Материал: Розрахунок характеристик систем електрозв’язку

Узагальненою характеристикою ефективності систем зв'язку є коефіцієнт використання каналу по пропускній здатності (інформаційна ефективність)

 (5.3)

Пропускна здатність неперервного каналу зв’язку визначається формулою Шенона:

 (5.4)

Смуга пропускання каналу зв’язку , що входить до цієї формули, приймається рівній ширині спектра модульованого сигналу .

При передачі сигналів дискретної модуляції мінімально можлива ширина спектра сигналів визначається границею (межею) Найквіста [1, с.284]: при АМ ФМ, ВФМ і КАМ

(5.5)

Незалежно від числа позицій сигналу М, тривалість елемента модульованого сигналу розраховуватиметься за формулою:

(5.6)

 - тривалість двійкового символу на вході демодулятора.

Якщо в системі передавання відсутнє завадостійке кодування, то значення  дорівнює тривалості двійкового символу  на виході АЦП або кодера простого коду. Якщо ж використовується завадостійке кодування, то:

 (5.7)

де n і k - параметри коригувального коду.

Розрахунки

Цифрова передача неперервних повідомлень.

1) без перешкодостійкого кодування

 тривалість елемента модульованого сигналу

- мінімально можлива ширина спектра сигналів:

- енергетична ефективність:

частотна ефективність:

Підставивши значення у (5.4) отримаємо:

інформаційна ефективність

2) із перешкодостійким кодуванням

 тривалість елемента модульованого сигналу

- мінімально можлива ширина спектра сигналів:

енергетична ефективність:

частотна ефективність:

Підставивши значення у (5.4) отримаємо:

Звідси інформаційна ефективність

Передавання сигналів аналогової модуляції.

2)      аналогова модуляція.

При передачі сигналів аналогової модуляції припускаємо, що ширина спектру сигналів буде рівною :

(5.8)

де  - максимальна частота спектру сигналу.

Для визначення відношення сигнал/шум на виході каналу зв’язку  слід користуватися формулою :

(5.9)

Розрахуємо енергетичну ефективність сигналу:

а також частотну ефективність:

Тоді пропускна здатність для аналогової передачі складає:

Розрахуємо інформаційну ефективність:

Будуємо графік граничної залежності  за формулою Шеннона :

(5.10)

та точками відкладаємо ефективність трьох варіантів передачі .

 - без кодування;

 - цифрова передача з кодуванням;

 - аналогова передача.

Рис.14. Залежність

Розрахунки ефективностей для систем з завадостійким кодуванням і без нього позначені на графіку точками. Можна помітити, що для цифрових системи без кодування коефіцієнт β нижчий ніж системи із завадостійким кодуванням. Оскільки для забезпечення відношення сигнал/шум  потрібна більша енергія сигналу ніж для забезпечення відношення сигнал/шум  , енергетичні затрати в першому випадку вищі ніж в другому при однаковій вірності передавання інформації. Тому можна сказати що система із завадостійким кодуванням є більш ефективною з точки зору енергетичної ефективності.

Водночас коефіцієнт γ для системи з кодуванням менший ніж для системи без кодування. Внаслідок того, що зі зменшенням тривалості двійкового символу відбувається розширення спектру модульованого коливання, потрібна більша смуга пропускання в каналі зв’язку. Тобто з точки зору частотної ефективності система без кодування є більш ефективною. Загалом можна сказати, що система без кодування є ефективнішою, оскільки вона ближча до межі Шенона.

З графіка видно, що ефективність реальних цифрових систем істотно нижче границі Шеннона. Характер обміну між β та γ залежить від виду модуляції (сигналу) та коригувального коду.

Використання коригувальних кодів дає можливість підвищення вірності передачі повідомлення або при заданій вірності підвищити енергетичну ефективність системи, що є особливо важливо для систем з малою енергетикою.

Варіант передачі із завадостійким кодуванням виявився енергетично ефективнішим. Це корисно для малоенергетичних систем, таких, наприклад, як системи передачі супутникового та космічного зв’язку. В той час як система без кодування виявилась дещо ефективнішою з точки зору використання смуги частот, що є доцільно для багатоканальних систем.

Як видно з графіка використання аналогової модуляції є найбільш ефективним, адже інформаційний сигнал накладається на заздалегідь відому несучу частоту, що є незміною. Це дозволяє декільком радіостанціям працювати паралельне не забиваючи ефір низькочастотними завадами. Проте не дивлячись на високу енергетичну та частотну ефективність, аналогова модуляція є ненадійним та менш якісним зв’язком, ніж цифрове передавання.

У радіомовленні на довгих, середніх і коротких хвилях використовується лише АМ. На відміну від систем радіозв’язку, де на кожен передавач приходиться приблизно один приймач, у радіомовленні передавач обслуговує десятки приймачів. Тому для забезпечення задовільної вірності, економічно вигідніше в декілька разів збільшити потужність передатчика.

Висновок

В даній курсовій роботі було проведено розрахунки характеристик аналогової та цифрової систем передавання. У відповідності з варіантом та у результаті розрахунків було отримано вихідні дані, з чого можна зробити висновок про правильність виконання. Курсова робота містить 6 розділів, які спрямовані на дослідження певних параметрів двох варіантів систем передавання.

У першому розділі була наведена структурна схема аналогової системи зв’язку, принцип її дії та особливості роботи кожного з її блоків. Також було наведено основні параметри, що характеризують блоки схеми та відповідні часові діаграми на вході та на виході.

У другому розділі виконав розрахунки інформаційних характеристик джерела повідомлення, а саме: епсилон-ентропії , надмірність джерела χ (яка у даному випадку дорівнює 0,99 , що свідчить про різні значення імовірності окремих повідомлень, або присутність статистичних зв’язків між повідомленнями джерела) та продуктивність джерела = 10 Мбіт/с (що є досить швидкодіючою системою передачі).

Третій розділ включає в себе розрахунки перешкодостійкості модулятора. Для заданого методу модуляції (ОМ) було розрахована та наведена залежність відношення середніх потужностей сигнал/шум на вході демодулятора до відношення середніх потужностей на виході.

У четвертому розділі була наведена структурна схема цифрової системи передавання методом ІКМ та пояснення призначення кожного блока і їх основних параметрів.

Детальніше розглянув принцип роботи та структуру аналого-цифрового перетворювача(АЦП) та цифро-аналогового перетворювача(ЦАП). Були розраховані: інтервал TД та частота дискретизації fД; визначено кількість рівнів квантування L, розрядність двійкового коду n , відношення сигнал/шум квантування rкв ,значення припустимої імовірності помилки двійкового символу на вході ЦАП pσ та тривалість двійкового символу на виході Tσ.

В результаті розрахунків для АМ-2 при некогерентному способі прийому у системі без кодування було наведено графік залежності ймовірності помилки двійкового коду на виході демодулятора від відношення сигнал/шум на вході демодулятора. Визначив відношення сигнал/шум  на вході демодулятора при якому справджується рівність ймовірностей помилки символу на вході та на виході АЦП.

Також був проведений вибір коригувального коду та розрахунок його основних параметрів (n,k,qu) для якого б забезпечувався допустимий енергетичний виграш кодування (ЕВК). Побудовано графічну залежність імовірності помилки символу на виході декодера від відношення сигнал/шум на вході демодулятора та визначене необхідне відношення сигнал/шум  та відношення сигналу до спектральної потужності шуму в каналі зв’язку. На основі відношень сигнал/шум отриманих в даному та в попередньому розділі було обчислено отриманий ЕВК.

В шостому розділі було проведено оцінку ефективності цифрової системи передачі для трьох варіантів передачі (із завадостійким кодуванням та без нього, аналогової передачі) та наведено короткий висновок щодо загальної ефективності системи.

Використана література

1.   Теорія передачі сигналів : Підручник для вузів / А.Г. Зюко та ін. - М.: Радіо та зв’язок ,1986.

2.      Панфілов І.П., Дирда В.Ю. Теорія електричного зв’язку : Підручник для технікумів, - М. : Радіо та зв’язок , 1991

3.   Кантор Л.Я., Дорофеєв В.М. Завадостійкість прийому ЧМ-сигналів. - М.: Зв’язок, 1977.

4.   Розрахунки та оптимізація характеристик систем електрозв’язку: методичний посібник /Ушенко Ю. О. - Чернівці, 2008.

5. Конспект лекцій по ТЕЗ: 2012.