Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Объектом расчета является цифровая система передачи непрерывных сообщений с импульсно-кодовой модуляцией (ЦСП с ИКМ) по каналу с шумом. Структурная схема системы приведена на рисунке и включает в себя источник сообщений (ИС), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), кодер помехоустойчивого кода (Код), модулятор (Мод), линию связи (ЛС), демодулятор (Дем), декодер помехоустойчивого кода (Дек), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), фильтр-восстановитель (ФВ) и получатель сообщения.

Для передачи непрерывных сообщений в сегодняшней практике очень часто используется цифровые системы передачи информации. Типичным примером цифровой системы передачи непрерывных сообщений являются системы с импульсно-кодовой модуляцией.

Целью данной работы является разработка цифровой системы передачи сообщений.

1. Исходные данные

Выпишем исходные данные для расчета (№ варианта 22):

- интервал значений передаваемого сообщения U_min= 0 U_max= 6,4

- полосу частот передаваемого сообщения f_max= 6*10⁶ Гц

- тип АЦП: 1

- тип кодера: 4

- вид модуляции: 2

- кодовая комбинация: 90;79

1. АЦП последовательного счёта

2. Код Хэмминга

3. Фазовая манипуляция:

2. Источник сообщений

Согласно задания, непрерывное сообщение, представленное электрическим сигналом напряжения представляет собой случайный процесс, мгновенные значения которого распределены равномерно. Случайная величина называется равномерно распределенной на [a,b], если ее плотность вероятности на [a,b] постоянная, а в не [a,b] равна 0.Так как

Подставляя необходимые нам значения ( [ 0 В ; 6,4 В] ), получим:

то f(x) = 1/(6,4+0)В^-1 = 0,156 В^-1

Графически плотность вероятности данного сообщения выглядит следующим образом:

рис 2.1. График мгновенного значения сообщения.

Функцию распределения получаем интегрированием функции распределения:

В качестве свободного члена берется значение a/(b-a):

с = Umin/( Umax- Umin ) = 0/(6,4 - 0) = 0

Таким образом, функция распределения:

F(x) = 0,156*x

рис 2.2. График функции распределения сообщения

Среднее значение, или математическое ожидание вычисляется по формуле:

= 3,19

Среднеквадратическое значение (мощность сигнала):

Дисперсия (мера разброса случайной величины):

у²_x = p_x- m_x² = 13 - 10,176 = 2,924

у_x= 1,71

3. АЦП и ЦАП

Для преобразования непрерывных сигналов в цифровой код и наоборот в системах связи используют специальные устройства аналого-цифровой (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП) преобразователи. По сути дела АЦП осуществляет ИКМ, т.е. выполняет следующие операции: дискретизацию непрерывного сигнала по времени, квантование по уровню и полученная последовательность квантованных значений путем кодирования представляется в виде последовательности m-ичных кодовых комбинаций (чисел). Чаще всего кодирование здесь используется двоичное, т.е. делается запись номера уровня квантования в двоичном коде. Рассмотрим принципы функционирования аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

3.1 Максимально допустимый интервал дискретизации по времени

В процессе формирования сигнала осуществляется дискретизация непрерывного (аналогового) сигнала во времени в соответствии с известной теоремой дискретизации ( теоремой Котельникова): любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой fв полностью определяется последовательностью своих дискретных отсчетов, взятых через промежуток времени Дt = 1/2fв , называемый периодом дискретизации.

Дt = 1/2f_max

Дt = 83 нc

3.2 Число уровней квантования

Дискретизатор преобразует сообщение в последовательность отсчетов, каждый из которых квантуется по уровню с равномерным шагом Дa = 0,1В.

Число уровней квантования определяется как:

L = (U_max-U_min)/Дa

L = 6,4/0,1 = 64

3.3 Средняя мощность шума квантования

При квантовании возникает так называемый шум квантования, мощность Дисперсия шума квантования, характеризующая его мощность, может быть выражена в логарифмическом масштабе (в дБ - децибелах) по отношению к пиковому уровню мощности входного сигнала:

P_ш = Дa²/12

P_ш = 0,83 мВт.

3.4 Расчёт фильтра низких частот

В качестве фильтра низких частот используется фильтр Чебышева с двумя каскадами.

рис. 3.1 Фильтр Чебышева.

Для подавления верхней боковой полосы используем фильтр Чебышева. Фильтр реализован на источнике напряжения управляемом напряжением (ИНУН). Подбором параметров элементов реализован четырехполюсный фильтр Чебышева с неравномерностью 2 дБ.

Количество каскадов ИНУН выбирается из соотношения , где - количество полюсов фильтра. В данном случае количество полюсов равно 4, следовательно, количество каскадов равно 2.

и выбирается из диапазона от 10 кОм до 100 кОм. В моделируемом фильтре принято значение .

и рассчитывается из соотношения:

,

где - частота среза ФНЧ;

- нормирующий коэффициент, для четырехполюсного фильтра коэффициенты равны 0,471 и 0,964 для первого и второго каскадов ИНУН соответственно.

Рассчитаем значение для первого каскада:

С1 = 1/(1*3,14*10^5*6*10^6*0.471) = 5 мкФ

С2 = 1/(1*3,14*10^5*6*10^6*0,964) = 2 мкФ

Значения резисторов находятся в соотношении .

Значение коэффициента устанавливается в 1,924 и 2,782 для первого и второго каскадов соответственно.

Рассчитаем значенияидля первого каскада:

, .

Рассчитаем значенияидля второго каскада:

, .

рис 3.2. Структурная схема АЦП последовательно счёта.

Принцип действия: ручными переключателями производится последовательный отсчёт значений, который преобразовываются в двоичный вид электронными переключателями и выводятся на индикаторы. Устройство цифро-аналогового преобразования(питающееся от батареи 256 В) считывает значение и подаёт на операционный усилитель, который в случае совпадения входного напряжения и напряжения от ЦАП подаёт сигнал на вход логического элемента, который разрывает цепь переключателей. Таким образом, на индикаторах устанавливается значение нашего входного напряжения. Такая схема имеет один большой недостаток: в случае высокого входного напряжения, сильно возрастает время его определения, из-за последовательного увеличения значения.

4. Кодер и декодер

4.1 Кодирование комбинации

Переведем исходные данные в двоичный код - 90₁₀ и 79₁₀.

90₁₀ = 0101 1010₂

79₁₀ = 0100 1111₂

Разобьем 8-ми битовое сообщение на 2 части по 4 бита

1)f1(x)=1110

2)f2(x)=1010

3) f3(x)=0100

4) f4(x)=1010

По заданию матрица Хэмминга имеет вид:

Построим проверочную матрицу по образующей:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналитически определим кодовые комбинации:

1)

Таким образом, проверочные биты равны 000

2)

Таким образом, проверочные биты равны 101

3)

Таким образом, проверочные биты равны 101

4)

Таким образом, проверочные биты равны 101

4.2 Моделирование ошибки

Смоделируем ошибку в разряде, который вычисляется по формуле:

,

следовательно NРАЗР = 1

Вычислим синдром ошибки для всех четырех случаев.

1) Передаваемая последовательность (с внесенной ошибкой) 1010 000

Вычисляем синдром ошибки:

Так как проверочные биты 000, то:

Таким образом, синдром ошибки равен 101 и по проверочной матрице определим, что ошибка произошла в первом разряде.

2) Передаваемая последовательность (ошибка не вноситься, так как это вторые четыре бита предаваемого кода) 1010 101

Вычисляем синдром ошибки:

Так как проверочные биты 101, то:

Таким образом, синдром ошибки равен 000 и по проверочной матрице определим, что ошибки нет.

3) Передаваемая последовательность (с внесенной ошибкой) 0000101

Вычисляем синдром ошибки:

Так как проверочные биты 101, то:

Таким образом, синдром ошибки равен 101 и по проверочной матрице определим, что ошибка произошла в первом разряде.

4) Передаваемая последовательность (ошибка не вноситься, так как это вторые четыре бита предаваемого кода) 1010 101

Вычисляем синдром ошибки:

Так как проверочные биты 101, то:

Таким образом, синдром ошибки равен 000 и по проверочной матрице определим, что ошибки нет.

4.3 Функциональная схема кодера и декодера кода

сообщение цифровой код декодер

рис 4.1 . Схема для входной кодовой комбинации 1110.

Представленная схема кодера - декодера работает по следующему принципу:

Ключами S0-S3 выставляется исходная кодовая комбинация, далее сумматоры по модулю 2 U1-U3(запрограммированные в соответствии с проверочной матрицей) строят проверочные биты. На индикаторы U13-U19 выводится закодированная комбинация. Ключи S4-S10 и инверторы U4-U10 служат для моделирования ошибки в разряде. Сумматоры по модулю 2 U20-U22 формируют синдром ошибки. В соответствии с проверочной матрицей определяется ошибочный бит.

Внесем смоделированную ошибку в реализованную схему.

рис 4.2. Схема с внесенной ошибкой в первом разряде.

Ошибка вноситься следующим образом: с помощью переключателя, который соответствует нужному нам разряду, изменяем необходимое нам значение (он выделен красным цветом) с единицы на ноль. Схемная реализация показывает нам ошибку в первом разряде, которую можно увидеть по включению соответствующих лампочек.

Аналитически и экспериментально была смоделирована ошибка, в нужном разряде. Аналитически и экспериментально было продемонстрировано нахождение ошибки, с помощью проверочной матрицы.

5. Модулятор и демодулятор

5.1 Общие сведения

Фазовая манипуляция - представляет процесс управления фазой ВЧ колебания. На практике применяется способ относительной фазовой манипуляции, предложенный Н.Т. Петровичем.

Этот способ заключается в том, что каждый последующей информационной посылке соответствует сигнал, фаза которого сдвигается на определенный угол относительно фазы предшествующей посылке.

Схема перекодирования, которая обычно не входит в состав возбудителя, может быть выполнена на дискретных логических элементах «НЕ», «И» и триггере (рис. 5.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

рис 5.1.Структурная схема устройства перекодирования и временные диаграммы, поясняющие этот процесс.

На вход схемы «И» поступают инвертированный телеграфный сигнал u₁ и синхронная тактовая импульсная последовательность u₂. Импульсы с выхода схемы совпадения «И» подаются на вход триггера Т, работающего в динамическом режиме. С выходов Q и Q' триггера снимаются перекодированные парафазные последовательности импульсов u₄ и u₅, которые используются для осуществления абсолютной фазовой манипуляции высокочастотных колебаний в возбудителе. Структурная схема фазового манипулятора представлена на рис. 5.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

рис 5.2.Структурная схема цифрового фазового манипулятора.

В ее состав входят фазоинвертор (ц=р), две логические схемы «И», схема «ИЛИ» и полосовой фильтр. На выходе фазоинвертора формируются парафазные высокочастотные колебания импульсной формы, которые подаются на соответствующие входы схем «И1» и «И2». На эти же схемы поступают перекодированные информационные последовательности u₄ и u₅ с выхода схемы перекодирования. На выходе схемы «ИЛИ» (сумматора) имеет место импульсный фазоманипулированный сигнал, соответствующий абсолютной ФТ по отношению к последовательности u₄ и относительной ФТ по отношению к последовательности u_ТГ.

С помощью полосового фильтра ПФ на выходе устройства формируется высокочастотный фазоманипулированный сигнал гармонической фирмы.

5.2 Преобразование сообщения

По условию имеем:

1) Закодируем кодовую комбинацию 90₁₀ = 101 1010₂. И построим временные диаграммы, поясняющие принцип фазовой манипуляции (рис. 5.3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 5.3 Временные диаграммы, поясняющие принцип фазовой манипуляции с кодовой последовательностью 101 1010.

2) Закодируем кодовую комбинацию 79₁₀ = 100 1111₂. И построим временные диаграммы, поясняющие принцип фазовой манипуляции (рис. 5.4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 5.3 Временные диаграммы, поясняющие принцип фазовой манипуляции с кодовой последовательностью 100 1111.

Заключение.

В результате выполнения курсовой работы была рассчитана и смоделирована цифровая система передачи непрерывных сообщений с импульсно-кодовой модуляцией по каналу с шумом. Структурная схема системы включала в себя источник сообщения, аналого-цифровой преобразователь, кодер помехоустойчивого кода, модулятор, линию связи, демодулятор, декодер помехоустойчивого кода, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр восстановитель и получатель сообщения. Курсовая работа имела цель закрепления навыков анализа системы передачи непрерывных сообщений цифровыми методами, расчёта характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналам связи с помехами. Основной задачей курсовой работы было закрепление навыков расчёта характеристик системы передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами. Кроме того, в процессе её выполнения необходимо было продолжить знакомство с учебной и монографической литературой по теории системы и сети связи, закрепить навыки выполнения технических расчётов и моделирования информационных процессов в цифровой системе передачи непрерывных сообщений с использованием персональной ЭВМ.

В заключение хотелось бы отметим, что объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру мира, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций. Начало XXI века рассматривается как эра информационного общества, требующего для своего эффективного развития создания глобальной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, темпы развития которой должны быть опережающими по отношению к темпам развития экономики в целом. При этом создание российской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой и интеллектуальной активности общества, укрепления авторитета страны в международном сообществе.

Список использованной литературы

1. Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации. -- М.: Радио и связь. 2001. -- 336 с.

2. Томаси У. Электронные системы связи. -- М.: Техносфера. 2007. -- 1360 с.

3. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов/ В.В. Крухмалев. В.Н. Гордиенко. А.Д. Моченов и др.; под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. -- М.: Горячая линия-Телеком. 2004. -- 510 с.

4. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи. -- М.: Техносфера. 2006. -- 288 с.

5. Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е. испр.: Пер. с англ. -- М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. -- 1104 с.

6. Рид Ричард. Основы теории передачи информации.: Пер. с англ. -- М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. -- 320 с.

7. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в трех томах. -- М.: Горячая линия - Телеком. 2004.

8. Авиационные системы связи: Учебное пособие в двух частях. Ермаков Е.К.

Размещено на Allbest.ru