Материал: Розрахунок характеристик систем електрозв’язку

Розрахунок характеристик систем електрозв’язку

Зміст

Вступ

1.      Структурна схема аналогової системи передавання

1.1    Зображення структурної схеми

.2      Основні параметри, які характеризують кожний блок

1.3    Часові діаграми характерних сигналів на входах і виходах блоків

.        Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень

3.      Розрахунок перешкодостійкості демодулятора

4.      Розрахунок основних параметрів цифрової системи передавання

4.1    Структурна схема цифрової системи передавання

4.2    Розрахунок параметрів АЦП і ЦАП

4.3    Розрахунок перешкодостійкості демодулятора сигналу

4.4    дискретної модуляції

4.5      Вибір коригувального коду й розрахунок перешкодостійкості

4.6    системи зв’язку з кодуванням

5.      Розрахунки й порівняння ефективності систем передавання неперервних повідомлень

Висновок

Використана література

Завдання для курсової роботи

. Структурна схема системи передавання дискретних повідомлень. Зобразити структурну схему системи передавання дискретних повідомлень. Пояснити призначення кожного блока, дати визначення основних параметрів, що характеризують кожний блок, і навести часові діаграми сигналів на входах і виходах блоків.

2. Розрахунок параметрів кодера й декодера простого коду. Розрахувати параметри кодера й декодера простого коду: довжину коду n, тривалість двійкового символу Тб, час передавання одного знака Тзн, допустиму ймовірність помилки символу на вході декодера рдоп.

3. Розрахунок інформаційних характеристик джерела повідомлень. Для заданих статистичних характеристик джерела дискретних повідомлень виконати розрахунок ентропії Н(А), надмірності  і продуктивності джерела Rд. Пояснити причини надмірності джерела. Сформулювати вимоги до пропускної здатності каналу зв’язку.

4. Розрахунок перешкодостійкості демодулятора. Для заданих методу модуляції й способу прийняття розрахувати й побудувати графік залежності ймовірності помилки двійкового символу на виході демодулятора від відношення сигнал/шум на вході демодулятора р = f(); визначити необхідне відношення сигнал/шум на вході демодулятора , за якого ймовірність помилки символу на виході демодулятора дорівнює допустимій ймовірності помилки символу на вході декодера простого коду рдоп.

5. Вибір коригувального коду й розрахунок перешкодостійкості системи зв’язку з кодуванням. Для заданих методу модуляції й способу прийняття вибрати коригувальний код, що забезпечує заданий енергетичний виграш кодування при ймовірності помилки символу на виході декодера рд=pдоп. Розрахувати й побудувати залежність ймовірності помилки символу на виході декодера від відношення сигнал/шум на вході демодулятора pд=f1(). Визначити необхідне відношення сигнал/шум на вході демодулятора , за якого забезпечується ймовірність помилки символу на виході декодера рдоп. Визначити досягнутий ЕВК.

6. Розрахунок ефективності системи передавання дискретних повідомлень. Розрахувати й порівняти інформаційну, енергетичну й частотну ефективності системи зв’язку, що розраховується, для двох варіантів передавання - з перешкодостійким кодуванням і без нього. Побудувати графік граничної залежності b=f(g). На цьому рисунку точками позначити ефективність двох варіантів передавання. Порівняти ефективність двох варіантів передавання між собою й з граничною ефективністю. Зробити висновки за результатами порівняння.

7. Висновки. Зробити аналіз курсової роботи в цілому.

Вихідні дані для виконання КР варіанту А - 37

  Розп. ймов.          Pb, В2    Ка          Fmax, кГц                                           ,

дБМетод

модуляціїСпосіб

Повідомлення неперервного джерела передається каналом зв'язку аналоговим методом. У каналі зв'язку з постійними параметрами й адитивним білим гауссівським шумом використовується модуляція гармонічного переносника.

1 Джерело повідомлень задане характеристиками первинного сигналу b(t):

- середнє значення дорівнює нулю;

густина ймовірності миттєвих значень p(b) - гауссівський розподіл (ГР) або, так званий, нормальний розподіл(НР);

середня потужність сигналу: Рb = 2,5 Вт;

коефіцієнт амплітуди: Кa = 5

максимальна частота спектра: Fmax = 7,5 КГц

. Допустиме відношення сигнал/шум на виході одержувача ρвих.доп = 36 дБ.

. Для передачі повідомлення використовується односмугова модуляція(ОМ)

. Для порівняння аналогового й цифрового методів передавання задані:

метод передавання - імпульсно-кодова модуляція (ІКМ) з рівномірним квантуванням, допустиме відношення сигнал/шум квантування ρкв.доп = 39 дБ;

енергетичний виграш кодування ЕВК = 2,0 дБ, що забезпечується при використанні в каналі зв'язку перешкодостійкого кодування;

в даному випадку використовується: метод дискретної модуляції АМ-2 та когерентний спосіб прийняття.

Вступ

Ціллю цієї курсової роботи являється закріплення знань основних положень курсу «Теорія електричного зв’язку», шляхом проведення розрахунків характеристик різних систем передачі електрозв’язку та порівняння їх за допомогою розрахованих характеристик.

Система - це сукупність об’єктів, функціонування яких визначається певною метою. Мета - визначається задачами, які розв’язує система, а степінь пристосованості системи до розв’язання поставленої задачі характеризується ефективністю (кількісна характеристика якості функціонування).

По цільовому функціонуванню системи поділяються на: інформаційні, енергетичні, технологічні. Ми маємо справу з інформаційною системою. Інформаційна система - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів. Таке визначення може бути задовільним тільки при найбільш узагальненій точці зору і підлягає подальшому уточненню. Характеризується: точністю перетворення і передачі інформації, пропускною здатністю, швидкістю передачі інформації і т.д.

Об’єктом передачі в будь-якій системі є повідомлення, що несе інформацію U(t). Створене повідомлення U(t) в передавачі обробляється специфічним чином до створення сигналу S(t), зручного для транспортування по лінії зв’язку. Лінія зв’язку - це середовище, в якому проходить передача інформації від передавача до приймача.

В останньому пункті курсової роботи буде оцінюємо ефективність систем зв’язку. Під ефективністю систем зв’язку розуміють степінь використання якихось матеріалів, засобів, ресурсів, часу і т.д. В системах зв’язку основними ресурсами можна вважати пропускну здатність каналу С, ширину смуги частот Fk , потужність сигналу Ps. Для оцінки степені їх використання, було запропоновано порівняння їх зі швидкістю передачі інформації R. Наведені коефіцієнти, що використовувалися при розрахункові курсової роботи, являються найважливішими технічними показниками систем передачі інформації.

1. Структурна схема аналогової системи передавання

1.1    Зображення структурної схеми

Розглянемо структурну схему аналогової системи передавання неперервних повідомлень:

Рис. 1 Структурна схема АСП

1)      Джерело повідомлення призначено для подачі в систему цифрової передачі аналогового сигналу.

Джерело (передавач) і одержувач (приймач) служать для обміну деякою інформацією. В одному випадку відправником і одержувачем інформації служить людина, в іншому випадку це може бути комп'ютер (так звана телеметрія).

2)      Модулятор - пристрій, що здійснює модуляцію сигналів. Він призначений для узгодження сигналу із каналом зв’язку та для ущільнення каналу.

Взагалі, модуляція - процес зміни одного або декількох параметрів високочастотного несучого коливання по закону низькочастотного інформаційного сигнала(повідомлення). Інформація що передається вкладається у керуючий(модулюючий) сигнал, а роль переносника інформації виконує високочастотне коливання, що називається несучим. Модуляція, таким чином, представляє собою процес накладання інформаційного коливання на заздалегідь відому несучу.

В результаті модуляції спектр низькочастотного керуючого сигнала переноситься у область високих частот. Що дозволяє організувати функціонування усіх прийом-передача пристроїв на різних частотах.

В якості несучого можуть використовувати коливання різної форми(прямокутні, трикутні), проте частіше використовують гармонічні коливання(відбувається зміна у часі певної величини по синусоїдальному або косинусоїдальному закону). І в залежності від того який параметр несучого коливання змінюється, розрізняють види модуляції: амплітудна, частотна, фазова.

Модулятори широко застосовують у різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням чи перетворюванням сигналів (повідомлень), зокрема, в техніці зв’язку та автоматичного регулювання, вимірювальній техніці тощо. Приклад застосування модулятора в гірничій справі - в диспетчерських системах дистанційного контролю включеного-виключеного стану апаратів та механізмів.

3)      Канал зв’язку - це середовище розповсюдження електричного сигналу, тобто сукупність технічних засобів та середовища розповсюдження, що забезпечують при підключенні кінцевих абонентських приладів, передачу повідомлень будь-якого виду від джерела до одержувача за допомогою електрозв’язку.

В залежності від типу сигналу та середовища його поширення, розрізняють канали: телефонні, телеграфні, телевізійні та радіомовлення, кабельні тощо.

4)       Демодулятор - пристрій, що здійснює демодуляцію (детектування) - виділення низькочастотних коливань з високочастотних модульованих коливань.

Демодулятор широко застосовуються в різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням та перетворенням сигналів (повідомлень), зокрема в техніці зв’язку, в автоматичному контролі та керуванні технологічними процесами, у вимірювальній техніці, в ЕОМ.

5)      Одержувач повідомлень - приймає аналоговий сигнал із системи цифрової передачі неперервних повідомлень.

Одержувачем або приймачем повідомлень може бути будь-який пристрій що працює з аналоговими сигналами. Наприклад підсилювач звукової частоти (ПЗЧ), гучномовець, світло діод (СД) , лазерний світло діод (ЛСД).

1.2 Основні параметри, які характеризують кожний блок

1) Джерело повідомлень.

а) Ентропія джерела Hε(B) - мінімальна кількість інформації, що знаходиться в повідомленні  (прийнятому) відносно B(t) (переданому), при якому вони ще еквівалентні. В теорії інформації, ентропія є мірою невизначеності випадкової величини. Зазвичай, в якості інформаційної ентропії використовують ентропію Шеннона.

Ентропія Шеннона визначає абсолютну межу найкращого стиснення даних без втрат: розглядаючи повідомлення як послідовність незалежних та однаково розподілених випадкових величин, теорема Шеннона про кодування доводить що, в границі, середня довжина найкоротшого можливого представлення закодованого повідомлення в заданому алфавіті дорівнює ентропії поділеній на логарифм кількості символів у вихідному алфавіті.

б) Коефіцієнт надлишковосі джерела χ - це відношення, що визначає яка доля максимально можливої ентропії, при даному алфавіті, не використовується джерелом.

в) Продуктивність джерела, Rg - це сумарна ентропія повідомлень, переданих джерелом за одиницю часу.

г) Щільність ймовірності миттєвих значень сигналу P(b).

) Параметри модулятора та демодулятора.

а. Види модуляції:

·        Амплітудна (АМ) - модуляція коливання, при якій змінним параметром є амплітуда коливань. При такій модуляції стрибкоподібно змінюється амплітуда несучого коливання.

При АМ відбувається зміна лише амплітуди несучого коливання за рахунок впливу модулюючого сигналу:

Рис. 2. Амплітудна модуляція

а) несучі коливання(несуча хвиля) та її спектр (б);

в) модулюючий сигнал та його спектр (г);

д) амплітудно-модулюючі коливання та його спектр (е)

·        Односмугова модуляція (Амплітудна модуляція з однією бічною смугою) (ОМ) - різновид амплітудної модуляції (АМ), широко застосовувана в апаратурі створення каналу передачі, для ефективного використання спектра каналу і потужності передавальної радіоапаратури.

У радіосигналі з АМ 70% потужності передавача витрачається на випромінювання сигналу несучої частоти, який не містить жодної інформації про модулюючий сигнал. Інші 30% діляться порівну між двома бічними частотними смугами, які являють собою точне дзеркальне відображення одне одного. Таким чином, без будь-яких втрат переданої інформації можна виключити із спектру сигналу несучу і одну з бічних смуг. Це дає можлливість направити всю потужність передавача лише на випромінювання інформативного сигналу.

Переваги односмугової модуляції:

Сигнал з односмуговою модуляцією займає в радіоефірі смугу частот вдвічі вужчу, ніж амплітудно-модульований, що дозволяє більш ефективно використовувати частотний ресурс і підвищити дальність зв'язку. Крім того, коли на близьких частотах працюють кілька станцій з ОМ, вони не створюють один одному перешкод у вигляді “биття”, що відбувається при застосуванні амплітудної модуляції з неподавленной несучою частотою.

Биття - явище, що виникає при накладанні двох гармонійних коливань, близьких за частотою, що виражається в періодичному зменшенні і збільшенні амплітуди сумарного сигналу.

Недоліком методу є:

Відносна складність апаратури і підвищені вимоги до частотної точності і стабільності.

Для формування сигналу ОМ існуються 2 різні методи:

)        За допомогою фільтра(найбільш поширений): на виході змішувача ставиться високодобротних смуговий фільтр з шириною смуги пропускання, рівної одній бічній смузі.

)        Фазоінверсіонний (фазокомпенсаціонний): одна з бічних смуг інвертується по фазі і складається сама з собою (компенсується). Несуча при цьому придушується фільтром або балансним модулятором.