Расчёт оптимальной системы связи

Расчёт оптимальной системы связи

Министерство связи и информатики РФ

Сибирский Государственный Университет

Телекоммуникаций и Информатики

По теме: "Расчёт оптимальной системы связи"

Задание

Разработать структурную схему системы связи, предназначенную для передачи данных и передачи аналоговых сигналов методом ИКМ для ЧМ модуляции и НКГ способа приема сигналов. Рассчитать основные параметры системы связи. Указать и обосновать пути совершенствования разработанной системы связи.

Исходные данные:

Содержание

• Введение
• 1. Структурная схема системы связи
• 2. Выбор схемы приемника
• 3. Расчет вероятности ошибки на выходе приемника
• 4. Сравнение выбранной схемы приёмника с оптимальным приёмником
• 5. Передача аналоговых сигналов методом ИКМ
• 6 Статистическое (эффективное) кодирование
• 7. Пропускная способност
• 8. Помехоустойчивое кодирование
• Заключение
• Литература

Введение

Развитие экономики нашей страны требует непрерывного ускорения научно-технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства, повышения производительности труда, совершенствования методов управления хозяйством, дальнейшего повышения образовательного и культурного уровня. Решение этих задач немыслимо без разветвленных и технически совершенных систем передачи информации (СПИ).

Велика роль СПИ в научных исследованиях, в частности в изучении и освоении космического пространства. Радиотехническая СПИ является одной из основных в любом космическом аппарате. Она служит для передачи команд управления, телеметрической информации, визуальной информации из космоса и т.п.

Сегодня быстро развивается наряду со спутниковой и традиционные виды связи. По-прежнему большое внимание уделяется системам коротковолновой связи, обеспечивающем связь с отдаленными, труднодоступными районами страны, системами связи, работающим в ультракоротковолновом диапазоне волн, отличающимся устойчивостью работы. Развивается связь в оптическом диапазоне.

В стране развивается Единая автоматизированная сеть связи (ЕАСС), представляющая собой комплекс технических средств, предназначенных для приема, передачи и обработки информации, распределения ее по каналам, включения резервных линий при повреждении основных. Характерной чертой ее является универсальность. По ней можно передавать сообщения любого вида: телефонные, телеграфные, телевизионные, радиовещательные программы, телеметрические, факсимильные, команды управления. Составной частью этой системы является Общегосударственная система передачи данных, которая должна обеспечивать связь между вычислительными центрами, между вычислительными центрами и абонентскими пунктами.

В данной курсовой работе рассмотрены вопросы передачи аналоговых и цифровых сигналов по каналу связи. Также рассмотрены вопросы помехоустойчивости и эффективности передачи сигналов электросвязи. Подробно рассмотрен вопрос передачи сигналов методом ЧМ-ИКМ.

1. Структурная схема системы связи

Понятие информации включает определенные свойства материи, воспринимаемые наблюдателем из окружающего материального мира. При этом в качестве наблюдателя могут выступать человек, живой организм или техническое устройство. Информацию, представленную в определенной форме, называется сообщением.

Общая задача системы связи состоит в передаче сообщений от человека или технического устройства, другому человеку или устройству, не имеющему возможности получить нужные сведения из непосредственных наблюдений. Наблюдаемая материальная система вместе с наблюдателем представляет собой источник информации, а человек или устройство, которому передаются результаты наблюдения, получатель (потребитель) информации.

Совокупность технических средств, служащих для передачи сообщений от источника к потребителю, называется системой связи. Этими средствами являются передающее устройство, линия связи и приемной устройство.

Структурная схема системы связи показана на рисунке 1.

Поясним назначение основных блоков схемы.

ФНЧ (Фильтр Низких Частот) - на входе, ограничивает спектр сигнала, это упрощает его дискретизацию.

Х - Умножитель производит умножение сигнала на тактовые импульсы, поступающие с генератора тактовых импульсов, таким образом происходит дискретизация.

ГТИ - Генератор Тактовых Импульсов.

КВ - квантователь, квантует сигнал по уровням.

АЦП - производит преобразование ИКМ сигнала в бинарный код, который в последствии модулируется в ЧМ

ГВЧ - Генератор Высокой Частоты

ПК - Преобразователь Кода, кодирует сигнал для повышения помехоустойчивости.

Потом промодулированный сигнал поступает на усилитель, который его усиливает, в линии связи на этот сигнал накладываются различные помехи.

На приемном конце происходит демодуляция полученного сигнала частотным детектором (ЧМ), декодирование (ПК), с помощью ЦАП сигнал преобразуется в ИКМ сигнал, из которого в последствии с помощью ФНЧ получают аналоговый сигнал. На данной схеме предусмотренный вход и выход для передачи не только аналоговых сигналов, но и данных.

Устройство, преобразующее сообщение и сигнал, называется передающим устройством, а устройство, преобразующее принятый сигнал обратно в сообщение, - приемным устройством. Передающее устройство включает в себя преобразователь сообщения в первичный сигнал и передатчик. Соответственно приемное устройство состоит из приемника и преобразователя сигнала в сообщение.

С помощью преобразователя и передающем устройстве сообщение а, которое может иметь любую физическую природу преобразуется в первичный электрический сигнал b(t).В канале передачи данных производится помехоустойчивое или оптимальное (статистическое) кодирование в кодопреобразователе. В передатчике первичный сигнал b(t) (обычно низкочастотный) преобразуется во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для передачи по используемому каналу. Такое преобразование осуществляется посредством модуляции.

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом случае по выходному сигналу можно, в принципе, восстановить входной первичный сигнал, т.е. получить всю информацию, содержащуюся и переданном сообщении. Если же преобразование необратимо, то часть информации будет потеряна при передаче, даже в тех случаях, когда сигнал доходит до приемного устройства без искажений.

Линией связи называется среда, используемая для передач сигнала от передатчика к приемнику. При передаче сигнал может искажаться и на него могут накладываться помехи n(t).

Приемное устройство обрабатывает принятое колебание z(t)=s(t)+n(t) и восстанавливает по нему переданное сообщение а'. Другими словами, приемник должен на основе анализа суммарного колебания пришедшего искаженного сигнала s(t), также помехи n(t) определить, какое сообщение a передавалось. Поэтому приемное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи.

Каналом связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до другой точки В. Точки А и В могут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Вся часть системы связи , расположенная до точки А, является источником сигнала для этого канала. На первом этапе происходит преобразование сообщения в код, а на последнем обратная операция (код в сообщение). При передаче аналогового сигнала не происходит кодирование непрерывного сигнала и он сразу, минуя кодек идет на модем, а далее все также как и для дискретного сообщения.

Рисунок 1. - Структурная схема системы связи.

S1(t)=A cos 1t и S0(t)= A cos 0t

Правило решения для такого приемника

S1(t) - S0(t)>0 то S1

Рисунок 2.1 Схема неоптимального некогерентного приемника ЧМ сигналов

Здесь ПФ - разделительные полосовые фильтры, пропускающие без существенных искажений соответственно сигналы S1(t), S0(t). ЧД - частотный детектор. Разностный сигнал двух детекторов подвергается фильтрации в ФНЧ, а результат для выбора сравнивается с нулевым порогом.

Вид сигнала при ЧМ показан на рисунке 2.2.

Спектр сигнала при ЧМ изображен на рисунке 2.3

Расчёт вероятности ошибки для дискретного сигнала.

Вычислим мощность шума на выходе приемника по формуле:

, где

- полоса пропускания приемника для ДЧМ; где T - длительность сигнала;

Отношение мощности сигнала к мощности шума (h2):

; ,

где Pc - мощность приходящего сигнала;

Для расчёта вероятности ошибки на выходе приёмника воспользуемся формулой:

Построим зависимость вероятности ошибки от отношения мощности сигнала к мощности шума (h) будем менять от 0 до 5 с шагом 0,5.Результаты расчетов сведены в таблицу 3.1 График зависимости Рош от h2, изображен на рисунке 3.1

Таблица 3.1

Рисунок 3.1

взяв натуральные логарифмы от числителя и знаменателя:

Это выражение - наиболее классический алгоритм решения задачи оптимального приёма, соответствующая ему функциональная схема носит название идеального приёмника Котельникова.

Рисунок 4.2. - Идеальный приёмник Котельникова.

На рисунке 4.2. обозначены:

НЕ - инвертор (вычитающее устройство)

КВ - квадратор

? - интегратор

РУ - решающее устройство

т.о. оптимальный приёмник для разделения бинарных сигналов состоит из двух одинаковых ветвей, на которые заводятся ожидаемые (или известные) значения уровней сигналов "0" и "1" и решающее устройство перебрасывается в сторону большего значения среднего уровня мощности в той или иной ветви.

Но решение задачи возможно и другими способами:

Пологая (минимум ошибки) и раскрывая скобки в подынтегральных выражениях (смотри формулу выше) получим:

где Е1 = S12 - энергия сигнала "1"

Е0 = S02 - энергия сигнала "0"

В этом выражении решение оптимального приёма осуществляется за счёт перемножения смеси входного сигнала на известную функцию S0(t) и S1(t) с последующим накоплением (интегрированием). Такой способ приёма (по виду математической обработки) носит название корреляционного. Соответствующая сема на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3.

Выражение представленное выше может быть ещё более упрощено, если ввести понятие разности сигналов S?(t) = S1 - S0 тогда

где - пороговый уровень различения.

Тогда функциональная схема одноканального оптимального приёмника бинарных сигналов будет иметь вид Рисунок 4.4.

Рисунок 4.4.

Решение задачи в пользу сигнала 1 будет в том случае, если сигнал на выходе интегратора > л.

Обратим внимание, что функция корреляции смеси сигнала с полезной информацией может быть получена, когда в точке приёма точно известен принимаемый сигнал. Если последнее условие трудно осуществить, то можно осуществить необходимую значимость путём приёма исходного сигнала Z(t) на согласованный фильтр, переходная характеристика которого .

Страницы: 1, 2