Виртуальная модель системы с временным разделением каналов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО Омский государственный технический университет

Виртуальная модель системы с временным разделением каналов

программный сигнал аппроксимация квантование

1. Функциональное назначение и область применения

Функциональное назначение программного модуля - моделирование принципа действия системы с временным разделением каналов и определение влияния источников погрешностей на характеристики системы и функционирование системы в целом.

Область применения модели - системы измерения, управления и контроля.

Модель построена по следующей структурной схеме:

Рис. 1.1. Структурная схема системы с временным разделением сигналов: , - коммутатор, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, ППРК - преобразователь параллельного кода в последовательный, ГТИ - генератор тактовых импульсов, М - модулятор, ДМ - демодулятор, ВЦС - блок внутрицикловой синхронизации, ППСК - преобразователь последовательного кода в параллельный, ОСЦ - осциллограф.

Описание работы системы:

На передающей стороне коммутатор поочередно переключает сигналы канала№1 и канала№2 с частотой задаваемой генератором тактовых импульсов (ГТИ), частота которого обратно-пропорциональна погрешности аппроксимации. Напряжение на выходе коммутатора преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) параллельного преобразования в двоичный код с некоторой погрешностью, определяемой квантом преобразования и, следовательно, разрядностью АЦП. Параллельный двоичный код с выхода АЦП с помощью преобразователя параллельного кода в последовательный (ППРК) преобразуется в последовательный, и после модуляции передается по линии связи.

На приемной стороне принятый сигнал демодулируется и с помощью преобразователя последовательного кода в параллельный (ППСК) преобразуется в параллельный код. Параллельный код с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) преобразуется в аналоговый, и запоминается в устройстве выборки-хранения (УВХ), управляемом ГТИ. Напряжение с выхода УВХ с помощью коммутатора , работой которого управляет, ГТИ поступает на соответствующий канал.

Используемые технические средства. Включают персональный компьютер типа PENTIUM-4 и выше с 64 МБ (и выше) оперативной памяти.

Специальных условий применения не требуется.

Программный модуль и документация передаются на некоммерческой основе.

Данная модель создана в программной среде LabView 7.1. и построена по структурной схеме изображенной на рис.1.1.

Реализация системы в программной среде LabView 7.1. изображена на рис 1.2. (передняя панель) и рис. 1.3 (программная панель).

Система имеет следующие характеристики:

1. Диапазон амплитуд входного сигнала - ±10 В

2. Диапазон частот входного сигнала - 0,1 ч 20 кГц

3. Количество входных каналов - 2 шт.

4. Помехозащищенность

5. Разрядность АЦП - 6

Рис. 1.2. Реализация системы (передняя панель)

Основными источниками погрешности в данной системе являются:

1. Погрешность аппроксимации.

2. Погрешность квантования.

3. Шум в канале связи.

2. Квантование с точки зрения теории информации

Преобразование непрерывных сигналов в дискретные называют квантованием сигналов. Дискретизация сигналов позволяет применить:

1. Временное разделение каналов, что позволяет увеличить пропускную способность линий связи

2. Повышать помехоустойчивость при передаче информации, что позволяет получить большую точность передаваемых сообщений

Рис. 1.3 Реализация системы (программная панель)

3. Устранить избыточность при передаче информации, а также использовать при построении цифровых измерительных приборов.

Различают квантование по уровню, по времени, а также по уровню и времени.

Погрешность квантования при равномерном квантовании по уровню определятся как:

,

где - погрешность квантования,

- квантованное значение,

- действительное значение.

При квантовании по времени дискретизация сигнала x(t) связана с заменой промежутка изменения независимой переменной некоторым множеством точек, то есть операции дискретизации соответствует отображение .

При малых интервалах дискретизации количество отсчетов на заданном интервале будет большим, а, следовательно, точность восстановления исходной функции будет высокой. И наоборот, при больших интервалах t количество отсчетов уменьшается и точность воспроизведения уменьшается.

Методы дискретизации классифицируют по следующим наиболее существенным признакам:

1. Регулярность отсчетов: равномерная, неравномерная, случайная, аддитивная, с кратными интервалами, с некратными интервалами

2. Критерий оценки точности: максимальный, среднеквадратический, интервальный, вероятностнозональный

3. Базисные функции: ряд Фурье, ряд Котельникова, полином Чебышева, полином Лежандра, степенные полиномы, функции Уолша, функции Хаара

4. Принцип приближения: интерполяция, экстраполяция, комбинированный.

Интервал дискретизации для значений максимальной относительной погрешности при ступенчатой аппроксимации определяется как:

,

где t - интервал дискретизации,

_max - максимальная относительная погрешность,

_с - наивысшая частота сигнала.

Рис. 1.4 Выходные сигналы каналов при погрешности аппроксимации 15%

Рис. 1.5 Выходные сигналы каналов при погрешности аппроксимации 20%

Рассмотрим влияние вышеперечисленных погрешностей, а именно: погрешности аппроксимации, погрешности квантования и шума в канале связи.

1. Погрешность аппроксимации.

Как видно из рисунков 1.4. и 1.5. чем больше погрешность аппроксимации, тем меньшим количеством дискретных значений заменяется исходный аналоговый сигнал, и тем сильнее отличается принятый на принимающей стороне сигнал от исходного.

2. Погрешность квантования.

Рис. 1.6 Выходные сигналы каналов при погрешности квантования 9%

Как видно из рисунков 1.6. и 1.7. чем больше погрешность квантования, тем меньшим количеством квантов заменяется исходный аналоговый сигнал, и тем сильнее отличается принятый на принимающей стороне сигнал от исходного.

3. Шум в канале связи.

Как видно из рисунков 1.8. и 1.9. и 1.10 до определенного момента система помехоустойчива и шумы в канале связи никак не влияют на передачу сигнала, но при превышении некоторого порога, в нашем случае 50% от полезного сигнала, система теряет помехоустойчивость.

Рис. 1.7 Выходные сигналы каналов при погрешности квантования 20%

Рис. 1.8 Выходные сигналы каналов при шуме 50% от полезного сигнала

Рис. 1.9 Выходные сигналы каналов при шуме 55% от полезного сигнала

Рис. 1.10 Выходные сигналы каналов при шуме 72% от полезного сигнала

Размещено на Allbest.ru