Теория связи_Курсовая. Курсовая работа "Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами"

• Название: Курсовая работа "Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами"
• Дата: 02.03.2023
• Размер: 5.19 Mb.
• Имя файла: Теория связи_Курсовая.doc
• Тип: Курсовая; #965002
• страница: 1 из 4

Федеральное агентство связи
Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Курсовая работа

"Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами"

По дисциплине: Теория электрической связи

Выполнил:

Группа:

Вариант: 02

Проверил: ___________________

Новосибирск, 2012 г

Введение:

Задачей данной курсовой работы является разработка системы связи для передач непрерывного сообщения дискретными сигналами.

Теория электрической связи является неотъемлемой частью общей теории связи и представляет собой единую научную дисциплину, основу которой составляют: теория сигналов, теория помехоустойчивости и теория информации. Принципы и методы курса ТЭС являются теоретической основой для развития инженерных методов расчёта и проектирования аналоговых и цифровых систем связи.

Правильная эксплуатация систем связи также требует знания основ теории передачи сигналов, выбора оптимального режима работы, критериев оценки достоверности передачи сообщений, причин искажения сигналов и т.д.

Главными задачами данной курсовой работы являются:

- изучение фундаментальных закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием их в радиотехнических устройствах;

- закрепление навыков и формирование умений по математическому описанию сигналов, определению их вероятностных и числовых характеристик;

- выбор математического аппарата для решения конкретных научных и технических задач в области связи; видение тесной связи математического описания с физической стороной рассматриваемого явления.
Задание на курсовую работу:

Разработать обобщенную структурную схему системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами, разработать структурную схему приемника и структурную схему оптимального фильтра, рассчитать основные характеристики разработанной системы связи и сделать обобщающие выводы по результатам расчетов.

Исходные данные

1. 
   Номер варианта _{ }.
   
2. 
   Вид сигнала в канале связи _{ }.
   
3. 
   Скорость передачи сигналов _{ }.
   
4. 
   Амплитуда канальных сигналов _{ }.
   
5. 
   Дисперсия шума _{ }.
   
6. 
   Априорная вероятность передачи символов "1" _{ }.
   
7. 
   Способ приема сигнала _{ }.
   
8. 
   Полоса пропускания реального приемника: _{ }
   
9. 
   Значение отсчета принятой смеси сигнала и помехи на входе решающей схемы приёмника при однократном отсчете _{ }.
   
10. 
    Значения отсчетов принятой смеси сигнала и помехи при приеме по совокупности трех независимых (некоррелированных) отсчетов _{ }, _{ }, _{ }
    
11. 
    Максимальная амплитуда аналогового сигнала на входе АЦП _{ }
    
12. 
    Пик-фактор входного сигнала _{ } .
    
13. 
    Число разрядов двоичного кода (при передаче сигналов методом ИКМ) _{ } .
    
14. 
    Вид дискретной последовательности сложного сигнала.
    

1. 
   Структурная схема связи.
   

Система связи – это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающих передачу сообщений от источника к потребителю.

На рисунке 1 изображена структурная схема системы связи с двумя входами и двумя выходами соответственно для передачи аналоговых сигналов методом ИКМ и для передачи данных. При этом предполагается поочередная подача этих сигналов. Предусмотрено наличие кодопреобразователей для помехоустойчивого кодирования.



Рис.1 Структурная схема системы связи

Рассмотрим систему связи для передачи аналоговых сигналов методом ИКМ. Источник непрерывных сообщений – это устройство, на выходе которого имеется непрерывный электрический сигнал. Источником сообщений и получателем может быть человек, автомат, вычислительная машина и т.п.

Сообщение от источника непрерывных сообщений поступает на преобразователь сигнала, который преобразует исходное сообщение в первичный электрический сигнал. Спектр электрического сигнала перед дискретизацией подвергается ограничению до частоты _{ } (определяется теоремой Котельникова) фильтром нижних частот. Далее сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования непрерывного сигнала в сигнал.

Аналого-цифровой преобразование производится в три этапа:

1. 
   В дискретизаторе непрерывный сигнал представляется дискретными отсчетами через равные временные интервалы равные _{ } (АИМ – амлитудно-импульсный модулятор). Для получения АИМ-сигнала на входе модулятора подаются отсчетные импульсы _{ } от генератора отсчетных импульсов (ГОИ).
   
2. 
   В квантователе полученные дискретные отсчеты подвергаются квантованию по уровню. Вместо значений АИМ-сигнала передаются ближайшие значения квантованных уровней, т.е. приближенно округленные значения.
   
3. 
   В кодере полученные квантованные значения представляются в виде последовательности - значных кодовых комбинаций посредством импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). На практике уровни квантования обычно представляются в двоичной системе счисления.
   

После аналого-цифрового преобразования цифровой сигнал поступает на корректирующий кодер, в котором последовательность кодовых символов дополнительно преобразуется, т.е. в код вводится избыточность для улучшения помехоустойчивости.

Далее сигнал поступает на устройство преобразования сигнала – модулятор. Он преобразует цифровой сигнал в аналоговый, и передатчик передает модулированный сигнал в линию связи. В линии связи сигнал по прохождению ослабляется, и на него накладываются помехи.

В конце в демодуляторе (приемнике) происходит регенерация сигнала и обратные преобразования, в результате чего из принятого сигнал восстанавливается -значную кодовую последовательность двоичных импульсов, равная квантованным уровням. Затем производится декодирование с обнаружением или исправлением ошибок.

Полученная кодовая последовательность подвергается цифро-аналоговому преобразованию (ЦАП), т.е. восстанавливается непрерывное сообщение в соответствии с принятыми последовательностями кодовых комбинаций.

Цифро-аналоговое преобразование производится в два этапа:

1. 
   В декодере кодовые комбинации преобразуются в квантованную последовательность отсчетов.
   
2. 
   Сглаживающий ФНЧ восстанавливает непрерывный сигнал.
   

Далее восстановленный первичный электрический сигнал преобразуется в исходное сообщение, которое доставляется получателю непрерывного сообщения.

В канале передачи данных производится помехоустойчивое или оптимальное кодирование и передача данных по каналу связи состоящего из модулятора, линии связи с помехами и демодулятора.

2. Структурная схема приемника

Приемник для ДЧМ при когерентном способе приема

При рассмотрении вопросов передачи и приёма двоичных последовательностей полагают, что источник дискретных сообщений вырабатывает на своём выходе последовательность двух элементов (символов) – единицы и нуля с соответствующими вероятностями их появления _{ } и _{ }

Для их передачи используют два различных сигнала _{ } и _{ }, длительность каждого из которых равна длительности элемента последовательности _{ }.

В соответствии с исходными данными варианта в качестве приемника применяется приемник когерентного приема ДЧМ (FSK– Frequency Shift Keying).

При ДЧМ: при передачи “1” передается колебание с одной частотой, а при “0” с другой. В приёмнике сигналы разделяются с помощью канальных полосовых фильтров, настроенных на частоты _{ } и _{ }, с последующим детектированием.

Сигналы _{ } и _{ }.

Изобразим схему данного приемника:

Рис.2 – Структурная схема приемника ДЧМ при КГ приеме

На вход приемника поступает сигнал _{ }. После прохождения фильтров _{ } и _{ } по верхнему пути пойдет сигнал с помехой _{ }, а по нижнему пути одна помеха, отличающиеся от верхней _{ }.

Помехи представим суммой квадратурных составляющих:





Синхронные детекторы _{ } и _{ } подавляют квадратурные составляющие помехи, в результате:





В вычитающем устройстве из верхней посылки вычитаем нижнюю и затем данную разность отправляем в решающее устройство. Если амплитуда сигнала больше суммарной помехи, то на выходе будет сигнал _{ }, в противном случае произойдет ошибка.
Сигналы и их спектры при ДЧМ

При ДЧМ в канал передаются две несущие частоты f₁ и f₂. Изобразим спектр сигнала для случая модуляции прямоугольными импульсами со скважностью 2 как сумму двух спектром ДАМ (рис 2 а-г).



Рис. 2 – Спектр сигналов при ДЧМ
На рисунке 3 изображены временные диаграммы для данного вида модуляции.

Рассматриваемый приемник не является оптимальным и эффективная полоса пропускания канальных фильтров _{ }


Рисунок 3 – Временные диаграммы частотного демодулятора
3. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ ПРИЕМНИКОМ ПО ОДНОМУ ОТСЧЕТУ.

Сообщения передаются последовательностью двоичных символов _{ } и _{ }, которые появляются с априорными вероятностями соответственно _{ } и _{ }.

В канале связи на передаваемые сигналы воздействует гауссовский стационарный шум с дисперсией _{ }. Приемник, оптимальный по критерию идеального наблюдателя (минимума средней вероятности ошибки), принимает решение по одному отсчету смеси сигнала и помехи
_{ } на интервале элемента сигнала длительности _{ }.

Отношением правдоподобия называется величина, определяемая выражением:



Где _{ } - плотность вероятности того, что принятый сигнал _{ } образовался при передачи сигнала _{ }.

Таким образом, отношение правдоподобия есть величина, равная отношению плотности вероятности того, что принятый сигнал _{ } образовался при передаче символа _{ }, к плотности вероятности того, что принятый сигнал образовался при передаче символа _{ }.

Свою очередь, выражение, стоящее справа называется пороговым отношением правдоподобия:



Где _{ }, _{ } - априорные вероятности,

_{ }, _{ }- весовые коэффициенты.

Приемник, использующий отношение правдоподобия, работает следующим образом.

1. Анализируя поступающий на его вход сигнал, вычисляет отношение правдоподобия _{ }.

2. По известным значениям _{ } и _{ }, а также заданным _{ } и _{ }, вычисляется пороговое отношение правдоподобия _{ }.

3. Величина _{ } сравнивается с _{ }, если _{ },   приемник выдает сигнал _{ }, в противном случае сигнал _{ }.

Согласно критерию идеального наблюдателя, весовые коэффициенты _{ }. Тогда пороговое отношение правдоподобия принимает вид:



Критерий идеального наблюдателя широко применяется в системах связи, когда искажения любого сигнала одинаково нежелательны.

Плотности вероятностей найдём по формулам:





Для вычисления плотности распределения помехи применим формулу:



Отношение правдоподобия:



Пороговое отношение правдоподобия:



Т.к. < ,   приемник выдает сигнал S₂ и на выходе решающего устройства будет зарегистрирован _{ }.

Т.к. передача символа _{ } соответствует паузе, то в этот момент в канале присутствует только помеха (мощность сигнала в паузе равна нулю), а, следовательно, плотности распределения огибающей помехи _{ } и огибающей сигнала + помеха при передаче _{   } будут совпадать. Что наглядно подтверждается графиками (рис. 3.1, 3.2).

Рассчитаем и построим функции распределения плотности вероятности для _{ }, _{ } и _{ }.

Таблица 1.






Рис. 3.1. Графики распределения плотности вероятностей W(Z/0), W(Z/1)
Таблица 2.

	0,9621	11,7182	52,5093	86,5688	52,5093	11,7182	0,9621

Рис. 3.2. График плотности распределения помехи.