Проектирование системы сжатия и уплотнения каналов
Проектирование системы сжатия и уплотнения каналов, определение её параметров и характеристик. Определение частоты опроса. Адаптивная коммутация как способ изменения частоты опроса источников информации. Разделение каналов по форме, структурная схема.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.02.2011 |
| Размер файла | 415,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Кафедра РУС
Курсовой проект
по дисциплине:
"Основы теории сжатия информации и уплотнения каналов"
на тему:
"Проектирование системы сжатия и уплотнения каналов"
Выполнил: студент гр.816
Шлома Н.В.
Проверил:
Макаров Д.А.
Рязань
Содержание
- Введение
- Определение частоты опроса
- Адаптивная коммутация
- Рикм
- Разделение каналов по форме
- Разработка структурной схемы
- Заключение
- Список используемой литературы
- Приложение 1. Краткие сведения о функциях Уолша
Введение
В данном курсовом проекте разрабатывается система сжатия и уплотнения каналов, и определяются её основные параметры и характеристики. Проектирование и применение подобных систем в настоящее время считаются целесообразным, т.к. эти системы позволяют уменьшить плотность и сложность линий связи, увеличить число каналов, улучшить качество обслуживания абонентов, а так же предоставлять им дополнительные услуги.
Определение частоты опроса
Рис.1.
Т.к. спектр сигнала гауссовский, из 1 по модели №4 (рис.1) определяем частоту опроса F0. По заданию на проект, показатель верности эф = 0.4 %, а ширина спектра сигнала f=1800 Гц. Применим эту модель к интерполяции по Лагранжу при n=1,2,3, используя также следующие соотношения:
Теперь проанализируем полученные результаты. Частота опроса F02 имеет существенный выигрыш по сравнению с F01 и проигрывает частоте F03, так как больше неё. Но выберем F02, так как при реализации на этой частоте обеспечивается заданное качество и аппаратная сложность меньше, чем при F03.
система сжатие уплотнение канал
Адаптивная коммутация
Адаптивная коммутация (АК) представляет собой способ изменения частоты опроса источников информации в соответствии со скоростью изменения входного сигнала. Целью АК является объединение потоков отсчетов, которые идут с различной частотой, в один поток с постоянной частотой следования, определяемой пропускной способностью канала связи (КС). Очередность передачи информации от различных источников производится в соответствии:
наибольшей текущей погрешности аппроксимации
экстремальным значением входных сигналов или их производных
отклонение параметра от нормы
система позволяет учитывать приоритет отдельных сообщений и передавать информацию в реальном масштабе времени. В системах с АК обычно производится опрос всех каналов. Выявляется канал с наибольшей погрешностью аппроксимации и информация канала поступает в КС.
Рис.2
Сигналы от датчиков поступают на входы ППА и мультиплексора. Мультиплексор находиться в закрытом состоянии и открывается с поступлением тактовых импульсов с генератора тактовых импульсов (ГТИ). Мультиплексор - это устройство, предназначенное для передачи сигнала с любого из входов на одну общую выходную шину. Вход, с которого сигнал поступает на выход, выбирается в зависимости от вида параллельного двоичного кода, который подается на управляющие входы. Сигналы с выхода ППА анализируются в блоке ВМС, который представляет собой схему сравнения на n входов. На выходе ВМС формируется параллельный двоичный код, соответствующий номеру канала с наибольшей погрешностью аппроксимации. При поступлении на МК тактового импульса с ГТИ на выход проходит сигнал канала двоичный код номера которого воздействовал на управляющие входы МК. Сигнал датчика и адрес канала в параллельной форме записываются в БС. При поступлении импульсов считывания с ГТИ происходит преобразование параллельного кода в последовательный, и сигнал передается в линию связи.
Рассмотрим простейшую схему выделения максимального сигнала с использованием диодных сборок, т.е. диодных схем "И" и операционных усилителей, выходной сигнал которых является двоичным кодом канала с максимальной погрешностью аппроксимации. Использование диодных сборок основано на том, что между операциями алгебры логики и операциями выделения максимума и минимума существует определенная аналогия:
Для получения на выходе на выходе схемы выделения максимального сигнала, соответствующего кода необходимо на выходы этой схемы подключить по определенным правилам к инверсным и прямым входам операционные усилители.
подключение к инверсному входу, - подключение к прямому входу.
Простейшая схема ВМС на 4 входа имеет вид:
Рис.3
При достаточном усилении операционных усилителей, когда напряжение на прямом входе больше, чем на инверсном, операционный усилитель находится в режиме насыщения, т.е. на выходе "1". Если наоборот, то операционный усилитель находится в режиме отсечки, т.е. на выходе "0". Для получения хороших результатов, необходимо, что бы характеристики диодов были одинаковыми, а усиление ОУ было больше 1000.
Рикм
Обычно между соседними отсчетами сигнала имеются значительные корреляционные связи, которые слабо убывают по мере увеличения интервалов между отсчетами. В результате разность между соседними отсчетами будет иметь меньшую дисперсию чем исходный сигнал т.е. Динамический диапазон разностного квантования сигнала меньше, что позволяет при том же отношении сигнал/шум квантования (ОСШК) уменьшить разрядность кодового слова.
Рис.4
D (x) = GnD (d),
где D (x) и D (d) динамические диапазоны входного сигнала и разности предсказания соответственно.
Рис.5
На входе квантователя действует сигнал равный разности между входным и предсказанным значением.
- погрешность предсказания.
Квантованию подвергается не входной, а разностный сигнал. При этом квантователь может быть адаптивным или неадаптивным, равномерным или неравномерным, но во всех случаях его параметры должны соответствовать диапазону погрешности предсказания.
, где - ошибка квантования разностного сигнала.
,
где q - ОСШК (для ИКМ), В - необходимая разрядность кодового слова. При использовании РИКМ, мы получаем выигрыш в ОСШК на 6дБ по сравнению и ИКМ
Отсюда
видно, что чтобы обеспечить ОСШК равный 30дБ, нужен 6-битный квантователь.
Разделение каналов по форме
При разделении каналов по форме (РКФ) базисные функции е (t) должны быть линейно независимыми и желательно ортогональны.
При этом передающаяся информация заключена в амплитуде базисных функций.
При этом канальные сигналы имеют следующий вид:
где Ui - отсчёты первичного сигнала, Т - период канального сигнала. Это выражение справедливо, если информация заключена в амплитуде. В качестве базисных функций используются формулы, удобные с точки зрения технической реализации. Обычно это полиномы Лежандра, Лагерра, Матье, функции Уолша.
Рассмотрим полиномы Лежандра:
Для полиномов Лежандра выполняется условие ортогональности:
Средняя мощность каждого колебания равна 2n+1. Для того, чтобы выровнять мощности канальных сигналов, необходимо на передающей стороне базисную функцию умножить на .
Для нечётных полиномов Лежандра в сигнале появляются скачки, для передачи которых требуется широкая полоса пропускания (см. рис.6)
Рис.6
Для устранения этого недостатка у нечётных полиномов через период меняется полярность (см. рис.7)
Рис.7
Рассмотрим структурную схему передающей и приёмной части системы уплотнения по форме с ортогональными сигналами:
Рис.8. Структурная схема системы уплотнения по форме.
а - структура передающей части; б - структура приемной части
На схеме следующие обозначения:
ГПФ - генератор полиномиальных функций;
ГТЧ - генератор тактовой частоты;
ГНК - генератор несущего колебания;
Кi - ключи;
СМУ - суммарно-масштабный усилитель;
С - синхронизатор.
На приёмной стороне ГТЧ формирует кратковременные импульсы с частотой повторения. Ключи хранят значение весь период повторения. Синхронизатор формирует синхросигнал. Групповой сигнал имеет вид:
Для разделения по форме используют свойство ортогональности. Математически эта операция выглядит так:
На приёмной стороне в синхронизаторе осуществляется выделение синхросигнала, который запускает ГПФ и сбрасывает интеграторы и ключи. Ортогональные полиномы являются непрерывными аналоговыми сигналами, что приводит к повышенным требованиям к устройствам генерирования и обработки. Но реализация таких систем на основе ЦОС позволяет получить лучшие технические характеристики, чем при использовании ансамбля Уолша (в частности, требуемая полоса меньше).
В данном проекте в качестве базисных функций будут использованы функции Уолша (см. приложение 1) вследствие простоты использования на практике и при расчётах. Т.к. мы имеем 20 АК, нам необходимо 20 функций Уолша.
Разработка структурной схемы
Рис.9
Рассмотрим формирование группового сигнала.
Каждая схема АК содержит 5 датчиков. В системе получается 20 схем АК. Сигнал с выхода АК показан на рисунке 10.
Рис.10
Рис.11
На рисунке 11 изображена общая структурная схема разрабатываемой системы сжатия и уплотнения. На вход системы уплотнения (СУ) с систем АК поступают сигналы. На СУ они перемножаются с функциями Уолша. Далее уплотненный сигнал вместе с сигналом синхронизации поступает на формирователь группового сигнала (ФГС). Далее сигнал поступает на модулятор и в канал связи.
За один период в линию должны быть переданы:
Информация со всех 20 устройств АК,
Синхросигнал
Для задания адреса датчика нам необходимо 3 бита информации, на информацию отводим 6 бит. Общая длина кода с выхода АК:
L = 3 + 6 = 9 бит
На выходе СУ длина кода увеличивается на длину функции Уолша. Для 20 схем АК необходимо 20 функций Уолша, которые можно описать 5-ю битами (25 = 32, 24 = 16 - недостаточно). Отсюда получаем:
LГР = L · 5 = 9 · 5 = 45 бит.
Это длина группового сигнала на выходе СУ. Теперь необходимо рассчитать синхросигнал в зависимости от вероятности ошибки на символ РОШ. По графику [3] при РОШ = 10-3 и задаваясь вероятностью ложного обнаружения синхросигнала 1-РПР = 10?6, определяем длину синхросигнала n = 31. Синхросигнал необходимо отделить одним битом от сообщения.
В итоге получим:
N = LГР + n + РБ = 45 + 31+ 1= 77 бит
Длительность передачи одного символа (бита):
Ширина спектра группового сигнала
Рис.12
На рис.12 приведен групповой сигнал. Синхр - синхросигнал, адр - сумма адресов, информ. - сумма информационных слов с соответствующих датчиков. Сигнал же с конкретного датчика в групповом сигнале увидеть невозможно из-за представленного в данном курсовом проекте типа уплотнения.
где n = 0.2 - номер бита адреса, k = 1.5 - номер датчика в i-ом АК.
Аналогично для информационного блока:
здесь n = 0.5 - номер бита информационного блока.
Заключение
В данном проекте разработана система сжатия и уплотнения каналов, определены её основные параметры с учётом данных технического задания. Спроектированная система может использоваться как составная часть систем телеметрии или радионавигации. По сравнению с аналоговыми системами, данная цифровая система более стабильна в работе, обеспечивает передачу большего числа информации, обеспечивает лучшую точность передачи информации.
Список используемой литературы
1. Кириллов С.Н. Курс лекций по дисциплине "Основы теории сжатия информации и уплотнение каналов". Рязань, 2002 г.
2. Кириллов С.Н., Стукалов Д.Н. Цифровые системы обработки речевых сигналов Рязань, РРТИ, 1995 г.
3. Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации. М., 1982г.
4. Адаптивные телеизмерительные системы, под ред. А.Б. Фремке, М. 1981 г.
5. Левин, Плоткин, Цифровые системы передачи информации, 1982 г.
6. Езерский В.В. Курс лекций по дисциплине "Цифровая обработка сигналов" Рязань, 2002 г.
Приложение 1. Краткие сведения о функциях Уолша
Эти функции известны с 1922 г., но практический интерес к ним возник только в последние 2 - 3 десятилетия в связи с развитием ЭВМ. Существует множество способов задания (определения) функций Уолша.
Математически можно записать так:
,
где - функции Радемахера (рис.13)
Рис.13
Количество таких функций определяется величиной n:
N=2n - общее количество функций Уолша.
На рисунке 14 приведены первые восемь функций Уолша
Рис.14.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Разработка системы сжатия и уплотнения каналов и определение её параметров и характеристик. Проектирование и применение систем уплотнения каналов с целью уменьшения плотности и сложности линий связи, увеличения числа каналов, улучшение качества связи.
курсовая работа [487,0 K], добавлен 25.12.2008Определение частоты опроса. Интерполяция по Лагранжу. Дискретизация входного сигнала по выходному квантованному сигналу или по последовательности кодовых слов. Преобразователь погрешности аппроксимации. Структурная схема и описание системы уплотнения.
курсовая работа [194,4 K], добавлен 23.12.2010Разработка системы сжатия и уплотнения каналов систем линий связи. Мажоритарное уплотнение каналов. Способы определения функций Уолша. Расчет характеристик и выбор элементов структурной схемы. Структура группового сигнала. Выбор частоты дискретизации.
курсовая работа [110,1 K], добавлен 28.02.2011Структурная схема измерительной системы с временным разделением каналов. Порядок расчета параметров коммуникатора каналов информационно-измерительной системы с временным разделением каналов. Расчет длительности и погрешности неидентичности каналов.
контрольная работа [424,3 K], добавлен 23.01.2014Телеметрические многоканальные системы с временным разделением каналов, их структурная схема. Расчет частот опроса источников информации, шумовых погрешностей и междуканальных помех. Функциональная схема и минимизация загрузки группового тракта системы.
курсовая работа [788,8 K], добавлен 12.03.2012Проектирование междугородной линии связи для трассы Ижевск-Курган. Расчет каналов тональной частоты, первичных и вторичных параметров передачи кабельной цепи, выбор аппаратуры уплотнения. Мероприятия по защите кабельной магистрали от ударов молнии.
курсовая работа [1021,4 K], добавлен 10.05.2011Многоканальная связь; методы образования каналов тональной частоты. Проектирование канала низкой частоты, расчёт дифференциальных усилителей и распределение их по участку, подбор каналообразующего оборудования двухпроводной двухполосной системы передачи.
курсовая работа [478,7 K], добавлен 19.06.2012Классификация методов разделения каналов. Условия линейной разделимости сигналов. Разделение сигнала по форме. Базисные функции ортогональны в частотной области. Способы определения начала переднего фронта k-го импульса. Мажоритарное уплотнение каналов.
реферат [1,5 M], добавлен 17.03.2011Структурная схема, поясняющая принцип построения ЦСП с ИКМ-ВД для заданного числа телефонных каналов. Расчет тактовой частоты, длительности канального интервала, цикла и сверхцикла. Построение генераторного оборудования для заданного числа ТЛФ каналов.
контрольная работа [281,8 K], добавлен 19.12.2009Основные характеристики дискретных каналов. Проблема их оптимизации. Классификация каналов передачи дискретной информации по различным признакам. Нормирование характеристик непрерывных каналов связи. Разновидности систем передачи дискретных каналов.
контрольная работа [103,7 K], добавлен 01.11.2011
