49798

Расчёт параметров систем передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Распределение ошибки передачи сообщения по источникам искажений. Расчёт информационных характеристик источника сообщения и канала связи. Для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используются операции дискретизации и квантования. В составе цифрового канала предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму – АЦП аналого-цифровой преобразователь на передающей стороне и устройства преобразования цифрового сигнала в непрерывный – ЦАП...

Русский

2014-01-08

874.5 KB

6 чел.

Министерство РФ по связи и информатизации

Уральский технический институт связи и информатики

 ГОУ ВПО «СибГУТИ» (филиал)

Курсовая работа

по дисциплине «Теория электрической связи»

Расчёт параметров систем передачи непрерывных

сообщений дискретными сигналами

Выполнила: студентка гр. ОЕ-81

                 Кутяшова С.М.

       Проверил:   Астрецов Д.В.

                                           Екатеринбург, 2010


СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….3

Расчёт параметров цифровых систем передачи непрерывных
сообщений……………………………………………………………………..5

  1.  Исходные данные..........................................................................................5
  2.  Распределение ошибки передачи сообщения по источникам  
    искажений………………………………………………………………….5
  3.  Выбор частоты дискретизации……………………………………………6
  4.  Расчёт пик-фактора…………………………..…………………………….7
  5.  Расчёт числа разрядов квантования………………………………………8
  6.  Расчёт длительности импульса двоичного кода…………………………8
  7.  Расчёт ширины спектра сигнала, модулированного двоичным
    кодом……………………………………………………………………….8
  8.  Расчёт информационных характеристик источника  сообщения и канала связи………………………………………………………………………...9
  9.  Расчёт отношений мощностей сигнала и помехи, необходимых для обеспечения заданного качества приёма………………………….…….10
  10.   Выбор сложного сигнала для передачи информации и для синхронизации…………………………………………………………….11

Заключение…………………………………………………………………...17

Список используемой литературы………………………………………….18

Приложение...………………………………………………………………...19


Введение

Для передачи непрерывных сообщений можно воспользоваться дискретным каналом. При этом необходимо преобразовать непрерывное сообщение в цифровой сигнал, т.е. в последовательность символов, сохранив содержащуюся в сообщении существенную часть информации. Типичными примерами цифровых систем передачи непрерывных сообщений являются системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ).

Для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используются операции дискретизации и квантования. Полученная таким образом последовательность квантованных отсчётов кодируется и передаётся по дискретному каналу как всякое дискретное сообщение. На приёмной стороне непрерывное сообщение после декодирования восстанавливается.

Преимущество цифровых систем передачи перед непрерывными системами в их высокой помехоустойчивости.

При цифровой системе передачи непрерывных сообщений можно повысить достоверность применением помехоустойчивого кодирования. Высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи позволяет осуществить практически непрерывную по дальности связь при использовании каналов сравнительно невысокого качества.

Другим преимуществом цифровых систем является широкое использование в аппаратуре преобразования сигналов современной элементной базы цифровой ВТ и микропроцессоров

В приложении 1 приведена общая структурная схема системы передачи сообщений в цифровой форме. В составе цифрового канала предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму – АЦП (аналого-цифровой преобразователь) на передающей стороне и устройства преобразования цифрового сигнала в непрерывный – ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) на приёмной стороне.

Преобразование в АЦП состоит из трёх операций. Сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени, полученные отсчёты мгновенных значений квантуются, а после полученная последовательность квантованных значений передаваемого сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности кодовых комбинаций. Это преобразование называется ИКМ.

Полученный с выхода АЦП сигнал ИКМ поступает или непосредственно в линию связи, или на вход передатчика, где последовательность двоичных импульсов преобразуется в радиоимпульсы.

На приёмной стороне линии связи последовательность импульсов после демодуляции и регенерации в приёмнике поступает на ЦАП, назначение которого состоит в обратном преобразовании (восстановлении) непрерывного сообщения по принятой последовательности кодовых комбинаций. В состав ЦАП входят декодирующее устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантованную последовательность отсчётов, и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям.


Расчёт параметров цифровых систем передачи непрерывных сообщений

1. Исходные данные

Показатель степени k = 3

Частота  f0=200 Гц.

Относительная ошибка δ=0,5 %.

Вид модуляции: ОФМ.

Закон распределения сообщения:

2. Распределение ошибки передачи сообщения по источникам  искажений

Подлежащее передаче по цифровому каналу сообщение представлено законом распределения (плотностью вероятности мгновенных значений), зависимостью спектральной плотности от частоты и эффективным значением напряжения, представляющим собой корень квадратный из удельной мощности процесса.

Задано также допустимое значение относительной эффективной ошибки входных преобразований и ошибки, вызванной действием помех. К входным преобразованиям относятся ограничение максимальных значений сообщения, дискретизация и квантование непрерывного сообщения. Таким образом, входные преобразования вносят три класса ошибок, которые можно считать некоррелированными. Тогда эффективное значение относительной ошибки входных преобразований может быть найдено по формуле

, (1.1)
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;

4 – относительная эффективная ошибка, вызванная действием помех.

В реальных условиях все три операции выполняются практически одновременно в процессе преобразования аналогового сообщения в цифровую форму. Однако для удобства расчётов предполагается, что первой операцией является дискретизация, второй – ограничение, а третьей – квантование..

Выберем 1=2 =3 =4, согласно  2 распределению

  

3. Выбор частоты дискретизации

Эффективное значение относительной ошибки временной дискретизации сообщения  определяется равенством

, (1.2)
где
Fв – верхняя частота спектра сообщения;

– спектральная плотность мощности сообщения .

В задании на проектирование форма спектральной плотности мощности сообщения определена равенством

 , (1.3)
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  в два раза по сравнению с её значением на нулевой частоте .

Подставляя (1.3) в (1.2), вычисляя интегралы и извлекая 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.

4. Расчёт пик-фактора

Второе преобразование – ограничение размаха отклонений сообщения от среднего значения (математического ожидания), полагаемого во всех вариантах заданий равным нулю. Введение ограничения неизбежно при преобразовании непрерывного сообщения в цифровую форму, однако процесс ограничения  вызывает искажения исходного сообщения. Степень искажений зависит от закона распределения (плотности вероятности) исходного сообщения и от отношения порога ограничения к эффективному значению входного сообщения, которое для всех сообщений полагается равным одному вольту (σч=1В). В дальнейшем отношение H максимального пикового значения непрерывного сообщения к его эффективному значению называется пик-фактором.

Сообщение имеет нормальное распределение:

(4.1)

H=3.8

5 Расчёт числа разрядов квантования

Связь эффективного значения относительной ошибки квантования з с числом разрядов Nр двоичного кода при достаточно высоком числе уровней квантования, когда ошибку можно считать распределённой по закону равномерной плотности, определяется выражением

Задавшись допустимым значением относительной ошибки  можно найти число разрядов двоичного кода, обеспечивающее заданную точность преобразования:

где  – целая часть дробного числа x.

6 Расчёт длительности импульса двоичного кода

После определения частоты дискретизации и числа разрядов двоичного кода можно определить длительность импульса кодовой последовательности:

7. Расчёт ширины спектра сигнала, модулированного двоичным кодом

В системах, которые являются предметом настоящей курсовой работы, предусмотрено использование сигналов с активной паузой за счёт изменения фазы на или частоты на некоторое значение м. Скачкообразное изменение параметра сигнала называется манипуляцией в отличие от  модуляции, которая предусматривает плавное 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 последовательности прямоугольных импульсов функцией корреляции в виде гармонической функции (косинуса) с огибающей треугольной формы. Спектральная плотность мощности такой последовательности имеет вид функции , максимум которой находится на несущей частоте, а ширина главного лепестка по первым нулям спектральной плотности равна f0 = 2/u. На практике обычно ширина спектра определяется полосой частот, в которой сосредоточено 80-90% энергии (мощности) сигнала. По этому критерию для радиоимпульса прямоугольной формы обычно принимается

Это же значение имеет ширина спектра всего фазоманипулированного сигнала, так как несущие частоты обеих последовательностей совпадают.

8. Расчёт информационных характеристик источника  сообщения и канала связи

Необходимо рассчитать энтропию источника сообщения, оценить его избыточность, производительность.

Для расчёта энтропии целесообразнее всего воспользоваться приближённой формулой, которая является достаточно точной при большом числе уровней квантования:

где W(х) – плотность вероятности сообщения;

H(x)=10.14 бит/символ

Для оценки избыточности сначала рекомендуется рассчитать информационную насыщенность сообщения:

где НМАКС – максимальная энтропия источника, достигаемая при равномерном распределении.

Hмакс = 11 бит/симв

IH(x) = 10,14/11=0,92

Тогда избыточность может быть найдена из выражения

R(x) = 1 – IH(x) = 1 – 0,92 = 0,08

Производительность источника сообщения находится из равенства

Vn=H(x) 2 f0 = 10,14 * 2 * 200 = 4056 бит/с

Пропускная способность канала связи определяется известной формулой Шеннона:

Сравнивая пропускную способность с производительностью источника, можно найти значение отношения мощностей сигнала и помехи, требуемое для согласования источника сообщения с каналом связи. Необходимо иметь в виду, что в данном случае речь идёт  о мощности шума в полосе частот, равной половине частоты дискретизации сообщения, и что при этом информация передаётся без искажений.

Vn = C

9. Расчёт отношений мощностей сигнала и помехи, необходимых для обеспечения заданного качества приёма

Эффективное значение среднеквадратичной ошибки воспроизведения сообщения, вызванной ошибочным приёмом одного из символов двоичного кода за счёт широкополосного шума, можно найти из формулы

где рош – вероятность ошибки приёма разрядного символа. приведённая формула справедлива при небольших значениях 4.

Применяется ФМ и некогерентный приём, и вероятность ошибки можно рассчитать по формуле:

q2нек = - 2 ln 2 pош = - 2 ln ( 2 * 3,82 * 10-8 ) = 32,8

q2min = 31, тогда можно найти :

Kпр = 10 lg 1,05 = 0,24 дБ

Схема оптимального когерентного и некогерентного приёма представлены в Приложении

10. Выбор сложного сигнала для передачи информации и для синхронизации

Составим М-последовательности для информационного сигнала и сигнала синхронизации.

В нашем случае , .

N

4

1

0

0

1

0

0

1

1

Для составления информационной М-последовательности будем использовать первую строку таблицы.

Зададимся d1=1, d2=0, d3=1, d4=0

, где

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

Получаем информационную последовательность: 101011001000111

Для составления синхронизирующей М-последовательности будем использовать вторую строку таблицы.

Зададимся d1=1, d2=0, d3=1, d4=0

, где

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

Получаем синхронизирующую последовательность: 101011110001001

Рассмотрим согласованный фильтр для информационной последовательности, где

СФОИ – согласующий фильтр одиночного импульса.

Пропустим через данную схему информационную последовательность и построим функцию корреляции.

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

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

 *

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

*

0

1

0

1

0

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

*

0

1

0

1

1

0

1

*

0

1

1

Σ

1

0

1

-2

1

0

3

-4

-1

-2

1

-2

-1

-2

15

Теперь пропустим через этот же фильтр синхронизирующую последовательность и построим функцию корреляции.

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

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

0

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

*

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

*

0

1

0

1

1

0

1

*

0

1

1

Σ

1

-2

1

0

-1

2

-5

2

3

-2

-3

2

7

-2

3

Рассмотрим согласованный фильтр для синхронизирующей последовательности, где

СФОИ – согласующий фильтр одиночного импульса.

Пропустим через данную схему информационную последовательность и построим функцию корреляции.

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

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

*

0

1

0

1

0

0

0

0

*

0

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

*

0

1

0

1

1

0

1

*

0

1

1

Σ

1

0

1

-2

1

0

5

0

1

-4

-5

-2

1

-2

3

Теперь пропустим через этот же фильтр синхронизирующую последовательность построим функцию корреляции.

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

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

*

0

1

0

1

1

0

1

*

0

1

1

Σ

1

-2

1

0

-1

2

-3

3

-3

0

-1

-2

1

-2

15


Заключение

В результате выполнения курсовой работы я закрепила навыки по темам: «Анализ систем передачи непрерывных сообщений цифровыми методами», «Расчёт характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналу связи с помехами», разработала структурную схему системы передачи непрерывного сообщения в цифровой форме.

В результате выполнения курсовой работы были получены основные результаты:

Величина

Значение

Эффективное значение относительной ошибки, вызванной временной дискретизацией сообщения; 1

0,0025

Эффективное значение относительной ошибки, вызванной ограничением максимальных отклонений сообщений от среднего значения; 2

0,0025

Эффективное значение относительной ошибки, вызванной квантованием сообщения; 3

0,0025

Относительная эффективная ошибка, вызванная действием помех; 4

0,0025

Значение частоты дискретизации; FД, кГц

3.2

Значение пик-фактора; Н

3,5

Число разрядов двоичного кода; Np

11

Требуемое значение отношения сигнал/шум для обеспечения пропускной способности канала связи

12731745

Требуемое отношение q2 при оптимальном когерентном приёме

31

Требуемое отношение q2 при оптимальном некогерентном приёме

32,8


Список используемой литературы

1. Теория электрической связи: Учебник для вузов /А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь, 2000.

2.  Теория электрической связи: Методические указания к выполнению курсовой работы /Д.В. Астрецов. Екатеринбург:УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2005


Приложение

Структурные схемы оптимального когерентного и некогерентного приёмов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74505. Модель OSI. Принцип взаимодействия компьютеров в сети 211 KB
  В модели OSI все протоколы сети делятся на семь уровней: физический канальный сетевой транспортный сеансовый представительный и прикладной Рис. Основной задачей канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. Кадр может быть доставлен по сети к другому компьютеру только в том случае если протокол соответствует той топологии для которой он был разработан. Сетевой уровень Network lyer служит для образования единой системы объединяющей несколько сетей причем эти сети могут быть различной топологии...
74506. История развития компьютерных сетей. Глобальные и локальные сети 263 KB
  История развития компьютерных сетей Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции развития компьютерных технологий. Такие многотерминальные централизованные системы внешне напоминали локальные вычислительные сети до создания которых в действительности нужно было пройти еще большой путь. Терминалы в этом случае соединялись с компьютером через телефонные сети с помощью специальных устройств модемов. Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме что является базовым механизмом любой компьютерной сети.
74507. Технические средства и системное программное обеспечение корпоративных информационных систем 5.37 MB
  Описание архитектуры фон Неймана В настоящее время используются разнообразные принципы логической и структурной организации ЭВМ. Исторически первыми но не утратившими своего значения являются однопроцессорные ЭВМ фоннеймановской архитектуры. В основу архитектуры положены традиционные принципы построения однопроцессорной ЭВМ сформулированные Дж. Как показывает дальнейшее развитие и совершенствование компьютеров такая архитектура построения ЭВМ является препятствием для дальнейшего роста производительности компьютера.
74508. ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 1.09 MB
  Весь процесс производства с точки зрения информатики представляет собой непрерывный процесс порождения обработки изменения хранения и распространения информации. Современное предприятие можно рассматривать как эффективный информационный центр источниками информации которого являются внешняя и внутренняя деловая среда.
74509. Предмет и основные понятия корпоративных информационных систем 1.1 MB
  Понятие информационной системы. Корпоративные информационные системы. Структура корпоративной информационной системы. Цель изучения дисциплины Корпоративные информационные системы – подготовка к использованию современных информационных технологий в рамках КИС как инструмента для решения научных и практических задач в своей предметной области на высоком профессиональном уровне а также к участию в разработке и внедрении этих систем.
74510. ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 2.7 MB
  Посмотрим каким критериям должна удовлетворить концепция КИС: концепция КИС должна быть полностью формализована и ясна с точки зрения реализации обеспечивается технологиями ООП; созданная КИС не должна требовать частых переделок КИС меняется Пользователем на пользовательском уровне Разработчик в этом участвует значительно реже только подменяя ядро КИС на более эффективное; КИС должна иметь форму коробочного продукта КИС реализованная на принципах ООП близка этой форме; КИС должна требовать минимальной настройки под конкретное...
74511. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 192.5 KB
  Более подробно жизненный цикл КИС корпоративной информационной системы можно представить следующим образом: Этап анализа на котором происходит сбор предложений требований пожеланий аналогий фактов примеров эскизов сценариев и т. Этап управления вариантами системы необходим чтобы не утонуть в накапливаемом аналитическом материале. Этап конструирования знаменуют собой начало синтеза первых очертаний системы. Здесь происходит разработка вариантов архитектуры системы концептуальных моделей системы диаграмм взаимодействия подсистем...
74512. Сетевое обеспечение корпоративных информационных систем 6.39 MB
  Корпоративные сети. Целесообразность создания компьютерной сети обуславливается следующим: возможностью использования территориально распределенного программного обеспечения информационных баз данных и баз знаний находящихся у различных пользователей; возможностью организации распределенной обработки данных путем привлечения ресурсов многих вычислительных машин; оперативному перераспределению нагрузки между компьютерами включенными в сеть и ликвидации пиковой нагрузки за счет перераспределения ее с учетом часовых поясов; специализацией...