ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский технический университет связи и информатики

____________________________________________________________________

 

Кафедра теории электрической связи

 

Курсовая работа

И методические рекомендации по её выполнению

 

По дисциплине

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

 

 

Москва 1996

План УМД на 1994/95 уч. г.

 

Курсовая работа

И методические рекомендации по её выполнению

 

По дисциплине

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

 

 

Составитель В. Г. Санников

 

 

Ил. 8, табл. 2, список лит. 4 назв.

 

Издание утверждено на заседании кафедры 9 февраля 1994 г.

(протокол № 11).

 

Рецензент В. И. Клюев, доцент

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Непрерывное сообщение , наблюдаемое на выходе источника сообщений (ИС), представляет собой реализацию стационарного гауссовского случайного процесса с нулевым средним и известной функции корреляции . Данное сообщение передается в цифровом виде в системе электросвязи, изображенной на рис. 1.

Рис. 1.

В передающем устройстве (ПДУ) системы на основе аналого-цифрового преобразования (АЦП) сообщение преобразуется в первичный цифровой сигнал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), который модулирует один из информационных параметров высокочастотного гармонического переносчика. В результате формируется канальный сигнал дискретной амплитудной (ДАМ), дискретно частотной (ДЧМ) или дискретной относительной фазовой модуляции (ДОФМ).

 

Сигнал дискретной модуляции передается по узкополосному гауссовскому непрерывному каналу связи (НКС), в котором действует аддитивная помеха .

В приемном устройстве (ПРУ) системы принятая смесь сигнала и помеха подвергается при детектировании либо когерентной (КП), либо некогерентной (ПН) обработке с последующим поэлементным принятием решения методом однократного отсчета. Прием сигналов ДОФМ осуществляется либо методом сравнения фаз (СФ), либо методом сравнения полярностей (СП).

Восстановление (оценка) переданного сообщения по принятому с искажениями сигналу ИКМ осуществляется на основе цифро-аналогового преобразования (ЦАП) с последующей низкочастотной фильтрацией (ФНЧ).

 

В курсовой работе требуется выполнить следующее:

1. Изобразить структурную схему системы электросвязи и пояснить назначение ее отдельных элементов.

2. По заданной функции корреляции исходного сообщения:

а) рассчитать интервал корреляции, спектр плотности мощности и начальную энергетическую ширину спектра сообщения;

б) построить в масштабе графики функции корреляции и спектра плотности мощности; отметить на них найденные в п. а) параметры.

3. Считая, что исходное сообщение воздействует на идеальный фильтр низких частот (ИФНЧ) с единичным коэффициентом передачи и полосой пропускания, равной начальной энергетической ширине спектра сообщения;

а) рассчитать среднюю квадратическую погрешность фильтрации (СКПФ) сообщения, среднюю мощность отклика ИФНЧ, частоту и интервал временной дискретизации отклика ИФНЧ;

б) качественно, с учетом найденных в п. а) параметров, изобразить сигналы и спектры на входе и выходе дискретизатора АЦП.

4. Пологая, что последовательность дискретных отсчетов на выходе дискретизатора далее квантуется по уровню с равномерной шкалой квантования:

а) рассчитать интервал квантования, пороги и уровни квантования, среднюю квадратическую погрешность квантования (СКПК);

б) построить в масштабе характеристику квантования.

5. Рассматривая оклик квантователя как случайный дискретный сигнал с независимыми значениями на входе - ичного дискретного канала связи (ДКС):

а) рассчитать закон и функцию распределения вероятностей квантованного сигнала, а также энтропию, производительность и избыточность - ичного дискретного источника;

б) построить в масштабе графики рассчитанных закона и функции распределения вероятностей.

6. Закодировать значение - ичного дискретного сигнала двоичным блочным примитивным кодом, выписать все кодовые комбинации кода и построить таблицу кодовых расстояний кода; кроме того:

а) рассчитать априорные вероятности передачи по двоичному ДКС символов нуля и единицы, начальную ширину спектра сигнала ИКМ;

б) изобразить качественно на одном графике сигналы в четырех сечениях АЦП: вход АЦП, выход дискретизатора, выход квантователя, выход АЦП.

7. Пологая, что для передачи ИКМ сигнала по непрерывному каналу связи (НКС) используется гармонический переносчик:

а) рассчитать нормированный к амплитуде переносчика спектр модулированного сигнала и его начальную ширину спектра;

б) построить в масштабе график нормированного спектра сигнала дискретной модуляции и отметить на нем найденную ширину спектра.

8. Рассматривая НКС как аддитивный гауссовский канал с ограниченной полосой частот, равной ширине спектра сигнала дискретной модуляции, и заданными спектральной плотностью мощности помехи и отношением сигнал-шум:

а) рассчитать приходящиеся в среднем на один двоичный символ мощность и амплитуду модулированного сигнала, дисперсию (мощность) аддитивной помехи в полосе частот сигнала, пропускную способность НКС;

б) построить в масштабе четыре графика функций плотности вероятностей (ФПВ) мгновенных значений и огибающих узкополосной гауссовской помехи (УГП) и суммы гармонического сигнала с УГП.

9. С учетом заданного вида приема (детектирования) сигнала дискретной модуляции:

а) рассчитать среднюю вероятность ошибки в двоичном ДКС, скорость передачи информации по двоичному симметричному ДКС, показатель эффективности передачи сигнала дискретной модуляции по НКС;

б) изобразить схему приемника сигналов дискретной модуляции и коротко описать принцип его работы, пояснить случаи, когда он выносит ошибочные решения.

10. Рассматривая отклик декодера ПРУ как случайный дискретный сигнал на выходе - ичного ДКС:

а) рассчитать распределение вероятностей дискретного сигнала на выходе декодера, скорость передачи информации по - ичному ДКС, относительные потери в скорости передачи информации по - ичному ДКС;

б) построить в масштабе график закона распределения вероятностей отклика декодера и сравнить его с законом распределения вероятностей отклика квантователя.

11. Полагая ФНЧ на выходе ЦАП приемника идеальным с полосой пропускания, равной начальной энергетической ширине спектра исходного сообщения:

а) рассчитать дисперсию случайных импульсов шума передачи на выходе интерполятора ЦАП, среднюю квадратическую погрешность шума передачи (СКПШ), суммарную начальную СКП восстановления непрерывного сообщения (ССКП), относительную СКП (ОСКП);

б) качественно изобразить сигналы на выходе декодера и интерполятора ЦАП, а также восстановленного сообщения на выходе системы электросвязи.

12. В виду того, что выбор начальной энергетической ширины спектра исходного сообщения не приводит к минимуму ОСКП, решить оптимизационную задачу: с помощью ЭВМ определить оптимальную энергетическую ширину спектра сообщения, доставляющую минимум относительной суммарной СКП его восстановления.

 

 

Привести блок схему программы решения этой задачи на ЭВМ, распечатку программы, составленную на (выбранном самостоятельно) алгоритмическом языке, а также распечатку графика зависимости ОСКП от энергетической ширины спектра сообщения.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ОСНОВНЫЕ СООТНАШЕНИЯ

Курсовая работа соответствует программе дисциплины «Теория электрической связи» - интекс УМО – связь, утвержденной 13 марта 1989г. В виду того, что основная литература по данной дисциплине пока отсутствует, в…

Структурная схема системы электросвязи, назначения отдельных элементов

 

В целом ряде случаев практики встает проблема передачи непрерывного сообщения по дискретному каналу связи. Эта проблема решается при использовании передачи непрерывного сообщения методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Структурная схема системы передачи непрерывного сообщения методом ИКМ приведена на рис. 1. Она состоит из источника сообщений (ИС), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), двоичного дискретного канала связи (ДКС), составной частью которого является непрерывный канал связи (ДКС), составной частью которого является непрерывный канал связи НКС), цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и получателя сообщений (ПС). Каждая из указанных частей системы содержит еще целый ряд элементов. Остановимся на них подробнее.

Источник сообщений – это некоторый объект или система, информацию о состоянии или поведения которого необходимо передать на некоторое расстояние. Причем под объекта, или системой подразумевают человека, ЭВМ, автоматическое устройство или что-либо другое. Передаваемая от ИС информации является непредвиденной для получателя. Поэтому количественную меру передаваемой по системе информации в теории электросвязи выражают через статистические (вероятностные) характеристики сообщений (сигналов). Сообщение – есть физическая форма представление информации. Часто представление представляют в виде изменяющегося во времени тока или напряжения, отображающих передаваемую информацию. Например в телефонии это изменение тока микрофона под действием звукового давления говорящего человека, в телевидении это изменение напряжения на выходе видикона под действием изменения яркости или цветности отображаемого объекта и т.д.

В ПДУ сообщение вначале фильтруется с целью ограничения его спектра некоторой верхней частотой . Это необходимо для эффективного представления отклика ФНЧ в виде последовательности отсчетов , , наблюдаемых на выходе дискретизатора. Отметим, что фильтрация связана с внесением погрешности , отображающей ту часть сообщения, которая подавляется ФНЧ. Далее отсчеты квантуются по уровню. Процесс квантования связан с нелинейным преобразованием непрерывнозначных отсчетов в дискретнозначные , , что также привносит погрешность, называемую погрешностью (шумом) квантования . Квантованные уровни затем кодируются двоичным безызбыточным кодом.

Последовательность кодовых комбинаций образует сигнал ИКМ, который подводится к модулятору – устройству, предназначенному для согласования источника сообщений с используемой линией связи. Модулятор формирует канальный сигнал , который представляет собой электрическое или электромагнитное колебание, способное распространяться по линии связи и однозначно связанное с передаваемым сообщением (в данном случае с сигналом ИКМ). Сигнал создается в результате модуляции – процесса изменения одного или нескольких параметров переносчика по закону модулирующего ИКМ сигнала. При использовании гармонического переносчика различают сигналы амплитудной, частотной и фазовой модуляции (АМ, ЧМ и ФМ).

Для предотвращения внеполосных излучений в одноканальной или при организации многоканальной связи, а также для установления требуемого отношения сигнал-шум (ОСШ) на входе приемника канальный сигнал фильтруется и усиливается в выходных каскадах ПДУ.

Сигнал с выхода ПДУ поступает в линию связи, где на него накладывается помеха . На вход ПРУ воздействует смесь передаваемого сигнала и помехи. Здесь во входных каскадах ПРУ принятый сигнал фильтруется и подается на детектор.

При модуляции из принятого сигнала выделяется закон изменения информационного параметра, который в нашем случае пропорционален сигналу ИКМ. При этом для опознавания переданных двоичных символов на выход демодулятора подключается решающее устройство (РУ). При передаче двоичных сигналов или 1, по ДКС наличие помех в НКС приводит неоднозначным решениям (ошибкам) РУ, что, в свою очередь, вызывает несоответствие переданных и принятых кодовых комбинаций.

Наконец для восстановления переданного непрерывного сообщения , т.е. получения его оценки , принятые кодовые комбинации подвергаются декодированию, интерполяции и низкочастотной фильтрации. При этом в декодере по двоичным кодовым комбинациям восстанавливаются - ичные уровни ,

Наличие ошибок в двоичном ДКС приводит к ошибкам передачи в - ичном ДКС и, соответственно, к возникновению шума передачи . Совокупное действие погрешности фильтрации, шумов квантования и передачи приводит к неоднозначности между переданными и принятыми .

В системах передачи непрерывных сообщений верность (качество) передачи считается удовлетворительным, если минимальная суммарная относительная СКП восстановления не превосходит допустимую, т.е. . Для разработки оптимальной системы важно найти .

Перейдем теперь к количественным оценкам величин и характеристик, указанных в техническом задании на курсовую работу.

Анализ статистических характеристик и параметров передаваемого сообщения

По техническому заданию исходное непрерывное сообщение представляет собой стационарный гауссовский случайный процесс с нулевым математическим… Гауссовский (нормальный) случайный процесс в любой момент времени… Во временной и спектральной областях стационарный случайный процесс определяется соответственно функцией корреляции и…

Анализ характеристик и параметров аналого-цифрового преобразования сообщения

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) исходного сообщения осуществляется в три этапа (см. рис. 1). Вначале сообщение дискретизируется по времени,… Теоретической основой дискретизации служит теорема В.А.Котельникова. Суть ее в… По условию курсовой работы отклик идеального ФНЧ удовлетворяет данной теореме. Поэтому его можно продискретизировать,…

Характеристики и параметры сигналов дискретной модуляции

Двоичные кодовые символы сигнала ИКМ могут быть переданы с помощью различных видов дискретной модуляции (манипуляции) параметров переносчика. Так,…   Рис. 4 РИС. 4

Характеристики и параметры узкополосного непрерывного гауссовского канала связи

Модель узкополосного шумового гауссовского НКС представляют в виде: входной идеальной ПФ, линия связи без потерь с аддитивной гауссовской равномерно… Помеху с равномерным спектром называют белым шумом. Спектр плотности мощности… Мощность гауссовского белого шума в полосе пропускания ПФ геометрически определяется как площадь прямоугольника с…

Оценка помехоустойчивости и эффективности

Приема сигналов дискретной модуляции

Прием сигналов дискретной модуляции может осуществляться различными способами. В практике электросвязи широкое распространение получили два вида… Когерентный прием (КП) предполагает использование в ПРУ когерентного… Пусть на вход детектора поступает узкополосное колебание в виде суммы гармонического сигнала и узкополосного…

Анализ характеристик и параметров

Цифро-аналогового преобразования сигналов

а) декодирования – восстановления дискретных - ичных уровней по , ; б) интерполяции; в) низкочастотные фильтрации.

Анализ зависимости относительной суммарной СКП

От ширины спектра передаваемого сообщения

В виду того что погрешность фильтрации , шум квантования и шум передачи - независимые случайные процессы, то суммарная СКП восстановления… Тогда относительная суммарная СКП (ОСКП) восстановления сообщения очевидно… Нетрудно показать, что относительные СКП фильтрации , квантования и передачи зависят от энергетической ширины спектра…