Определение защищенности аналоговых и цифровых сигналов от помех

Решение

Решение

2.1 Изобразить структурную схему линейного кодера и декодера взвешивающего типа

Изобразим структурную схему линейного кодера и декодера взвешивающего типа.

Рис.2 Линейный кодер взвешивающего типа с обратной связью

Рис.3 Линейный декодер взвешивающего типа

2.2 Выполнить операции кодирования/декодирования напряжения заданной величины U для каждого из следующих случаев:

- кодирование линейное с шагом д₀, код симметричный;

- кодирование нелинейное с характеристикой компрессии А=87,6/13.

Выполним операции кодирования/декодирования напряжения заданной величины U = - 1,25 В для каждого из следующих случаев: кодирование линейное с шагом д₀=1,3мВ, код симметричный;

Амплитуда отсчёта АИМ сигнала, соответствующая заданному напряжению равна:

Определим необходимую разрядность кода:

2^m?962, откуда m =10

Для симметричного двоичного кода в начале кодовой комбинации необходимо добавлять знаковый символ, поэтому общее число символов для такого кода потребуется m+1 =11

Запишем амплитуду АИМ отсчёта в двоичном коде:

т.к. АИМ отсчёт имеет отрицательный знак, то вначале кодовой комбинации добавляем знаковый символ 0. Полученная кодовая комбинация симметричного линейного кода имеет вид:

В процессе декодирования сначала считывается знаковый символ, по которому определяется знак АИМ отсчёта.0- отсчёт отрицательный. Далее оставшаяся m-разрядная кодовая комбинация преобразуется в АИМ отсчёт с соответствующей амплитудой. Сигнал на выходе декодера может быть получен в результате суммирования эталонных сигналов тех разрядов кодовой комбинации, значение которых равно 1. При поступлении на вход декодера кодовой комбинации: амплитуда АИМ отсчёта на выходе декодера будет равна:

Определим величину ошибки квантования при линейном кодировании:

Кодирование нелинейное с характеристикой компрессии А=87,6/13.

Структура кодовой комбинации такого кодирования формируется на выходе кодера с характеристикой А=87,6/13 и имеет вид PXYZABCD, где P- знаковый символ (1- для положительных сигналов, 0- для отрицательных); XYZ - символы кода номера сегмента N_c;

ABCD - символы кода номера шага внутри сегмента N_ш.А-характеристика компрессии разбита на 16 сегментов - 8 в положительной области и 8 в отрицательной. Сегменты имеют следующую нумерацию: N_c=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 в положительном и отрицательном направлении.

Внутри каждого сегмента шаг квантования остаётся постоянным, т.е осуществляется равномерное квантование, а при переходе к сегменту с большим порядковым номером шаг квантования увеличивается вдвое. Самый маленький шаг квантования д₀ соответствует двум первым сегментам. В таблице 1 показаны интервалы амплитуд, соответствующие сегментам характеристики компаундирования:

Табл.1

Из таблицы 1 видно, что амплитуда отсчёта Н_АИМ =962д₀, соответствует сегменту №6(в двоичном коде: 6 110)

Шаг квантования в сегменте №6составит:

д₆= д₀*2^6-1= д₀*2⁵= д₀*32=1,3*10^-3*32=0,083 В.

Каждый сегмент характеристики разбит на 16 шагов. Запишем в таблицу 2 значения амплитуд АИМ отсчётов, соответствующих каждому шагу в сегменте №6:

Табл.2

Из таблицы 2 видно, что амплитуда заданного сигнала U = -1,25 В, наиболее близка шагу №14 (в двоичном коде 14 1110) сегмента №6 характеристики компаундирования.

Кодовая комбинация нелинейного кода в соответствии с приведённой ранее структурой, будет иметь вид:

Кодирование осуществляется в течение восьми тактов, в каждом из которых формируется один из символов кодовой комбинации. При этом можно выделить три следующих этапа:

- формирование знакового символа Р (такт 1);

- формирование кода номера сегмента XYZ (такты 2-4);

- формирование кода номера шага внутри сегмента ABCD (такты 5-8).

Нелинейное декодирование осуществляется аналогично линейному, с учётом некоторых особенностей. Так, в процессе нелинейного декодирования, т.е. формирования АИМ отсчёта с определённой амплитудой U_АИМ, по структуре кодовой комбинации (PXYZABCD) определяются знак отсчёта и номер сегмента (N_c), после чего находится значение U_АИМ (с учётом того, что к декодированному сигналу с целью уменьшения ошибки квантования добавляется напряжение, равное половине шага квантования в данном сегменте).

Если на вход декодера поступает кодовая комбинация , (т.е. P=0, N_c =6, д₆= 32д₀, U_этi=512 д₀; A=1, B=1, C=1, D=0), то на выходе декодера будет сформирован АИМ отсчёт с амплитудой

Определим величину ошибки квантования после декодирования:

2.3 Рассчитать скорость передачи группового N-канального сигнала и необходимую полосу пропускания группового тракта

Рассчитаем скорость передачи группового N-канального сигнала и необходимую полосу пропускания группового тракта:

Эффективность использования диапазона частот г показывает, с какой скоростью (в бит/с) возможна передача в полосе частот 1 Гц при использовании данного конкретного сигнала (кода). Тогда скорость передачи в заданном диапазоне F, будет равна:

Величина необходимой полосы зависит от структуры передаваемой кодовой последовательности. Наихудший случай, отвечающий максимальной полосе, соответствует передаче чередующейся последовательности нулей и единиц. Для уверенной регистрации такого сигнала вполне достаточно его первой гармоники, частота которой равна

Таким образом, для передачи последовательности бит при помощи видиоимпульсных двоичных сигналов требуется, как минимум, полоса

Скорость передачи сигнала по одному каналу составит:

Определим скорость передачи группового N-канального сигнала

Полоса частот, необходимая для передачи группового сигнала со скоростью B_гр при заданной эффективности использования диапазона частот:

Задача 3. Оценка параметров системы цикловой синхронизации

Задание

3.1 Изобразить структурную схему неадаптивного приёмника циклового синхросигнала со скользящим поиском.

3.2 Определить среднее время восстановления состояния циклового синхронизма, считая, что приёмник предназначен для использования в ЦСП ИКМ-30.

Исходные данные:

Решение

3.1 Изобразить структурную схему неадаптивного приёмника циклового синхросигнала со скользящим поиском.

Изобразим структурную схему неадаптивного приёмника циклового синхросигнала со скользящим поиском.

Рис.4

3.2 Определить среднее время восстановления состояния циклового синхронизма, считая, что приёмник предназначен для использования в ЦСП ИКМ-30

Определим среднее время восстановления состояния циклового синхронизма, считая, что приёмник предназначен для использования в ЦСП ИКМ-30.

Среднее время восстановления состояния циклового синхронизма складывается из среднего времени обнаружения отсутствия синхронизма - времени заполнения накопителя по выходу из синхронизма, среднего времени поиска синхросигнала и среднего времени подтверждения состояния синхронизма - времени заполнения накопителя по входу в синхронизм.

Среднее время поиска синхрослова вычисляют по формуле:

,

где a - количество символов между двумя соседними синхрословами, b - количество символов в синхрослове, Т - период повторения синхрослова.

В ЦСП ИКМ-30 синхрослово состоит из 5 символов (b =5) оно имеет вид 0011011, передаётся в канальном интервале КИ₀ в чётных циклах и занимает интервалы Р₂ - Р₈. В интервале Р₁ всех циклов передаётся информация постоянно действующего канала передачи дискретной информации (ПДИ). Таким образом, расстояние между соседними синхрословами равно:

,

где - количество символов в одном цикле.

,

период повторения синхрослова в ЦСП ИКМ-30 составит:

Среднее время заполнения накопителя по выходу из синхронизма рассчитывается по формуле:

,

,

где ре - вероятность ошибки в линейном тракте.

Найдём среднее время обнаружения отсутствия синхронизма

Найдём среднее время подтверждения синхронизма

Среднее время восстановления состояния циклового синхронизма

Задача 4. Кодирование в линейном тракте ЦСП и ОСП. Оценка характеристик кодов

Задание

4.1 Для заданной последовательности двоичных кодовых символов построить временные диаграммы следующих типов цифровых сигналов (кодов): БВН(NRZ), АБС(BIF), СМI, ЧПИ(АМI), МЧПИ(HDB-3), 3В2Т, 2B1Q.

4.2 Оценить каждый из них по следующим показателям:

- способность к самохронированию (надёжность выделения тактовых импульсов);

- помехоустойчивость;

- эффективность использования полосы частот;

- сбалансированность по постоянной составляющей (устойчивость к ограничению полосы пропускания тракта передачи снизу).

Исходные данные:

Определить максимальную протяжённость участка регенерации ОСП, использующей одномодовое волокно ОВ. Потери в каждом неразъёмном соединении 0,05 дБ, суммарные потери во всех разъёмных соединениях 1 дБ.

Исходные данные:

Определим максимальную протяжённость участка регенерации ОСП, использующей одномодовое волокно ОВ. Потери в каждом неразъёмном соединении 0,05 дБ, суммарные потери во всех разъёмных соединениях 1 дБ.

Длину регенерационного участка выразим из неравенства описывающего зависимость энергетического потенциала ВОСП от количества разъёмных и неразъёмных соединений на регенерационном участке:

, где

б -коэффициент затухания ОВ, дБ/км;

l_уч - длина регенерационного участка, км;

n_p - количество разъёмных соединений на регенерационном участке;

n_н - количество неразъёмных соединений на регенерационном участке;

б_н - коэффициент затухания неразъёмных соединений;

б_р - коэффициент затухания разъёмных соединений;

При выборе максимальной длины регенерационного участка данное неравенство принимает форму уравнения, откуда:

Количество неразъёмных (сварных) соединений оценивают так:

,

где l_сд- строительная длина кабеля.

- суммарные потери во всех разъёмных соединениях заданы по условию.

Подставим полученные значения в формулу:

;

; ;

;

Для определения длины участка регенерации, ограниченной дисперсией, используем формулу:

,

где ,

тогда

Для определения максимальной длины регенерационного участка необходимо решить систему неравенств:

,

Отсюда следует, что максимальная длина регенерационного участка ВОСП равна:

.

Задача 8. Расчёт защищённости сигнала от помехи на входе решающего устройства регенератора цифровой ОСП

дискретизация сигнал помеха синхронизм

Задание

Решение

8.1 Изобразить упрощённую принципиальную схему приёмного оптического модуля с трансимпедансным усилителем

Изобразим упрощённую принципиальную схему приёмного оптического модуля с трансимпедансным усилителем.

Рис.7

8.2 Рассчитать среднее значение напряжения цифрового сигнала и среднеквадратические (действующие) напряжения собственной и дробовой помех на его выходе, ожидаемую и допустимую величины защищённости сигнала от суммарной помехи

Рассчитаем среднее значение напряжения цифрового сигнала и среднеквадратические (действующие) напряжения собственной и дробовой помех на его выходе, ожидаемую и допустимую величины защищённости сигнала от суммарной помехи.

Определим максимально допустимую величину резистора обратной связи (при отсутствии коррекции АЧХ).

Находим монохроматическую токовую чувствительность

Рассчитаем среднюю оптическую мощность на входе

Найдём среднюю величину фототока

Рассчитаем напряжение сигнала

, где

М - коэффициент лавинного умножения (для p-i-n ФД М=1), тогда

Рассчитаем действующее напряжение собственной помехи

k- постоянная Больцмана (1,38*10Дж/град.)

Т -температура (Т=293К)

, где

F_y - коэффициент шума усилителя (по заданию F_y =1.4);

f_в - эффективная ширина полосы пропускания усилителя (f_в0,7f_Т =98МГц),

тогда

Рассчитаем действующее напряжение дробового шума

, где

q - заряд электрона, (q =1,6*10^-19 К), тогда

Определим напряжение суммарной помехи

Вычислим отношение сигнал/суммарная помеха

Найдём величину защищённости от суммарной помехи

Найдём требуемую величину защищённости от суммарной помехи

,

где А_з=(2…3) дБ - запас защищенности

Список литературы

1. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для ВУЗов / Под рел. В.И. Иванова - Москва: Радио и связь, 1995г.

2. Расчёт электрических характеристик линейных трактов кабельных ЦСП: Метод. Разработка по дипломному проектированию ЦСП/ С.В. Чёткин - Москва: ВЗЭИС, 1988г.

3. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию оптических систем передачи /С.В. Чёткин - Москва: МТУСИ, 2002г.

Размещено на Allbest.ru