Оценка __________(подпись)
Санкт-Петербург - 2013
1.Вступление.
В данной курсовой работе рассматриваются две системы цифровой связи – узкополосная и широкополосная.
При построении современных систем цифровой связи учитываются действия флуктуационных, импульсных и межсимвольных помех.
В курсовой работе рассматривается оптимизация узкополосной системы цифровой связи только в отношении флуктационной помехи типа АБГШ (аддитивный белый гауссовский шум).
Предполагается рассмотреть оптимизацию узкополосной системы цифровой связи в отношении импульсных и межсимвольных помех, а также рассмотреть широкополосную систему цифровой связи с ортогональной частотной модуляцией (ОФДМ) с быстрым преобразованием Фурье.
Система связи предназначена для передачи аналоговых сообщений по цифровому каналу связи. Структурная схема для КАМ-16 и КФМ-4 представлена на рис.1
Рис. 1Структурная схема системы цифровой связи.
Назначение функциональных узлов системы цифровой связи:
Источник сообщения (ИС) вырабатывает реализации стационарного случайного процесса типа квазибелого шума с параметрами , и . Мгновенные значения сообщения равновероятны в интервале от значения до значения .
1. Написать аналитические выражения для плотности вероятности мгновенных значений сообщения, функции распределения и построить их графики.
2. Рассчитать математическое ожидание и дисперсию сообщения .
3. Написать аналитическое выражение для спектральной плотности мощности сообщения и построить график.
4. Найти аналитическое выражение для корреляционной функции сообщения и построить график. По форме графика определить, является ли сообщение эргодическим случайным процессом или не является таковым.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует реализации аналогового (непрерывного) сообщения в цифровую форму, в поток двоичных символов: нулей и единиц, т. е. в последовательность прямоугольных импульсов, где «0» имеет нулевое напряжение, а «1» прямоугольный импульс положительной полярности. Амплитуда импульсов равна .
Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется в три этапа.
На первом этапе производится дискретизация реализации сообщения по времени. В моменты времени берутся непрерывные
по уровню отсчеты мгновенных значений реализации . Расстояние между отсчетами равно интервалу , величина которого определяется в соответствии с теоремой Котельникова
(
где частота дискретизации.
На втором этапе выполняется квантование точных отсчетов по уровню. Для этого интервал равный разности - разбивается на уровни квантования с постоянным шагом . Уровни квантования нумеруются целыми числами . Нумерация уровней начинается с
уровня, которому соответствует значение , и заканчивается на уровне, которому соответствует значение . Обычно величина шага квантования выбирается так, чтобы число уровней квантования можно представить в виде , где целое число.
Каждый аналоговый отсчет заменяется значением ближайшего к нему уровня квантования в виде целого числа, удовлетворяющего неравенству . Получаем квантованный отсчет в виде целого числа в десятичной форме счисления.
На третьем этапе число в десятичной форме переводится в двоичную форму счисления в виде последовательности двоичных символов и на выходе АЦП появляется сигнал в виде двоичной цифровой последовательности информационных символов.
Требуется:
1.Рассчитать интервал дискретизации для получения непрерывных отсчетов реализации , ,
2.Рассчитать частоту дискретизации .
3.Определить число уровней квантования .
4.Рассчитать мощность шума квантования и сравнить ее с мощностью непрерывного сообщения .
5.Найти минимальное число двоичных разрядов, требуемое для записи в двоичной форме любого номера из номеров уровней квантования.
6.Записать разрядное двоичное число, соответствующее заданному уровню квантования .
7.Начертить временную диаграмму отклика АЦП на заданный уровень квантования . в виде последовательности импульсов, сопоставляя единичным символам прямоугольные импульсы положительной полярности, а нулевым – нулевые напряжения. Амплитуда импульсов равна . Над импульсами надписать значения соответствующих двоичных информационных символов (ДИС). Длительность отклика АЦП на каждый отсчет не должна превышать интервала дискретизации .
КОДЕР – преобразователь дискретизированного во времени сигнала в кодированный. Используется помехоустойчивый сверточный код.
Требуется:
1.Задать следующие параметры сверточного кодера:
степень кодирования ;
длину кодового ограничения ;
векторы связи и ;
импульсная характеристика * задается информационной
последовательностью 111011000…, где номер тактового интервала;
кодовое расстояние .
2.Определить и изобразить структурную схему кодера, соответствующую заданным параметрам.
3.Изобразить решетчатую диаграмму сверточного кодера от момента времени до момента времени .
4.По решетчатой диаграмме сверточного кодера определить последовательность кодовых символов (КС) на выходе кодера при условии, когда на вход кодера поступает 9 разрядная двоичная последовательность информационных символов (ИС) , соответствующая заданному уровню квантования .
5.На решетчатой диаграмме кодера отметить путь, соответствующий полученным КС.
Формирователь модулирующих символов -является преобразователем последовательного кода в параллельный код. Может осуществляться двумя способами: с помощью регистров сдвига или с помощью распределителей импульсов.
Регистр сдвига - это устройство, с помощью которого осуществляют хранение и поразрядный сдвиг (вправо, влево) хранящихся в нем чисел. С помощью распределителя импульсов осуществляется последовательный опрос входов параллельного кода и последовательная передача считываемых сигналов на выход.
Требуется:
1. Изобразить сигнальное созвездие для заданного вида модуляции.
2. Изобразить график реализации случайного процесса
с выхода блока сверточного кодера (К) на входе блока ФМС на первых 16 бинарных интервалах длительностью . Написать аналитическое выражение для случайного процесса .
3. В соответствии с сигнальным созвездием модулятора КАМ-16 или
КФМ-4 изобразить для входной реализации графики реализаций и на выходе блока ФМС случайных процессов и на символьных интервалах длительностью . Написать аналитические выражения для случайных процессов и .
4. Написать аналитические выражения для корреляционной функции
и спектральной плотности мощности входного случайного процесса и построить графики этих функций.
5. Написать аналитические выражения для корреляционных функций
и , спектральных плотностей мощности и случайных процессов и . Построить графики этих функций.
6. Сравнить графики корреляционных функций и спектральных
плотностей мощности сигналов на входе и выходе блока ФМС. Привести краткое описание результатов сравнения и, используя общие положения теории преобразования Фурье, пояснить, почему спектр выходных сигналов уже спектра входного сигнала.
МОДУЛЯТОР – преобразователь сигналов кодовых импульсов в сигналы, пригодные для передачи по каналу связи.
В состав модулятора входят блоки перемножители, инвертор и сумматор, на выходе которого получаем сигнал заданного вида модуляции КАМ-16 или КФМ-4.
Требуется:
По аналогии с графиками на рис. 4 в разд.4.6. построить графики
своего варианта КР.
1. Аналогично рис. 4, г, д в разд.4.6. построить графики гармонических
колебаний и на четырех символьных интервалах ( ). При этом на символьном интервале длительностью укладывается два периода частоты .
2. На этих же интервалах нарисовать графики сигналов
;
;
по аналогии с рис. 4, е, ж, з, в разд.4.6.
3. На этих же интервалах изобразить график сигнала заданной
квадратурной модуляции на выходе сумматора в квазигармонической форме аналогично рис. 4, и в разд. 4.6.,выделив из полученной суммы четыре слагаемых с номерами . Фазы определять по сигнальному созвездию.
4. Написать аналитические выражения для корреляционных функций , для случайных сигналов и на выходах перемножителей, где случайная фаза с равномерной плотностью вероятности на интервале . Случайная фаза не зависит от случайных процессов и .
5. Написать аналитические выражения для корреляционной функции сигнала и для спектральной плотности мощности сигнала заданного вида квадратурной модуляции на выходе сумматора. Построить графики этих функций.