Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами

Содержание.

 

     Введение…………………………………………………………………………..2

1. Задание на курсовую работу………………………………………………....3
2. Исходные данные………………………………………………………….….4
3. Структурная схема системы связи……………………………………….….5
4. Временные и спектральные диаграммы на выходах функциональных блоков системы связи…………………………………………………...……6
5. Структурная схема приемника……………………………………………….8
6. Принятие решения по одному отсчету…………………………………..…..8
7. Вероятность ошибки на выходе приемника……………………………….11
8. Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении оптимального приемника……………………………………………………………...…….11
9. Максимально возможная помехоустойчивость при заданном виде сигнала…………………………………………………………………….….12
10. Принятие решения приемником по трем независимым отсчетам…….….12
11. Вероятность ошибки при использовании метода синхронного накопления……………………………………………………………….…..14
12. Расчет шума квантования при передаче сигналов методом ИКМ…….…14
13. Использование сложных сигналов и согласованного фильтра………..…16
14. Импульсная характеристика согласованного фильтра................................17
15. Схема согласованного фильтра для приема сложных сигналов. Форма сложных сигналов на выходе СФ при передаче символов “1” и “0”………………………………………………………………………...…..17
16. Оптимальные пороги решающего устройства при синхронном и асинхронном способах принятия решения при приеме сложных сигналов согласованным фильтром……………………………………………….…..20
17. Энергетический выигрыш при применении согласованного фильтра…..21
18. Вероятность ошибки на выходе приемника при применении сложных сигнал согласованного фильтра………………………………………...…..21
19. Пропускная способность разработанной системы связи………………....22

     Заключение………………………………………………………………………23

     Список используемых источников……………………………………….……24

     Приложение……………………………………………………………………...25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 Теория электрической связи (ТЭС) является неотъемлемой частью общей теории связи и представляет собой единую научную дисциплину, основу которой составляют: теория сигналов, теория помехоустойчивости и теория информации. Принципы и методы курса ТЭС являются теоретической основой для развития инженерных методов расчёта и проектирования аналоговых и цифровых систем связи.

Современный инженер  проектирования и эксплуатации систем связи различного назначения, удовлетворяющим конкретным техническим требованиям, должен уметь  оценивать, насколько полно реализуются в них потенциальные возможности выбранных способов передачи, модуляции, кодирования и определять пути улучшения характеристик систем связи для приближения их к потенциальным.

Правильная эксплуатация систем связи  также требует знания основ теории передачи сигналов, выбора оптимального режима работы, критериев оценки достоверности передачи сообщений, причин искажения сигналов и т.д.

Главными задачами, которые  ставятся в данной курсовой работе, являются:

- изучение фундаментальных закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием их в радиотехнических устройствах;

- закрепление навыков  и формирование умений по математическому  описанию сигналов, определению  их вероятностных и числовых характеристик;

- выбор математического  аппарата для решения конкретных  научных и технических задач  в области связи; видение тесной  связи математического описания  с физической стороной рассматриваемого  явления.

Кроме этого, для выполнения  данной курсовой работы необходимо иметь глубокое знание обобщенной структурной схемы системы передачи сообщений и осуществляемых в ней многочисленных преобразований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Задание

Разработать обобщенную структурную схему системы связи  для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами, разработать структурную схему приемника и структурную схему оптимального фильтра, рассчитать основные характеристики разработанной системы связи, дать оценку пропускной способности и эффективности системы связи и сделать обобщающие выводы по результатам расчетов.

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Исходные данные.

Курсовая работа выполняется для следующих исходных данных:

1. Номер варианта  N =04   .

2. Вид сигнала  в канале связи: ДАМ.

3. Скорость передачи сигналов V =4*10³ ,  Бод.

4. Амплитуда  канальных сигналов  А =2*10^-3  В.

5. Дисперсия  шума  s²  = 5,28*10^-7 Вт.

6. Априорная  вероятность передачи символов "1"  p(1) = 0,36  .

7. Способ приема  сигнала:   НКГ.

8. Полоса пропускания  реального приемника, определяемая шириной спектра сигналов двоичных ДАМ, ДЧМ, ДФМ, ДОФМ, вычисляется по формулам

Df _прДАМ = Df _прДФМ  = Df_прДОФМ  = 2/T=2*V=2*4*10³=8*10³  Гц, где T = 1/V - длительность элемента  сигнала, определяемая  скоростью передачи (модуляции) сигналов V.

9. Значение отсчета  принятой смеси сигнала и помехи  на входе решающей схемы приёмника при  однократном отсчете  Z(t₀) =5,015*10^-4 В .

10. Значения  отсчетов принятой смеси сигнала  и помехи при  приеме  по  совокупности  трех независимых  (некоррелированных)  отсчетов

Z(t₁)= 5,015*10^-4 В,   Z(t₂) =3,009*10^-4 В, Z(t₃) =5,516*10^-4  В.

11. Максимальная  амплитуда  аналогового  сигнала  на входе  АЦП  
b_max  =3.2В   .

12. Пик-фактор  входного сигнала  П =1,9.

13. Число разрядов  двоичного кода (при  передаче  сигналов  методом ИКМ) n = 10.

14. Вид  дискретной  последовательности  сложного  сигнала.    

S₁(t)=562₈={1,0,1,1,1,0,0,1,0}={1,-1,1,1,1,-1,-1,1,-1 }.                                                               

Расчет численных  значений этих параметров приводится в приложении 
в конце работы.

 

3 Структурная схема системы связи.

 

 

Рисунок 1 Структурная схема СС.

 

 

Под системой связи понимают совокупность технических средств  и среды распространения сигналов, обеспечивающих передачу сообщения от источника к потребителю. Структурная схема СС представлена на рисунке 4.1.

Источником сообщений  и получателем в одних системах связи может быть человек, в других – различного рода устройства, например ЭВМ.

Устройства, входящие в  СС:

1. Преобразователь сообщения в электрический сигнал. Этот узел нужен, когда сообщение не является электрическим сигналом (например, речь).

2. Для ограничения  спектра первичного электрического  сигнала вводится фильтр нижних  частот (ФНЧ). Ограничение спектра  нужно для того, чтобы можно было передавать сигнал с помощью отсчетов– по т. Котельникова дискретизируемый сигнал должен иметь ограниченный спектр.

3. Сигнал с ФНЧ подается  на АЦП, который состоит из 3-х блоков:

а) Амплитудно-импульсный модулятор (АИМ). В нем происходит дискретизация сигнала по времени через интервалф времени Dt.

б) Квантователь, который  дискретизирует сигнал  по уровню.

в) Последовательность квантованных значений передаваемого сообщения представляется в виде последовательности кодовых комбинаций-ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Чаще всего кодирование осуществляется в виде представления каждого уровня в двоичной системе счисления (0 или 1).

4. После АЦП может  устанавливаться помехоустойчивый  кодер для повышения помехоустойчивости  передаваемого сигнала при передаче по линии связи, подверженной воздействию помех, который вводит избыточность  передаваемый код.

5. Совокупность кодовых  комбинаций поступает на модулятор,  который и преобразует код  в сигнал, пригодный для передачи по линии связи. Общий принцип модуляции состоит в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания в соответствии с передаваемым сообщением. Обычно в качестве несущего сигнала используется ВЧ гармоническое колебание. Используются АМ, ФМ, ЧМ.

6. Передача осуществляется  по линии связи (ЛС)–среде, использующейся для передачи сигналов от передатчика к приемнику. В системах электросвязи ЛС представляет собой кабель, а в системе радиосвязи – область пространства, в которой распространяются электромагнитные волны.

При передачи на сигнал могут действовать различные помехи.

7. Демодулятор – устройство, преобразующее принятый сигнал в  последовательность кодовых комбинаций.

8. Декодер – устройство, восстанавливающее исходный код, обнаруживающее и устраняющее ошибки.

9. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)– устройство, преобразующее кодовые комбинации в квантованную последовательность отсчетов.

10. ФНЧ восстанавливает  непрерывное сообщение по отсчетам (в соответствии с т. Котельникова).

11. Готовый аналоговый  сигнал, соответствующий переданному поступает к получателю.

 

4 Временные и спектральные диаграммы на выходе каждого из блоков, изображены на рис. 2

 

 

 

Рисунок 2  Временные и спектральные диаграммы.

 

5 Структурная схема приемника.

Элементами сигналов ДАМ являются  посылки (кодовый  элемент «1») и паузы (кодовый элемент «0»)

 

   0 £  t £ T,

   

где Т – длительность элемента сигнала.

При передачи “1” передается колебание с одной частотой, а  при “0” отсутствие сигнала.                                      

 

 

 

Рисунок 3 Векторная диаграмма сигнала

 

                                                                                                                     

  

 

 

Рисунок 4 Структурная схема приемника ДАМ-НКГ

 

 

На вход приемника  поступает сумма сигнала х = A cos w t и помехи. После прохождения фильтра ПФ сигнал поступает на амплитудный детектор, где будем иметь огибающую суммы сигнала и помехи U₁ = E_сп, распределенную по обобщенному закону Релея, далее на ФНЧ и затем на решающее устройство. После этого РУ выносит решение какой сигнал передавался.

 

 

6 Принятие решения приемником по одному отсчету.

 

При отсутствии помехи будет  чистый сигнал S1 и S2, и задача разделения сигналов проста. При существовании помех сигналы искажаются и для их описания приходится использовать вероятностное пространство. Сами сигналы с помехами описываются уже функциями плотности вероятности и эти функции умножаются на весовые коэффициенты   и   .

При передаче сигналов   и возможны два варианта ошибок:

·  Переход 0 в 1 (0®1) т. е. (S₂ ® S₁)

·  Переход 1 в 0 (1®0) т. е. (S₁ ® S₂)

Когда последствия ошибок  и равнозначны и весовые константы a=b=1, то средняя вероятность ошибки минимизируется:

 

Данный критерий носит  название - критерий идеального наблюдателя. Для  критерия общим является  следующее правило принятия решения:

Сравнивается  и выносится решение в пользу или .

В преобразованном виде данное выражение выглядит:   

 

 

Справа стоящее выражение, называется пороговым отношением правдоподобия - .

Приемник, использующий отношение правдоподобия, работает следующим образом:

1.  Анализируя поступающий  на его вход сигнал, вычисляет  отношение правдоподобия  .

2.  По известным значениям  априорных вероятностей  и вычисляет пороговое отношение правдоподобия .

3. Величина  сравнивается с .

если > , то приемник выдает сигнал в противном случае сигнал .

Найдем отношение  правдоподобия для нашего случая:

 

, где

 

 

 

 

Найдем пороговое отношение  правдоподобия: