49526

Расчет параметров систем передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет информационных характеристик источника сообщения и канала связи К входным преобразованиям относятся ограничения максимальных значений сообщения дискретизация и квантования непрерывного сообщения. Полагая что три из перечисленных выше ошибок имеют одинаковую величину определим их значения: 2 где 1 эффективное значение относительной ошибки вызванной временной дискретизацией сообщения 2 эффективное значение относительной ошибки вызванной ограничением максимальных...

Русский

2013-12-30

412.93 KB

3 чел.

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Уральский технический институт связи и информатики

филиал Сибирского государственного университета

телекоммуникаций и информатики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по  предмету “Теория электрической связи”

на тему:

Расчет параметров систем передачи непрерывных сообщений

дискретными сигналами

Выполнил: Посохов А.В.

Студент группы МЕ-51                

Проверил: Астрецов Д.В.

г. Екатеринбург 2007

Техническое задание к курсовому проекту

Исходные данные:

Показатель степени k = 6;

Заданная частота   f0 = 600 Гц;

Относительная ошибка   = 1%;

Вид распределения – модель речевого процесса

;

Вид модуляции – ЧМ


СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Расчет параметров передачи

2.1. Расчет среднеквадратической относительной ошибки   

2.2. Расчет частоты дискретизации       

2.3. Определение пикфактора

2.4. Расчет уровней квантования

2.5. Расчет длительности импульса двоичного кода

2.6. Расчет ширины спектра ИКМ модулированного сигнала

2.7. Расчет информационных характеристик источника сообщения

и канала связи

2.8. Расчет отношений мощностей сигнала и помехи, необходимых

для обеспечения заданного качества приема

2.9 Код Баркера

3. Заключение

4. Библиографический список


                                  1.Введение

Целью настоящего проекта является определение основных характеристик системы передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами, а также анализ системы передачи непрерывных сообщений цифровыми методами, расчет характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналам связи с помехами.

Системой связи называется совокупность устройств, обеспечивающих передачу сигнала из одной точки в другую точку. Структурная схема изображена на рис.1.

  Часть системы связи, расположенная слева, является источником сигнала, а справа получателем переданного сигнала. Если входной и выходной сигналы являются непрерывным (по уровню), то и канал называется непрерывным.

Канал связи можно характеризовать тремя параметрами: временем Тв в течении которого по каналу возможна передача; динамическим диапазоном Д; полосой пропускания.

Общими признаками непрерывных каналов являются:

  1.  входной канал является суммой откликов отдельных входных сигналов и помех, выходной – продуктом преобразований входного, если нелинейные преобразования в канале малы по сравнению с выходным сигналом;
  2.  сигнал при передачи по каналу претерпевает задержку по времени и затухание по уровню;
  3.  на выходе канала даже при отсутствии полезного сигнала всегда имеются помехи.

В реальном канале сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной является как искажения, вносимые самим каналом, так и помехи, воздействующие на сигнал. Имеют место линейные и нелинейные искажения.


2.Расчет параметров передачи

2.1. Расчет среднеквадратической относительной ошибки

Для сигнала, передаваемого по каналу связи, известен закон распределения, зависимость спектральной плотности от частоты и эффективное значение

напряжения, представляющее собой квадратный корень из удельной мощности процесса.

К входным преобразованиям относятся ограничения максимальных значений сообщения, дискретизация и квантования непрерывного сообщения. Поэтому входные преобразования вносят три класса ошибок, которые можно считать некоррелированными.

Тогда эффективное значение относительной ошибки входных преобразований может быть найдено по формуле:

                                                                         (1)

где  i - эффективное значение относительной ошибки, обусловленной каждой из вышеперечисленных причин.

Полагая, что три из перечисленных выше ошибок имеют одинаковую величину, определим их значения:

(2)

где  1 -  эффективное значение относительной ошибки, вызванной         

                временной дискретизацией сообщения,

 2 - эффективное значение относительной ошибки, вызванной ограничением максимальных отклонений сообщений от среднего значения,

 3 - эффективное значение относительной ошибки, вызванной квантованием сообщения.  

В реальных условиях все три операции выполняются практически одновременно в процессе преобразования аналогового сообщения в цифровую форму. Для удобства расчетов полагаем, что первой операцией является дискретизация, второй - ограничение, третьей - квантование.

2.2. Расчет частоты дискретизации

Эффективное значение относительной ошибки временной дискретизации сообщения х(t) определяется

                                                               (3)

где    Fд – частота временной дискретизации,

Sx(f) – спектральная плоскость мощности сообщения x (t).

В задании на проектирование форма спектральной плотности мощности сообщения определена равенством

            (4)

где  S0 – спектральная плотность мощности сообщения на нулевой частоте,

       k – параметр, характеризующий порядок фильтра, формирующего сообщение,

       f0 – частота, определяющая ширину спектра  сообщения по критерию снижения Sx(f) в два раза по сравнению с её значением на нулевой частоте  Sx(0).

Подставляя (4) в (3), вычисляя интегралы и квадратный корень, можно получить выражение, связывающее значения ошибки 1 и частоты Fд. При заданном значении 1 можно найти минимальное значение частоты дискретизации Fд, обеспечивающее допустимую погрешность первого из входных преобразований сообщения.

При расчёте частоты дискретизации FД по вышеприведенной формуле

воспользуемся приближённым выражением

,

2.3 Определение пикфактора

Второе преобразование – это ограничение размаха отклонений сообщения от среднего значения, полагаемого равным нулю. В случае преобразования

непрерывного сообщения в цифровую форму введение ограничения неизбежно.

Вместе с тем процесс ограничения вызывает искажения исходного сообщения.

Степень искажений зависит от закона распределения исходного сообщения и от порога ограничения к эффективному значению входного сообщения.  

Отношение максимального пикового значения непрерывного сообщения к его эффективному значению называется пикфактором.

Заданное сообщение является одной из моделей речевого процесса и имеет

плотность вероятности, описываемую суммой гауссовых кривых

;

2

Рисунок 1

 3        3,5               4       4,5   5        5,5               6    Н

 10-1

 10-2

 10-3

 10-4

 10-5

По графику определили, что H2=3,5

2.4. Расчет уровней квантования

Эффективное значение относительной ошибки квантования связано с числом разрядов Np двоичного кода при достаточно высоком числе уровней квантования соотношением

    

По заданному значению относительной ошибки 3 = 0,00577 определяем число разрядов двоичного кода, которое обеспечивает заданную точность преобразования

                                                           (5)

E(x) – целая часть дробного числа x.

Данное выражение справедливо при квантовании с одинаковым шагом по всему диапазону изменений сообщения.

 Полученные входные преобразования позволяют сформировать сигнал ИКМ (импульсно кодовой модуляции), обеспечивающий требуемый уровень точности передачи аналогового сообщения цифровым способом с использованием двоичного кода.

,

Передача непрерывных сигналов с помощью ИКМ имеет ряд достоинств. Сигналы ИКМ – цифровые, поэтому их легко усиливать преобразовывать, совершать над ними логические и арифметические операции с помощью цифровых микросхем. Применение ИКМ позволяет решить вопросы унификации и стандартизации аппаратуры. Сигналы ИКМ можно регенерировать, т.е. частично искажённые в КС импульсы можно восстановить в регенераторе промежуточной станции радиорелейной системы и вновь передать к следующему приёмопередатчику. При этом устраняется эффект накопления шумов и повышаются помехоустойчивость и дальность действия системы.

Определим вероятность ошибки приёма разрядного символа.

Эффективное значение среднеквадратичной ошибки воспроизведения сообщения, вызванной ошибочным приёмом одного из символов двоичного кода, вызванного широкополосным шумом, определяется из формулы:

 

 

2.5. Расчет длительности импульса двоичного кода

Длительность импульса кодовой последовательности определяется из соотношения:

           (6)

где C – длительность временного интервала, предназначенного для передачи сигналов синхронизации.

Для фазовой модуляции принимаем C = И , тогда

  

2.6 Расчёт ширины спектра сигнала, модулированного двоичным кодом.

Скачкообразное изменение параметра сигнала называется манипуляцией в отличие от модуляции, которая предусматривает главное изменение параметра. Таким образом, в результате манипуляции двоичная последовательность кодовых символов с различными фазами (частотами) может быть представлена суммой двух импульсных последовательностей с различными начальными фазами или частотами. Поскольку характер последовательностей определяется реализацией сообщения, каждую из них следует считать случайным процессом с характерной для его последовательности  прямоугольных импульсов функцией корреляции в виде гармонической функции (косинуса) с огибающей треугольной формы. Спектральная плотность мощности такой последовательности имеет вид функции (sin2 x)/x2, максимум которой находится на несущей частоте, а ширина главного лепестка по первым нулям спектральной плотности равна f0 = 2u. На практике обычно ширина спектра определяется полосой частот, в которой сосредоточено (80 – 90)% энергии (мощности) сигнала.

Для сигнала с частотной  модуляцией ширина спектра, модулированного

двоичным кодом, определяется из соотношения:

 

2.7. Расчет информационных характеристик источника сообщения

и канала связи

Энтропия H(x) – количество собственной информации приходящейся в среднем на один символ источника дискретного сообщения.

Энтропия источника независимого непрерывного сообщения

достаточно высокого числа уровней квантования определяется выражением

  ,      (9)

где

плотности вероятности, поскольку эффективное значение сообщения равно 1В,

h – величина интервала квантования,

  ,

-амплитуда (размах)

        -число интервалов квантования

Для равномерного распределения

Информационная эффективность сообщения определяется из соотношения:

 

где Hмакс – максимальная энтропия источника, которая достигается при равномерном распределении

     

             

Избыточность сообщения определяется из соотношения

         

Производительность источника сообщения определяется из равенства 

Пропускная способность канала связи определяется по формуле Шеннона

,        (10)

где PC – мощность сигнала в рассматриваемой полосе  частот  дискретизации ,

      Pш – мощность шума в рассматриваемой полосе частот.

Для согласования источника сообщения с каналом связи сравним пропускную способность канала с производительностью источника

          (11)

, откуда

             

       =

Таким образом, при согласовании пропускной способности источника сообщения с каналом связи  значение должно равняться 131071.

Необходимо отметить, что в данном случае следует рассматривать мощность шума в полосе частот, соответствующей частоте дискретизации сообщения, а также тот факт, что информация передается без искажений.

2.8. Расчёт отношений мощностей сигнала и помехи, необходимых

для обеспечения заданного качества приёма

Рассмотрим алгоритм оптимального приёма, обеспечивающий потенциальную помехоустойчивость выделения бинарного сигнала. Полагая априорные вероятности передачи единиц и нулей двоичного кода равными 0,5, можно записать [1]:

       (12)

где  Ф(x) = – функция Лапласа

- отношение энергии сигнала Ес = Рс τu к спектральной плотности No/2 аддитивного “белого” шума,

- коэффициент взаимной корреляции сигналов, соответствующих передаче “единицы” и “нуля”.

При использовании фазовой модуляции S1(t)= - S2(t) и ρ = -1 и вероятность приема символа двоичного кода может быть найдена по формуле

  

 Зависимости вероятности ошибки от отношения мощностей сигнала и помехи приведены на рис.2 [1]. Задаваясь значением вероятности ошибки полученной из приближенного равенства, можно найти требуемое значение отношения q2, обеспечивающее качество приёма при наилучшем способе.

Наилучший способ приёма - идеальный приёмник Котельникова может быть реализован при сигнале, известном точно за исключением, в данном случае, факта - какой из двух возможных сигналов Si (t) или Ss (t) присутствует на входе приёмника в данный момент времени. Помехоустойчивость приёмника, характеризуемая вероятностью ошибки рош, определяется только отношением его энергии к спектральной плотности помехи. Поэтому применение сложных сигналов не может дать выигрыша помехоустойчивости при помехе в виде широкополосного шума и сигнале, известном точно. Однако применение сложных сигналов позволяет получить целый ряд других преимуществ - повышение помехоустойчивости по отношению к помехам от других подобных систем связи, при действии узкополосных помех, многолучевом распределении сигнала и т.п. Кроме того, использование сложных сигналов позволяет обеспечить синхронизацию устройства восстановления аналогового сообщения по принятому цифровому сигналу.

В соответствии с рекомендациями необходимо выбрать тип кода (код Баркера или М – последовательность), его длину и конкретную реализацию - последовательность единиц и нулей. Длительность импульса теперь должна уменьшиться  стать равной

           (13)

где N – количество импульсов в фазоманипулированном коде, несущем один символ (единица или ноль) информационного кода (длина последовательности).

При неоптимальном приёме выражения для вероятностей ошибок зависят от конкретной схемы, реализующей значение символов двоичного кода дискретного сигнала. При рациональном построении устройств некогерентной обработки, можно использовать следующие приближённые выражения для вероятностей ошибок [1]:              ,        (14)

- при частотной модуляции

В приведённых формулах считается, что априорные вероятности передачи единиц и нулей одинаковы, а

        (15)

- отношение максимальной (пиковой) мощности сигнала к мощности помехи на выходе согласованного с ЧКМ сигналом фильтра.  

рош

ЧМ

1

0,5

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

 

0      10          20              30   40        50            60   70      80     q2

Рисунок 2- Зависимость вероятности ошибки от отношения мощностей сигнала и помехи

 

 

 

        

Требуемое отношение q2 для обеспечения заданного значения вероятности ошибки pош составляет 51 и больше  аналогичной величины для согласованного источника сообщения с каналом связи.

Структурная схема когерентного приемника приведена на рис.2. Она состоит из перемножителя П, генератора опорного колебания Г и фильтра нижних частот ФНЧ. Опорное колебание при когерентном приеме s(t) представляет собой  точную копию переданного сигнала. Если сигналом s(t) является колебание с известной частотой и фазой, то в приемнике используется синхронный детектор, в котором опорное колебание синхронно с колебанием несущей частоты. Фильтр нижних частот выполняет функцию интегратора, он выделяет на выходе напряжение, практически совпадающее с огибающей входного (высокочастотного) сигнала.

При некогерентном приеме априорные сведения о начальной фазе принятого сигнала не учитываются, поэтому в схеме приемника можно применить не синхронный, а амплитудный детектор, структурная схема которого  приведена на рис.3


Согласованный фильтр для синхронизирующей последовательности

Согласованный фильтр для информационной последовательности


Информационный фильтр информационный сигнал

Код

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

*

0

0

1

0

1

1

1

0

1

*

0

0

1

1

1

1

1

2

-1

-2

-1

0

3

-4

-1

0

1

0

-3

-2

15

Информационный фильтр синхронизирующий сигнал

Код

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

*

1

0

1

0

0

0

1

0

1

*

1

0

1

0

1

0

-1

0

1

0

3

0

3

-4

-5

-2

1

0

1

-2

7


Синхронизирующий фильтр синхронизирующий сигнал

Код

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

1

*

1

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

*

1

0

1

0

1

*

1

-1

0

1

0

1

4

-1

0

-5

-2

-1

-2

-1

0

15

Синхронизирующий фильтр информационный сигнал

Код

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

*

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

*

0

0

1

1

1

*

0

1

2

-1

-2

1

0

-1

0

-5

-4

3

-2

-5

4

7



Заключение

Из всех всевозможных задач помехоустойчивого кодирования главной является задача поиска наилучшего (оптимального) кода. Задача формулируется следующим образом: при заданных  m и n требуется найти код, имеющий наибольшую величину кодового расстояния d. В общем виде задача не решена к настоящему моменту времени. Однако принципы построения помехоустойчивого кодирования позволяют определить структурные схемы кодирующего и декодирующего устройств, которые позволяют исправлять ошибки. В кодирующем устройстве обязательно имеется запоминающее устройство, в памяти которого хранятся разрешенные кодовые комбинации.  Декодирующее устройство, кроме запоминающего устройства, включает в свой состав также сравнивающее и решающее устройство, которые предназначены для сравнения принятой кодовой комбинации со всеми разрешенными и нахождения комбинации, отличающейся от принятой меньшим числом символов. Подобные устройства не нашли применения в связи из-за их сложности, особенно при большой длине кодов.  При фиксированном кодовом расстоянии максимально возможная кратность корректируемых ошибок достигается в кодах, которые обнаруживают ошибки и восстанавливают стертые символы. Исправление ошибок представляет собой более трудную задачу, практическое решение которой сопряжено с усложнением кодирующих и декодирующих устройств.

        Поэтому исправляющие коды обычно используются для корректирования ошибок малой кратности. С увеличением кодового расстояния корректирующая способность кода возрастает. При фиксированном числе разрешенных комбинаций М0 увеличение кодового расстояния возможно лишь за счет роста количества запрещенных комбинаций, что в свою очередь требует избыточного числа символов.


Библиографический список

  1.  Астрецов Д.В. Расчет параметров систем передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами. Методические указания к курсовой работе по дисциплине ”Теория электрической связи”, Екатеринбург, Изд-во УФ СИБГУТИ, 1999, 21c.
  2.  Клюев Л.Л. Теория электрической связи. Учебник для вузов. Минск, ДизайнПРО, 1998.
  3.  Теория электрической связи. Учебное пособие для вузов. /А.Г.Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; под ред. Д.Д. Кловского, М.: Радио и связь, 1998.
  4.  Радиотехнические системы передачи информации: Учебное пособие для вузов /В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.: Под ред. В.В.Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990   
  5.  Зюко А.Г., Коробов Ю.Ф. Теория передачи сигналов. М, 1972


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18509. Аналіз фінансових результатів діяльності підприємства 134.5 KB
  Тема Аналіз фінансових результатів діяльності підприємства Значення система показників завдання та джерела даних аналізу фінансових результатів. Загальна оцінка рівня та динаміки формування фінансових результатів. Аналіз валового прибутку підприємства. ...
18510. Аналіз фінансового стану підприємства 173 KB
  Тема Аналіз фінансового стану підприємства Поняття значення завдання та джерела аналізу фінансового стану підприємства. Загальна оцінка майна та боргових прав підприємства аналіз зміни їх складу та структури. Загальна оцінка джерел формування майна підп
18511. Теоретические основы логистической деятельности 61 KB
  Лекция 1. Теоретические основы логистической деятельности. Понятие сущность логистики. Этапы развития логистики. Предмет и содержание логистики как науки. Основные понятия логистики. Принципы логистики. 1. Понятие сущно...
18512. Концепция логистики 36.5 KB
  Лекция 2. Концепция логистики. Концептуальные положения логистики. Цели и системы логистики. Концептуальные положения логистики. Концепция это система взглядов то или иное понимание явлений процессов. Концепцию логи...
18513. Закупочная логистика 115 KB
  Лекция 3. Закупочная логистика. Понятие задачи и функции закупочной логистики. Процесс приобретения материалов и его основные стадии. Определение потребности в материалах. Методы материального обеспечения производства. Методы рас...
18514. Производственная логистика. Системы управления материальными потоками 87.5 KB
  Производственная логистика. Понятие задачи и функции производственной логистики. Основы управления материальными потоками в производстве. Организация материальных потоков. Системы управления материальными потоками. Понятие задачи ...
18515. Распределительная логистика 54.5 KB
  Лекция 6. Распределительная логистика. Понятие и сферы применения распределительной логистики. Каналы распределения товаров. Формы доведения товара до потребителя. Понятие и сферы применения распределительной логистики. Логистика распреде...
18516. Информационная логистика 44 KB
  Лекция 7. Информационная логистика. Значение и задачи информации в логистике. Информационные логистические системы. Построение и функционирование логистических систем. Значение и задачи информации в логистике. Достижение целей логистики т
18517. Логистика запасов 55.5 KB
  Лекция 9. Логистика запасов. 1. Понятие сущность и необходимость в материальных запасах. 2. Классификация запасов. 3. Основные системы управления запасами. 4. Стратегии управления запасами. 1. Понятие сущность и необходимость в материальных запасах. Материальные