Фильтр – восстановитель аналогового сообщения

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время системы связи играют очень большую роль в жизни людей, объединяя и сближая страны и континенты. Интенсивно развиваются не только традиционные проводные, оптико-волоконные системы связи, системы радиорелейной и спутниковой радиосвязи, но особенно быстрыми темпами развиваются сети цифровых систем мобильной сотовой радиосвязи.

Разработки систем связи последнего времени основывается на применение возможностей и достижений современных технологий, на новых теоретических и экспериментальных исследованиях в области связи, которые позволили значительно повысить объемы и качество передаваемых сообщений по сетям связи.

Современная теория связи использует не только детерминированные модели сигналов, но и вероятностные модели передаваемых сообщений, соответствующих сигналов и помех в канале. При вероятностном подходе используется тот факт, что получаемые сообщения и помехи в канале можно рассматривать как случайные процессы. Такой подход также позволяет определить алгоритмы работы оптимальных приемников и предельные показатели систем связи.

В данной курсовой работе рассматривается расчет цифровой системы передачи, состоящей из источника сообщений, дискретизатора, кодирующего устройства, модулятора, линии связи, демодулятора, декодера и фильтра-восстановителя. В учебных целях для расчета системы передачи выбраны упрощенные варианты элементов системы, однако полученный при выполнении курсовой работы опыт будет очень полезен студентам связных направлений, т. к. общая структура применяемых на практике систем цифровой связи аналогична рассмотренной в данной курсовой работе.

 

Цели и задачи курсовой работы

 

Цель курсовой работы

Целью выполнения курсовой работы является формирование у студентов опыта комплексного решения задач расчета характеристик системы передачи цифровых сообщений.

 

Задачи курсовой работы

1. Закрепление, углубление, расширение и систематизация знаний, полученных при изучении дисциплины «Общая теория связи».

2. Закрепление умений решения типовых задач, возникающих при расчете элементов систем передачи цифровых сообщений.

3. Формирование умений работы с программным инструментарием. Выполнение отдельных этапов курсовой работы значительно упрощается при использовании соответствующего программного обеспечения. Применение программных средств при расчетах будет поощряться.

4. Развитие умений работы со специальной литературой и иными информационными источниками по теории связи.

5. Формирование умения формулировать логически обоснованные выводы по результатам выполненной работы.

6. Формирование умений выступать перед аудиторией с докладом при защите работы, компетентно отвечать на вопросы, вести профессиональную дискуссию, убеждать оппонентов в правильности принятых решений.

 

Выбор варианта курсовой работы

Номер варианта курсовой работы, приведенный на стр.51 (приложение А), определяется по двум последним цифрам зачетной книжки. Если номер зачетной книжки превышает числа предложенных вариантов 31, то из номера зачетной книжки надо вычесть число вариантов заданий. Например, если две последние цифры вашей зачетной книжки равны 85, то ваш вариант будет 23 (85 – 31 – 31 = 23)

 

2. Задание на курсовую работу

 

Рассчитать основные характеристики цифровой системы передачи сообщений, включающий в себя аналоговый источник сообщений (ИС), дискретизатор (Д), кодирующее устройство (Кодер), модулятор (Мод), линия связи, демодулятор (Дем), декодер (Дек) и фильтр-восстановитель (ФВ). Исходные данные приведены в приложении А. Характеристики, подлежащие расчету, указаны в соответствующих пунктах задания.

В задании на курсовую работу некоторые пункты содержат вопросы, относящиеся к различным разделам программы курса ОТС. Поэтому желательно приступать к выполнению задания после предварительной проработки всех разделов программы. Однако выполнять задание можно и по частям, по мере изучения соответствующих разделов программы, в целях закрепления изучаемого материала.

 

Источник сообщений

Источник сообщений выдает сообщение , представляющее собой непрерывный стационарный случайный процесс, мгновенные значения которого в интервале  распределены равномерно, а мощность сосредоточена в полосе частот от 0 до .

Требуется:

1. Записать аналитическое выражение и построить график одномерной плотности вероятности мгновенных значений сообщения .

2. Найти математическое ожидание  и дисперсию  сообщения .

 

Дискретизатор

Передача непрерывного сообщения осуществляется в цифровой форме. Для этого сообщение  дискретизируется по времени в соответствие с теоремой Котельникова, квантуется по уровню равномерным шагом и кодируется двоичным кодом. Шаг квантования по уровню для всех вариантов курсовой работы  = 0,1 В.

Требуется:

1. Определить шаг дискретизации по времени .

2. Определить число уровней квантования L.

3. Рассчитать среднюю мощность шума квантования .

4. Рассматривая дискретизатор как источник дискретного сообщения с объемом алфавита L, определить его энтропию Н и производительность  (отсчеты, взятые через интервал  считать независимыми).

Кодер

Кодирование сообщения в кодере осуществляется в два этапа.

На первом этапе производится примитивное кодирование каждого уровня квантованного сообщения  п-разрядным двоичным кодом.

На втором этапе для обнаружения одиночной ошибки формируется помехоустойчивый код с одной проверкой на четность. Для этого к полученной п-разрядной двоичной кодовой комбинации добавляется один проверочный код «0» или «1» таким образом, чтобы число логических «1» в коде было четным.

В результате этих преобразований на выходе кодера аналоговый сигнал  будет представлен в цифровой форме, представляющей собой синхронную двоичную случайную последовательность , состоящей из последовательности импульсов единичной высоты, причем положительные импульсы в ней соответствуют символу «1», а пробелы между импульсами – символу «0» кодовой комбинации.

Требуется:

1. Определить число разрядов кодовой комбинации примитивного кода п, необходимое для кодирования всех L уровней квантованного сообщения.

2. Определить избыточность кода  с одной проверкой на четность.

3. Записать двоичную кодовую комбинацию, соответствующую передаче -го уровня, считая, что при примитивном кодировании на первом этапе -му уровню ставится в соответствии двоичная кодовая комбинация, представляющая собой запись числа  в двоичной системе счисления. В полученной кодовой комбинации указать информационные и проверочный разряды.

4. Определить число двоичных символов, выдаваемых кодером в единицу времени  и длительность двоичного символа .

 

Модулятор

В модуляторе синхронная двоичная случайная последовательность импульсов  осуществляет модуляцию гармонического переносчика , ( В, ), где  - число двоичных символов, выдаваемых кодером в единицу времени. В зависимости от варианта курсовой работы возможны четыре вида модуляции:

1. Амплитудная модуляция (АМ), при которой импульсы, соответствующие символу «1», заполняются гармоническим высокочастотным сигналом – , а символу «0» - не заполняются, т.е. .

2. Частотная модуляция (ЧМ). При ЧМ импульсы, соответствующие символу «1», заполняются гармоническим высокочастотным сигналом – , а символу  «0» – , где  выбирается из условия ортогональности колебаний с частотами  и . Это условие будет выполнено, если .

3. Фазовая модуляция (ФМ). При ФМ символу «1» соответствует сигнал высокочастотный сигнал , а символу «0» – высокочастотный сигнал , т.е. сигналы, сдвинутые по фазе на π;

4. Относительная фазовая модуляция (ОФМ). В системах передачи с ОФМ передача начинается с посылки не несущего информации отрезка высокочастотного колебания , который служит опорным сигналом для сравнения фазы следующего элемента. Если затем передается символ 1, то в систему передачи посылается отрезок синусоиды с начальной фазой отличающийся от фазы опорного на π. Если же передается символ 0, то фаза посылки не меняется. Такой же порядок сохраняется при посылке последующих элементов: при каждой передаче 1 фаза меняется на π, а при передаче 0 - фаза сохраняется относительно предыдущей посылки.

Требуется:

1. Записать аналитическое выражение модулированного сигнала .

2. Изобразить временные диаграммы модулирующего  и модулированного  сигналов, соответствующие передаче -го уровня сообщения . Считать, что модуляция осуществляется начиная с младших бит ( ,  и т.д.)

3. Привести выражение и начертить график корреляционной функции модулирующего сигнала .

4. Привести выражение, заполнить таблицу и начертить график спектральной плотности мощности модулирующего сигнала .

5. Определить ширину энергетического спектра модулирующего сигнала  из условия  (где α выбирается в пределах от 1 до 3). Отложить полученное значение  на графике .

6. Привести выражение, заполнить таблицу и построить график энергетического спектра  модулированного сигнала. (В случае ЧМ частоты сигналов  и  выбирать из условия их ортогональности на интервале ).

7. Определить ширину энергетического спектра  модулированного сигнала и отложить значение  на графике .

 

Канал связи

Передача сигнала  осуществляется по каналу с постоянными параметрами и аддитивным флуктуационным шумом  с равномерным энергетическим спектром  (белый шум).

Сигнал на выходе такого канала можно записать следующем образом:

Требуется:

1. Определить мощность шума в полосе частот ;

2. Найти отношение сигнал – шум ;

3. Найти пропускную способность канала ;

4. Определить эффективность использования пропускной способности канала , определив ее как отношение производительности источника к пропускной способности канала .

 

Демодулятор

В демодуляторе осуществляется оптимальная когерентная или некогерентная (в зависимости от варианта) обработка принимаемого сигнала .

Требуется:

1. Записать алгоритм оптимального приема по критерию минимума средней вероятности ошибки при равновероятных символах в детерминированном канале с белым гауссовским шумом.

2. Нарисовать структурную схему оптимального демодулятора для заданного вида модуляции и способа приема.

3. Вычислить вероятность ошибки  оптимального демодулятора.

При выполнении вариантов, в которых используется когерентный прием, желательно воспользоваться программой вычисления вероятности ошибки оптимального когерентного демодулятора для канала с аддитивным нормальным «белым» шумом при передаче двоичных сообщений.

 

Декодер

В декодере декодирование осуществляется в два этапа. На первом этапе производится обнаружение ошибок в кодовой комбинации. Если ошибки не обнаружены, то на втором этапе из нее выделяются информационные символы, а затем k-разрядная двоичная кодовая комбинация преобразуется в элемент квантованного сообщения.

Требуется:

1. Оценить обнаруживающую способность  кода  с одной проверкой на четность.

2. Записать алгоритм обнаружения ошибок.

3. Определить вероятность не обнаружения ошибки.

 

Фильтр – восстановитель аналогового сообщения

Требуется:

1. Указать величину .

2. Изобразить АЧХ и ФЧХ идеального фильтра – восстановителя с .

3. Рассчитать импульсную характеристику  идеального фильтра-восстановителя, привести результаты расчета в таблице и начертить график.

Структура курсовой работы

 

Курсовая работа студента должна содержать следующие части:

1. Титульный лист.

Образец оформления титульного листа приведен в приложении Г.

2. Содержание.

Содержание работы по пунктам должно соответствовать образцу, приведенному в данном разделе методических указаний.

3. Введение.

Во введении нужно привести краткую характеристику тем, затрагиваемых в работе, в контексте изучаемой дисциплины «Общая теория связи».

4. Расчет характеристик составных частей системы передачи цифровых сообщений:

4.1. Источник сообщений.

Данный пункт работы должен содержать аналитическое выражение и график одномерной плотности вероятности мгновенных значений сообщения , а также математическое ожидание  и дисперсию  сообщения .

4.2. Дискретизатор.

В данном пункте необходимо рассчитать шаг дискретизации по времени ( ),число уровней квантования (L), среднюю мощность шума квантования ( ), энтропию Н и производительность Н^’ источника сообщений.

4.3. Кодер.

По результатам расчета кодера нужно привести число разрядов кодовой комбинации примитивного кода k , избыточность кода с одной проверкой на четность , двоичную кодовую комбинацию, соответствующую передаче -го уровня, число двоичных символов, выдаваемых кодером в единицу времени  и длительность двоичного символа .

4.4. Модулятор.

Результаты расчета модулятора должны включать аналитическое выражение модулированного сигнала , временные диаграммы модулирующего  и модулированного  сигналов, выражение и график корреляционной функции модулирующего сигнала , выражение, таблицу и график спектральной плотности мощности модулирующего сигнала , ширину энергетического спектра модулирующего сигнала , выражение, таблицу и график энергетического спектра  модулированного сигнала, ширину энергетического спектра  модулированного сигнала.

4.5. Канал связи.

Данный пункт работы должен содержать мощность шума в полосе частот , отношение сигнал – шум , пропускную способность канала , эффективность использования пропускной способности канала .

4.6. Демодулятор.

В данном пункте необходимо привести алгоритм оптимального приема по критерию минимума средней вероятности ошибки при равновероятных символах в детерминированном канале с белым гауссовским шумом, структурную схему оптимального демодулятора для заданного вида модуляции и способа приема, вероятность ошибки  оптимального демодулятора.

4.7. Декодер.

По результатам расчета декодера нужно привести обнаруживающую способность  кода  с одной проверкой на четность, алгоритм обнаружения ошибок, вероятность не обнаружения ошибки.

4.8. Фильтр-восстановитель.

Результаты расчета фильтра-восстановителя должны включать частоту среза фильтра , графики и таблицы АЧХ и ФЧХ, график и таблицу импульсной характеристику .

5. Заключение с краткой формулировкой основных результатов работы.

6. Список литературы

В списке литературы должны быть указаны книги и другие источники, использованные при выполнении работы.

7. Приложения (необязательно)

В приложениях могут быть приведены тексты программ, использованных при выполнении работы.

 

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 170; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!