Розрахунок та оптимізація характеристик системи електрозв 'язку

                           КУРСОВА  РОБОТА

З дисципліни «Теорія електричного зв’язку»

На  тему:

„Розрахунок та оптимізація характеристик  системи

електрозв 'язку" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Зміст 

1. Вихідні дані.           
2. Вступ.            
3. Структурна схема цифрової системи передачі (ЦСП)
4. Розрахунок характеристик аналого-цифрового перетворення та інформаційних характеристик повідомлень на виході АЦП
5. Розрахунок характеристик завадостійкості прийому сигналів у дискретному каналі
6. Вибір корегуючого коду та розрахунок характеристик завадостійкого декодування.
7. Розрахунок пропускної спроможності каналу зв 'язку.
8. Розробка структурної схеми демодулятора.
9. Розрахунок ефективності системи передачі.
10. Висновок
11. Список використаної літератури

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вихідні дані до курсової роботи 

Верхня гранична частота спектру: Fв=9 кГц

Амплитуда модульованого сигналу: a=0,2 В

Спектральна щільність потужности завади:…………………………………...No, B2/Гц

Рівні квантування: 11 , 29 , 53

Пік-фактор сигналу: П=3,8

Допустиме відношення сигнал-шум: Ркв=28 дБ

Модуляция: ВФМ 
 
 
 
 

  Вступ

      В даний час широко використовується метод обробки радіотехічних сигналів за допомогою мікроелектронних обчислюватих систем та пристроїв. Ми розглянемо найбільш вивчений класс систем дискретної обробки сигналу: цифрові системи передачі неперервних повідомлень. Перевага цифрових систем передачі цифрових систем передачі заключається в основному у тому, що:

     -основиним джерелом викривлень сигналу аналогових систем являються нестабільність параметрів і характеристик самої апаратури, чого можна уникнути при цифровій обробці сигналів;

      -цифрові методи передачі дозволяють регенерувати форму сигналу, тобто уникнути нагромадження завад.

     Взагалі принцип цифрової обробки сигналу можна описати так: неперервний вхідний сигнал x(t) поступає в аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), що управляється синхронизуючими імпульсами від генератора, що задає частоту дискретизації. В момент подачі синхронизуючого імпульсу на виході АЦП виникає сигнал, що відображає результат вимірення моментального значення вхідного коливання у вигляді двійкового числа з фіксованою кількістю розрядів. Перетворений сигнал поступає в основний блок приладу, що складається із модулятора, ліній зв»язку і демодулятора, де сигнал модулюється , на нього накладається аддитивна завада, і демодулятор виділяє низькочастотну огинаючу сигналу. Далі для перетворення інформації в аналогову форму , використовується цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), в якому виконується перевірка прийнятої кодової комбінації. Якщо в ній знайденя помилка, то вона виправляється. А на виході фільтру в ЦАП отримаємо вихідний передаваємий неперервний сигнал, але трохи викривленим. І сигнал приходить до отримувача. 
 
 

Структурна  схема цифрової системи  передачі (ЦСП)

Завдання:

     Зобразити структурну схему ЦСП неперервних повідомлень, яка включає джерело  і отримувач повідомлень, АЦП, ЦАП, кодер і декодер завадостійкого коду, модулятор і демодулятор, лінію зв»язку і джерело завад.

     Зобразить  часові діагами  у всіх точках схеми, задавши довільну форму неперервного вихідного сигналу і число рівнів квантування.

     Пояснити, по яким критиріям вибираються: інтервал дискретизації  по часу і крок квантування  по рівню. До часових діаграм дати необхідні пояснення, виходячі з  призначення кожного блока.

Рішення:

    Для передачі неперервних повідомлень можна використати дискретний канал. При цьому необхідно перетворити неперервний сигнал джерела повідомлень в цифровий сигнал тобто в послідовність нулів і одиниць. Типовим прикладом цифрової системи передачі неперервних повідомлень являється система з імпульсно-кодовою модуляцію (ІКМ). Для перетворення неперервного повідомлення в цифрову  форму використовуються операції дискретизації і квантування. Отримана таким чином послідовність квантованих відрахунків кодується і передається по дискретному каналу, як всяке дискретне повідомлення. На стороні прийому неперервне повідомлення після декодування не востановлюється.

      Основна технічна перевага цифрових систем передачі перед неперервними системами передачі повідомленя складається з їх високої завадостійкості.

      Структурна  схема цифрової системи передачі (ЦСП) має наступний вигляд: 
 

  ИС – джерело неперервних повідомлень;

     АЦП – аналогово- цифровий перетворювач, який складається з наступних елементів:

• Д - дискретизатор
• Кв - квантувач

• К1 -кодер 1 
К2 - кодер 2 
М - модулятор

ЛС – лінії зв»язку

ИП – джерело завад 
ДМ - демодулятор 
ДК2 - декодер 2

     ЦАП – цифрово-аналоговий перетворювач, який складається із слідуючих елементів:

• ДК1 - декодер 1
• Ф – зглажуючий фільтр
• С – отримувач повідомлень.

 
 

     Джерело повідомлень видає на виході неперервний  сигнал. На відміну від неперервного каналу передачі в складі ЦСП передбачені  прилади для перетворення неперервного повідомлення в цифрову форму  - аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) на стороні що передає і прилад перетворення цифрового сигналу в неперервний - цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) на стороні прийому.

     В склад АЦП входить дескритизатор, квантувач і кодер. Перетворення «аналог-цифра» складається з трьох операцій:

      • Спочатку неперервне повідомлення піддається дискретизації по часу. Ця операція здійснюється за допомогою дискретизатора. Інтервал дискретизації вибирається на основі теореми Котельникова, в котрій сказано, що будь-який неперервний сигнал з кінцевим спектром можна представити у у вигляді відрахунків, що відстають один від одного на інтервал дискретизації - верхня частота спектра сигнала. На практиці частоту дискретизації вибирають рівній

• Отримані відрахунки моментальних значень квантуються по рівню квантування в квантувачі. Кількість рівнів квантування М  визначається вихлдячи з помилки квантування, пік-фактору сигналу і відношенню сигнал/шум.  Число розрядів у кодовому слові буде рівно
• Послідовність отриманих квантованих значень передаваємого повідомлення являється результатом кодування у вигляді послідовних кодових комбінацій . число розрядів у кодовому слові рівне     m = log2(M).  Частіше за все кодування зводиться до запису рівня в двійковій системі числення . Таке перетворення називається імпульсно-кодовою модуляцією і здійснюється в кодері.
• Побудуєм і поясним часові діаграми для структурної схеми ЦСП неперервних повідомлень, виходячи з призначення кожного блока:

1. Вихід джерела неперервних повідомлень: в даній точці ми спостерігаєм аналоговий сигнал, який слід передати по лінії зв»язку, попередньо перетворившивы;

2. Вихід дискретизатора : в моменти часу,  котрі відстають один від одного на інтервал дискретизації

      - верхняя частота спектра сигналу), на виході дискретизатора ми отримаємо короткі імпульси, амплітуди котрих відповідають амплітуді сигналу в указаний момент часу;

     3- вихід квантувача. Квантувач здійснює операцію квантування по рівню ,а це значить, що амплітуди кожного відрахунку прив»язуються до певного рівня квантування . кожному рівню квантування відповідає кодова комбінація. Кількість символів в кодовій комбінації визначається із відношення: де М – кількість рівнів квантування. Якщо

     4- вихід кодера 1: в даній точці ми отримуємо послідовність імпульсів, які відображають кодові комбінації в певний момент;

5. вихід кодера 2. В кодері 2 до інформаційної частини кодової комбінації додаються перевірочні розряди, при чому відстань між імпульсами   залишається такою ж ,а продовжність імпульса зменшується, тобто
6. вихід  модулятора.   В   модуляторі   цифровий   сигнал   перетворюється в аналоговий ( в данному випадку за допомогою частотної модуляції (ЧМ) , тобто за рахунок зміни частоти несучого аналогового коливання);
7. вихід лінії зв»язку. В дану точку поступає аналоговий сигнал, викривлений завадами при проходженні лінії зв»язку. При передачі також відбувається затримка сигналу, ктора рівна продовжності одного імпульсу;
8. вихід демодулятора.  В  демодуляторі  сигнал,  викривлений завадами, піддається демодуляції, тобто перетворенню аналогового сигналу в цифровий;
9. вихід декодера 2. Декодер 2 служить для пошуку і виправлення можливих помилок  на основі властивостей завадостійкого коду;
10. вихід   декодера   1.   Декодер   1   перетворює послідовності імпульсів кодових комбінацій в послідовності коротких імпульсів, що відстають один від одного  на інтервал дискретизації , і амплітудами, котрі відповідають амплітуді аналогового сигналу в моменти дискретизації;
11. вихід згладжуючого фільтру. В даній точці отримуєм аналоговий сигнал, що відповідає перданому від джерела повідомлень, але з деякою затримкою. Отримане неперервне повідомлення передається далі отримувачу

 

     Таким чином, часові діаграми для структурної  схеми ЦСП неперервних повідомлень  у вказаних точках мають наступний вигляд:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Розрахунок  характеристик аналого-цифрового  перетворення і інформаційних  характеристик на виході АЦП.

Завдання:

Визначити:

       По  заданій верхній граничній частоті  спектру повідомлення, пікфактору сигналу  П та допустимому відношенні сигнал/завада квантування Рк визначити:

       1)мінімально  допустиме число рівнів квантування  L (L вибирають рівним цілого степеня числа 2);

       2)значність  кодових комбінацій та тривалість  символу на виході АЦП, вважаючи, що тривалість кодової комбінації  дорівнює інтервалу дискретизації.

Якщо  задані:

•     верхня гранична частота спектру повідомлень

Fв=9 кГц

пік-фактор сигналу П = 3,8

• допустиме відношення сигнал/шум квантування

Знайти:

         ентропію незалежних дискретних  повідомлень на виході АЦП  та продуктивність джерела повідомлень,  якщо імовірність передачі символу «1»: Р(1)=0,81

Вихідні дані:  Fв= 9кГц , П=3,8 , , Р(1)=0,81

Реішення:

      Визначим  мінімальне допустиме  число рівнів квантування L.

      Частота дискретизації вибирається на основі теореми Котельникова

- верхня частота спектра сигналу. Тобто для точного відтворення вихідного сигналу по відлікам частота дискретизації має умові. На практиці