная амплитуда сигнала (). При посылке «0» передаваемая амплитуда сигнала = 0В.

u0(t)=Um cos2ft 

при 0 < t < 2t

   при 2t < t <5t

  1.  Построить графики временных диаграмм сигнала bикм(t), представляющего кодовую комбинацию j -го уровня сообщения  (bk+1, bk, bk-1,… b1), и соответствующего модулированного сигнала u(t) (с учетом заданного вида модуляции).

   

   

Записать аналитическое выражение и построить график автокорреляционной   функции   Rикм(τ) для последовательности кодовых символов bикм(t),  поступающей на вход модулятора. Вычисления и построение провести применительно к одиночному символу длительностью Т, что соответствует минимально возможному интервалу автокорреляции и максимальной ширине энергетического спектра.

Общая формула для корреляционной функции:

 

 

                      -T                                         τ                T     

Записать аналитическое выражение и построить график СПМ (энергетического спектра) Gикм(f) этого сигнала.

 

 

где

 

0

0

7,94E-06

197920

310734

6,43E-06

395840

621469

3,22E-06

791681

932204

7,15E-07

989601

1242940

0

1187522

1553675

2,57E-07

1385442

1864410

3,57E-07

1583363

2175145

1,31E-07

1781283

2485879

0

1979203

3107349

7,942E-08

2177124

3418084

1,287E-07

2375044

3728819

5,32E-08

     

ц

Записать аналитическое выражение и построить график энергетического спектра модулированного сигнала Gu(f) для единичного импульса.

     

                      

   

Вычислить  полосу частот (ширину энергетического спектра) модулированного сигнала FU. (для сигналов ЧМ необходимо дополнительно учесть значение девиации частоты 2Δf =f1-f0, которое выбрать таким, чтобы обеспечивалась ортогональность элементов сигнала U0(t) и U1(t) на интервале Т. Здесь f1, f0 –значения частот излучения, соответствующие передаче, соответственно, символов «0» и «1»).

 

6. Канал связи

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  

 Записать аналитическое выражение, связывающее сигналы z(t)  и  u(t) с учетом аддитивного шума и коэффициента Kпк.

z(t)=s(t)+n(t), где s(t)= u(t)∙Kпк

 Найти мощность шума на выходе канала Рш в полосе частот модулированного сигнала FU.

 Найти мощность Рs модулированного сигнала s(t) = Kпкu(t)  на  входе демодулятора (для АМ соответствующего уровню «1»).

 Определить в децибеллах отношение сигнала и шума на выходе канала Рs / Рш.

 (это – не в дБ)

 Определить энергию элементарного символа принятого полезного сигнала длительностью Т  (для АМ соответствующего уровню «1»).

 Рассчитать значение параметра  h2 - отношение энергии сигнала к СПМ шума на входе демодулятора. 

 Определить пропускную способность канала С '.

 Рассчитать эффективность использования пропускной способности канала Кс, определяемую как отношение производительности источника сообщений Η'(B) к пропускной способности непрерывного канала С'.

7. Демодулятор

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  

Изобразить структурную схему оптимального демодулятора для заданного вида модуляции и способа приема.

Рассчитать среднюю вероятность ошибочного приема двоичного символа рош.

Определить, как нужно изменить энергию сигналов, чтобы при других видах модуляции и заданном способе приёма сохранялось бы то же значение вероятности ошибки рош. :

При ЧМ для такой-же вероятности ошибки нужна энергия сигнала меньше в 2 раза, для ФМ меньше в 4 раза.

8. Декодер

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  

Оценить обнаруживающую способность q0 заданного кода  (п, п-1) с одной проверкой на четность.

Рассчитать вероятность необнаруженной ошибки рно.

Код с одним битом проверки на чётность обнаруживает одиночные ошибки. В соответствии с формулой и с учётом всего 5-ти символов в комбинации, вероятность того, что ошибок в кодовой комбинации будет больше, чем в одном символе:

Из этих слагаемых выбираем только  те, которые соответствуют чётному числу ошибок.

7. Фильтр нижних частот

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.  

Определить значение Fcр ФНЧ, при котором обеспечивается теоретически точное восстановление непрерывного сообщения.

Изобразить амплитудно-частотную. характеристику ФНЧ.

Фильтр-восстановитель характеризуется комплексной передаточной функцией  H().

АЧХ идеального ФНЧ:

|H()| =

1 -  идеальный фильтр

2 – реальный фильтр

     

ФЧХ идеального ФНЧ:

θ(ω) = - ωτ , где τ -  постоянная (время задержки), параметр, равный по модулю коэффициенту наклона ФЧХ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11902. Определение арсеназо 1 и голубого декстрана в их смеси 229.5 KB
  Лабораторная работа №312 Определение арсеназо 1 и голубого декстрана в их смеси. Краткое теоретическое введение: Общая характеристика метода Гельхроматография или гельпроникающая или эксклюзионная хроматография является одним из вариантов жидкостной хромато...
11903. Балки и фермы. Главная Центроидальная Система координат 1.47 MB
  Методические указания по выполнению лабораторной работы №4 1. Балки и фермы В этой лабораторной работе рассматриваются: Идеализации Балочные элементы Система координат балки Действующая система координат балки Система координат формы...
11904. Лабораторные работы по физике 2.64 MB
  Основные правила работы в лабораториях кафедры прикладной физики 1. На каждое лабораторное занятие студенты должны приносить с собой: а лабораторный журнал тетрадь в клетку не менее 48 листов; б несколько листов миллиметровой бумаги формата А4; в клей для бумаги
11905. ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА 159.5 KB
  Лабораторная работа № 3 ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА Цель работы: Изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом сил трения. Приборы и принадлежности: машина Атвуда смонтированная на лабораторном мод...
11906. МАЯТНИК ОБЕРБЕКА 99 KB
  Лабораторная работа №4 МАЯТНИК ОБЕРБЕКА Цель работы: изучение основного закона динамики вращательного движения определение момента инерции системы грузов. Приборы и принадлежности: лабораторный модуль ЛКМ3 со стойкой и блоком стержень с отверстиями два круглых
11907. Определение плотности твердого тела на примере цилиндра 85.5 KB
  Определение плотности твердого тела. Цель работы: познакомиться с методом обработки результатов измерений научиться пользоваться штангенциркулем и микрометром. Оборудование: цилиндр штангенциркуль микрометр...
11908. Основные правила работы в лабораториях кафедры прикладной физики 48 KB
  Основные правила работы в лабораториях кафедры прикладной физики I.На каждое лабораторное занятие студенты должны приносить ссобой: а лабораторный журнал тетрадь в клетку не менее 48 листов. бнесколько листов миллиметровой бумаги формата А4 А5. вклей для бума
11909. СТАТИСТИКА ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА (Статистическая обработка результатов измерений) 80.5 KB
  Лабораторная работа № 1 СТАТИСТИКА ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА Статистическая обработка результатов измерений Цель работы: определение времени реакции человека. Ознакомление со статистической обработкой результатов измерений. Приборы и принадлежности: измерител...
11910. ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИК Введение Описание установки 38.39 KB
  Лабораторная работа № 5 ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИК Введение Описание установки Рис. 1 Физический маятник представляет собой твердое тело в нашем случае стержень 12 с отверстиями который монтируется на блоке 11 закрепленном на стойке 10 модуля ЛКМ3 так чтобы ось блока не пр...