Многоканальная когерентная система передачи информации

Название	Многоканальная когерентная система передачи информации
Анкор	Kursovaya_trpi
Дата	12.12.2022
Размер	3.04 Mb.
Формат файла
Имя файла	KURSOVAYa_ITOG_33__33__33__33__33_1.docx
Тип	Реферат #841476

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
МНОГОКАНАЛЬНАЯ КОГЕРЕНТНАЯ СИСТЕМА

ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Общая теория связи»

Студент группы 1А9

________ Камышева А.В.

Руководитель

Старший преподаватель

кафедры РТС

________ _______ Полянских П.А.

оценка

__________
дата

Томск 2022

Реферат

Курсовая работа, 22 с., 6 рисунков, 4 источника, 2 приложения.

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИ, НЕКОГЕРЕНТНАЯ СИСТЕМА, КОДИРОВАНИЕ, ДЕКОДИРОВАНИЕ, ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ, КАНАЛ ПЕРЕСПРОСА, КОДОВАЯ КОМБИНАЦИЯ, СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ, ЧАСТОТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ.

Целью курсового проектирования является овладение методикой преодоления указанных трудностей, предусматривающее расширение и закрепление теоретических знаний, полученных при изучении курса “Теория электрической связи” и смежных с ним курсов, более глубокое изучение одной из разновидностей СПИ, овладение навыками в проектировании радиосистем. В ходе курсового проектирования будет получена многоканальная система передачи информации (СПИ).

Отчет оформлен в редакторе Microsoft Word 2019.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой РТС
_____________ А.А. Мещеряков

«___»______________ 2022 г.
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование по курсу

«Общая теория связи»
студенту группы____1А9________________РТФ

Камышевой Алевтине Владимировне
1 Тема проекта: многоканальная когерентная система передачи информации.
2 Назначение: передача цифровых сигналов от М однотипных источников информации по одному или нескольким арендуемым стандартным аналоговым каналам.
3 Основные тактико-технические требования:

1) число каналов М …………….………………………………………56;

2) длина двоичной кодовой комбинации (слова) на входе

канала КC...............................................................................................8 бит;

3) средняя скорость на входе канала V_C…….……………….60 слов/с;

4) тип кода…..…….………………………………………………..Цикл.-3;

5) тип модуляции……………………........................................... ЧМ;

6) способ уплотнения……………………………………………… Част.;

7) Битовая вероятность ошибки на выходе демодулятора в прямом канале Р_б………...……………………………………………..5.010^-4 Вт;

8) спектральная плотность мощности аддитивного белого шума на

входах приемников прямого и обратного каналов N₀…1.70810^-11 Вт/Гц;

9) степень когерентности ……………………………… некогерентный;

10) затухание в прямом и обратном каналах G_дб……………………..57;

4 Содержание работы

1) выбор численных значений параметров корректирующего кода, при которых обеспечивается минимальная битовая вероятность ошибки на выходе декодера;

2) разработка детальной функциональной схемы кодера и декодера заданного корректирующего кода либо составление программы кодирования и декодирования для персонального компьютера (по выбору студента);

3) вычисление вероятности ошибки при приеме кодового слова и битовой вероятности ошибки на выходе декодера;

4) оценка частоты появления ошибок и заключение о ее соответствии назначению системы;

4) выбор способов введения и численных значений параметров синхросигналов;

5) выбор методов селекции синхросигналов в приемном устройстве;

6) выбор численных значений параметров модуляции в первой и, в случае необходимости, последующих ступенях уплотнения;

7) расчет значений всех временных интервалов, определяющих структуру цифровых канальных и (при временном уплотнении каналов) группового сигналов;

8) расчет полос частот, необходимых для передачи каждого из канальных сигналов с учетом полосы обратного канала, полосы группового сигнала и сигнала (сигналов) на выходе системы;

9) разработка способа сопряжения системы с аналоговой аппаратурой частотного уплотнения телефонных каналов для передачи групповых сигналов по одному или нескольким арендуемым стандартным трактам;

10) разработка функциональной схемы системы в целом для передачи в одном направлении.
5 Перечень графического материала:

Перечень обязательных чертежей:

1) схема электрическая функциональная кодера и декодера (Э2);

2) схема электрическая функциональная системы в целом (Э2).
6 Форма отчетности: пояснительная записка.
Руководитель проекта __________________________________________

(Ф.И.О., должность, место работы)

Задание принял к исполнению ___________________________________

(дата, подпись студента)

Оглавление

Введение 6

Список использованных источников 20

Введение

Для реализации процесса передачи информации в настоящее время человечество в основном использует различные радиотехнические устройства, образующие некую систему передачи информации. Система передачи информации — это совокупность технических средств, объединенных в единую технологическую цепочку и использующих общий физический принцип обработки и передачи сигналов, а также определенный порядок взаимодействия отдельных элементов между собой.

В настоящее время развитие современного общества невозможно без различных систем передачи информации (СПИ). С каждым днем объемы информации увеличиваются и в связи с этим растут требования к качеству связи, скорости обработки, эффективности использования оборудования. СПИ являются одной из самых динамичных отраслей мировой экономики. В указанных системах, особенно цифровых, воплощены практически все новейшие достижения науки и технологии, применяемые и в других радиотехнических системах.

Целью курсового проекта является расширение и закрепление теоретических знаний, полученных при изучении курса «Общая теория связи», а также получение навыков проектировки систем передачи информации.

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Назначение системы передачи информации

На рисунке 1.1 представлена укрупненная схема системы передачи информации (СПИ).

Рисунок 1.1- Общая укрупненная схема многоканальной СПИ.

Основными устройствами системы являются передатчик и приемник. В состав передатчика входят модуляторы, устройство объединения каналов (УОК). В состав приемника входят устройство разделения каналов (УРК), преобразующие устройства, в роли которых выступают демодуляторы. УОК объединяет канальные сигналы в так называемый групповой сигнал..Модуляторы необходимы для преобразования цифрового потока в аналоговый сигнал, удобный для передачи по каналу связи.

В приемнике выполняются операции, обратные тем, которые были осуществлены в передатчике. В качестве УРК используется демультиплексор. Демодуляторы восстанавливают цифровой сигнал по принятому аналоговому сигналу из линии связи.

Для того, чтобы определить назначение СПИ необходимо знать скорость формирования сигнала. Скорость формирования сигнала источника будет определять скорость передачи информации в системе.

Чтобы определить назначение разрабатываемой СПИ найдем скорость ввода информационных символов в одном канале. По техническому заданию длина двоичной кодовой комбинации на входе (

= 8 бит =1 слово) и средняя скорость на входе канала (

= 60

) тогда:

(1.1)

.

Длительность импульса в канале будет равна:

(1.2)

Определим предназначение разрабатываемой СПИ по рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 – Скорость услуг электросвязи

С полученной скоростью, разрабатываемая СПИ предназначена для телеметрии.

1.2 Частотное уплотнение каналов

При ЧРК каждому каналу соответствует своя полоса частот f (рисунок 2.1) [3]. Обычно все f равны, хотя может быть и не так. Все канальные сигналы в группе генерируются одновременно. Роль преобразующих устройств в системе с ЧРК играют преобразователи частоты (смесители), а в качестве УОК применяется сумматор и передатчик (усилитель мощности). В качестве УРК используется система полосовых фильтров, настроенных на fi. Выделенные канальные сигналы преобразуются в первичные с помощью детекторов.

Рисунок 2.1 – Частотное разделение каналов

Большим преимуществом систем с частотными разделением является возможность одновременной передачи сигналов, относящихся к разным каналам. Второе их достоинство состоит в возможности передачи сигналов от рассредоточенных объектов. Их недостаток сравнительно большое взаимное влияние каналов из-за перекрытия спектров сигналов, из-за неидеальности характеристик полосовых фильтров и появления паразитных составляющих вследствие нелинейности электрических цепей (так называемая перекрестная модуляция).

2 ПЕРЕДАТЧИК

2.1 Построение кодирующего устройства

Избыточность для линейного блочного кода можно определить по формуле (2.1):

где

количество информационных символов, поступающих на вход кодера;

количество символов в комбинации на выходе кодера.

Минимальное кодовое расстояние равно минимальному весу ненулевого кодового слова, по заданию цикл-3, значит

. (2.2)

Гарантированно можно обнаруживать любые ошибки кратности:

Гарантированно можно исправить любые ошибки кратности:

Используя таблицу коэффициентов (в восьмеричной форме) для некоторых производящих полиномов циклических кодов БЧХ, из литературы [2], можно рассматривать следующие корректирующие коды: (15,11), (31,26), (63,57).

Далее необходимо определить избыточность для выбранных корректирующих кодов и получить самое минимальное значение:

По полученным значениям можно выбрать корректирующий код (63,57), так как при нем избыточность, является наименьшей.

Зная код, становится возможным найти битовую скорость и длительность импульса при использовании этого кода:

где

- количество бит в слове на выходе кодера.

Длительность же импульса будет рассчитываться:

В данный код укладывается ровно 7 слов и остаток 1 бит.

Коду (63,57) соответствует порождающий полином. В литературе [2] дан восьмеричный код 103 переведем его в двоичную систему:

Порождающий полином будет иметь следующий вид:

По данному полиному можно построить схему кодера, схема представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема кодера для выбранного кода

2.2 Описание модулирующего устройства

По техническому заданию для разработки СПИ должна использоваться частотная модуляция.

Частотным модулятором называют устройство, формирующее ЧМ-колебание посредством воздействия информационным сигналом на частоту несущего колебания. Схема, иллюстрирующая принцип ЧМ при передаче двоичных символов представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема, иллюстрирующая принцип ЧМ при передаче двоичных символов

Передача каждого бита осуществляется при помощи обычных импульсов (1 — импульс, 0 — пауза) (Рисунок 2.3):

Рисунок 2.3 – Частотная модуляция гармонической несущей последовательностью двоичных символов.

2.3 Синхронизация

Согласно техническому заданию, проектируемая система должна быть некогерентной. Некогерентной называется СПИ, в которой ожидаемые значения начальных фаз всех принимаемых импульсов неизвестны и не оцениваются в процессе приема (ФАПЧ не применяется). Прием очередного импульса рассматривается как прием сигнала со случайной начальной фазой, равномерно распределенной в интервале 0–2π. Для этого генераторы несущей в передатчике и приемнике должны обладать лишь такой стабильностью, чтобы фазы выдаваемых колебаний не расходились заметно хотя бы в течение одного импульса. Поэтому в некогерентной системе передачи информации нет необходимости ввода цикловой синхронизации, необходима лишь кадровая синхронизация.

Для обеспечения кадровой синхронизации кода (63,57), будем использовать 3 бит в качестве синхроимпульса, используемого для идентификации начала кадра. Комбинация будет постоянна и известна на стороне приема. Выделение этих слов в приемнике осуществляется с помощью пассивного согласованного фильтра. Скорость на выходе кодера с введением синхроимпульсов составляет:

Длительность же импульса будет рассчитываться:

3 РАСЧЕТ ПРЯМОГО КАНАЛА

Согласно ТЗ, битовая вероятность ошибки при демодуляции принимаемого радиоимпульса в прямом канале

Известно, что битовая вероятность ошибки зависит от отношения энергии разностного сигнала к спектральной плотности шума q, которая находится по формуле для системы с ЧРК [2]:

, (3.1)

где P- мощность сигнала на входе приёмника в прямом канале;

- длительность сигнала;

М- число каналов;

- спектральная плотность мощности аддитивного белого шума на входах приемников прямого и обратного каналов.

Вероятность ошибки при демодуляции двоичного импульса в приёмнике некогерентной СПИ с использованием частотной модуляции [2]:

, (3.2)

где

отношение энергии разностного сигнала к спектральной плотности шума.

Зная битовую вероятность ошибки на выходе демодулятора, получим формулу для расчета

	(3.3)

Мощность прямого канала будет равна в нашем случае:

4 РАСЧЕТ ОБРАТНОГО КАНАЛА

Пакеты, передаваемые в прямом канале, кодируются циклическим кодом, а на приемном конце осуществляется лишь обнаружение ошибок в принятой n-разрядной кодовой комбинации. После завершения этой процедуры в канал переспроса передается одно из возможных значений, которые имеют следующий смысл: нужно передавать следующую комбинацию; обнаружены ошибки, нужно еще раз передать данную комбинацию. В принятой комбинации произошли ошибки слишком высокой кратности, т.е. ошибки в 3-х и более битах за раз, т.к. кодовое расстояние

= 3. Вероятность такого события [2]:

(4.1)

где

-вероятность ошибки кратности q, в канале с независимыми ошибками ее можно найти по биномиальной формуле Бернулли [2]:

, (4.2)

где

- число сочетаний из n по q.

Нам известно, что

. Отсюда:

Для того, чтобы определить отношение сигнал шум в обратном канале повысим

на порядок, тогда битовая вероятность ошибки на выходе демодулятора в обратном канале составит

Вероятность ошибки в обратном канале найдем из [2]:

, (4.3)

где

- мощность сигнала на входе приёмника в обратном канале,

- длительность импульсов в обратном канале.

Найдем длительность импульса обратного канала, где примем ширину полосы сигнала обратного канала за

При передаче информации по обратному каналу передающему устройству также может произойти ошибка. Вероятность возникновения ошибки в обратном канале определим по формуле 4.5 [2]:

(4.5)

Определим по аналогии с расчетами для прямого канала значения

Мощность обратного канала будет равна в нашем случае:

Вт.

В итоге, вероятность выдачи ошибочной комбинации найдём по формуле сложения вероятностей [2]:

(4.5)

Тогда, битовая вероятность ошибки на выходе декодера [2]:

(4.6)

5. ВЕРОЯТНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ПОВТОРНОГО СООБЩЕНИЯ И ВРЕМЯ БЕЗОШИБОЧНОЙ РАБОТЫ

Теперь определим, с какой вероятностью будет передана повторная комбинация, для этого воспользуемся формулой:

Вероятность повторной передачи мала, следовательно скорость передачи увеличивать не надо.

Время безошибочной работы:

6 РАСЧЕТ ПОЛОС ЧАСТОТ И ЧАСТОТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ КАНАЛОВ

В техническом задании указано 56 источников информации. Для передачи информации всех источников потребуется семь параллельных каналов каждый из которых передает 8 слов.

Найти ширину полосы частот, выделенной для прямого канала можно по следующей формуле:

Ширина полосы для обратного канала:

.

Ширину защитного интервала зададим ∆𝐹з = 900 Гц, методом аналогии с существующей, например стандартной аппаратурой.

Для 7 каналов нужна полоса частот:

При полученной ширине спектра, наиболее подходящим групповым трактом является первичный полоса пропускания 312–552 кГц.

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта была рассчитана система передачи информации (СПИ) с заданными параметрами. Были построены структурные схемы кодера и декодера, а также была построена общая схема системы. В ходе выполнения курсового проекта были получены навыки разработки СПИ и навыки в проектировании радиосистем.

Для данной СПИ был использован код (63,57). Код был выбран из соображений низкой избыточности. Для СПИ была рассчитана ширина полосы частот для группового тракта

. Для ее реализации наиболее подходящим является первичный групповой тракт, с полосой группового сигнала 312–552 кГц.

Список использованных источников

1. Акулиничев, Ю. П. Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта, расчетного задания, самостоятельной работы по дисциплине «Теория электрической связи», «Общая теория связи», «Системы радиосвязи». / Ю. П. Акулиничев. — Томск: ТУСУР, 2016. — 41 с.

2. Акулиничев Ю.П. Теория электрической связи: учебное пособие / Ю.П. Акулиничев. – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2007. – 214 с.

3. Пуговкин, А. В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Учебно-методическое пособие [Электронный ресурс] / А. В. Пуговкин. — Томск: ТУСУР, 2021. — 121 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/1267 (Дата обращения 20.03.2022)

4. Бернгардт, А. С. Многоканальная цифровая система передачи информации: Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта расчетного задания, самостоятельной работы [Электронный ресурс] / Бернгардт А. С., Акулиничев Ю. П. — Томск: ТУСУР, 2016. — 41 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/6583. (Дата обращения 20.04.2022)

Приложение А

(обязательное)

Схема электрическая функциональная системы передачи информации