Основы теории связи. ОТС_Курсовая работа_Самардакевич. Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Общая теория связи Студент гр. 1А9 Самардакевич Е. А

• Название: Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Общая теория связи Студент гр. 1А9 Самардакевич Е. А
• Анкор: Основы теории связи
• Дата: 08.11.2022
• Размер: 299.55 Kb.
• Имя файла: ОТС_Курсовая работа_Самардакевич.docx
• Тип: Пояснительная записка; #777174

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 гр.1А9

_________Самардакевич Е.А.

«__»____________2022 г.

Руководитель:

Старший преподаватель кафедры РТС

________ Полянских П.А.

«__»____________2022 г.

Томск 2022

Реферат

Курсовая работа 23 с., 6 рисунков, 3 источника, 1 приложение.

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (СПИ), ДЕКОДИРОВАНИЕ, КОДИРОВАНИЕ, ДЕМОДУЛЯЦИЯ, МОДУЛЯЦИЯ, БИТОВАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ, КАНАЛ ПЕРЕСПРОСА, КОДОВАЯ КОМБИНАЦИЯ, СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ.

Цель курсовой работы – это ознакомление с процессом проектирования системы передачи информации.

В ходе курсового проектирования будет разработана многоканальная система передачи информации(СПИ).

Отчет оформлен в редакторе «Microsoft Word 2016». Расчеты выполнены в программном пакете «MathCAD 2014».

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

Самардакевичу Егору Андреевичу

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 …………….………………………………………28;

2) длина двоичной кодовой комбинации (слова) на входе

канала КC...............................................................................................6 бит;

3) средняя скорость на входе канала V_C…….……………….360 слов/с;

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

5) тип модуляции……………………...........................................ДФМ;

6) способ уплотнения………………………………………………Врем.;

7) Битовая вероятность ошибки на выходе демодулятора в прямом канале Р_б………...……………………………………………..7.010^-4 Вт;

8) спектральная плотность мощности аддитивного белого шума на

входах приемников прямого и обратного каналов N₀…1.77310^-12 Вт/Гц;

9) степень когерентности …………………………………когерентный;

10) затухание в прямом и обратном каналах G_дб……………………..63;

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

Для реализации процесса передачи информации в настоящее время человечество в основном использует различные радиотехнические устройства, образующие некую систему передачи информации.

Система передачи информации (СПИ) 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 ходе курсовой работы рассматривается работа системы передачи информации (СПИ), на примере расчета которой можно понять базовые принципы построения систем передачи.

Схематично и упрощённо можно его изобразить следующим образом:



Рисунок 1 – Упрощенная схема передачи информации

1. РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА ИНФОРМАЦИИ

Вычислим скорость ввода информационных символов в одном канале. Скорость ввода будет вычисляться произведением длины одного слова на скорость передачи слов за единицу времени. По техническому заданию длина слова бит, а средняя скорость на входе канала слов/с:

(1.1)



Также вычислим длительность импульса в канале по формуле (1.2) Длительность импульса в канале будет равна:

(1.2)



Исходя из рисунка 1.1 можем определить предполагаемое назначение нашей СПИ – радиовещание.



Рисунок 1.1 – Использование СПИ в соответствии с их скоростью

2. РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕДАЧИКА

2.1 Кодер

По условиям технического задания (ТЗ) минимальное кодовое расстояние d_k = 3, следовательно, мы можем определить кратность ошибки, которую наш декодер может обнаружить и исправить:

	(2.1)
	(2.2)

Соответственно, код может обнаруживать кратности 2 ошибки, а исправлять 1.

Затем необходимо подобрать оптимальный код для данного кодового расстояния. Для этого требуется подобрать такой код, чтобы была небольшая избыточность и минимальная мощность передатчика. Из таблицы коэффициентов для производящих полиномов циклических кодов БЧХ [1], выберем наиболее подходящий для работы коды: (31,26), (63,57), (127,120), (255,247).

Рассчитаем их избыточность R по формуле 2.3.

	(2.3)

Для данного кодового расстояния подходит код (127,120), в силу того, что при размере слова в 6 бит, в этом коде уместится 20 слов по 6 бит, у него не большая избыточность и его не требуется укоротить.

Для выбранного кода определим и запишем порождающий полином [2]:

, следовательно



Затем, построим схему данного кодера:



Рисунок 2.1.1 – Функциональная схема кодера

Зная код, становится возможно найти битовую скорость и длительность импульса при использовании данного кода:

(2.4)

бит/с

где K – количество бит в слове,

V_c – средняя скорость на входе канала.

2. Модулятор

В данной курсовой работе, исходя из ТЗ, используется дифференциальная фазовая модуляция (ДФМ). Также известная как относительная фазовая модуляция (ОФМ).

При ДФМ (или ОФМ) осуществляется передача сигнала с одним из четырех значений начальной фазы 0^о, 90^о, 180^о, 270^о, т.е. при помощи одного радиоимпульса можно сразу передать значения двух битов.

При осуществлении многопозиционных методов манипуляции число M возможных сигналов выбирается из соотношения , где k – количество бит в сигнале[2].



Рисунок 2.2.1– Векторное представление колебаний при двукратной ФМ

3. ПРИЁМНОЕ УСТРОЙСТВО

Как следует из ТЗ, битовая вероятность ошибки при демодуляции принимаемого радиоимпульса в прямом канале равна .

Отношение сигнал/шум по энергии на входе приемника системы с ВРК можно вычислить по выражению [2]:

(3.1)

где P – это мощность сигнала на входе приёмника в прямом канале,

– длительность сигнала,

– это спектральная плотность мощности аддитивного белого шума.
Полная вероятность ошибки при демодуляции двоичного импульса в приёмнике когерентной системы передачи информации с использованием двукратной (или относительной) фазовой модуляции:

(3.2)

Где – это вероятность ошибки при демодуляции двоичного ФМ сигнала и равняется:

(3.3)

=

где – интеграл вероятности.
Чтобы найти это значение, необходимо воспользоваться таблицей отношения для заданной модуляции[2]. При двукратной фазовой модуляции, .



Рисунок 3.1 – Таблица значения отношения

По таблице интеграла вероятности найдём z:



Следовательно можно найти отношение энергии разности двух ближайших сигналов в спектральной плотности мощности шума :

(3.4)

можно выразить из выражения [2]:

	(3.5)
	(3.6)

В результате по формуле 3.2, найдем вероятность ошибки при демодуляции для кода (127,120):



Мощность сигнала выразим из выражения 3.1:

	(3.7)
Вт.

4 КАНАЛ ПЕРЕСПРОСА

Рассмотрим ситуацию, когда кроме прямого канала, предназначенного для передачи информации, существует ещё вспомогательный обратный канал, называемый каналом переспроса. Единственное назначение этого канала – повысить достоверность передачи информации в прямом канале

Передаваемые пакеты через прямой канал, кодируются блочным кодом, а на выходе демодулятора проверяется на ошибки. Затем, в канал переспроса передаётся один бит. Если ошибок не обнаружено, то передаётся 0, что значит нужно передавать следующую комбинацию. Если происходит обнаружение ошибки, передаётся 1, что значит нужно передать данную комбинацию повторно.

В такой системе получателю будет выдана ошибочная комбинация, если произойдёт хотя бы одно из событий:

1) В принятой комбинации произошли ошибки слишком высокой кратности, которые не способен обнаружить применяемый код, то есть ошибки в трёх и более битах за раз (так как кодовое расстояние ), то вероятность такого события вычисляется по формуле [2]:

, (4.1)

где –вероятность, что q бит в принятой комбинации являются ошибочными.

Эту вероятность можно найти по биномиальной формуле Бернулли [2]:

, (4.2)

где p – вероятность ошибки в одном символе.

, (4.3)

Произведём вычисления:

,

.

2) Произошла ошибка в обратном канале.

Мощность обратного сигнала можно найти через затухание в прямом и обратном каналах, :

. (4.4)

Выполнив вычисления получим:

.

Далее, найдем :

, (4.5)

.

Отношение сигнал/шум можно найти по формуле (4.6):

. (4.6)

Затем, зная все необходимые данные для нахождения ,по формуле (4.4) получим:



Таким образом, проведя необходимые подстановки и вычисления в формулу 4.7, получим:

. (4.7)

.

Теперь мы можем вычислить вероятность выдачи ошибочной комбинации по формуле сложения вероятностей:

.

Отсюда, битовая вероятность ошибки на выходе декодера будет равна:

.

5. ВЕРОЯТНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ПОВТОРНОГО СООБЩЕНИЯ

Вероятность повторной передачи кодовой комбинации, равна вероятности появления в этой кодовой комбинации ошибок, которые могут быть обнаружены [1]:

(5.1)

Требуемое относительное увеличение скорости передачи (одновременно и в прямом, и в обратном каналах) из-за двукратной, трехкратной и т.д. повторных передач равно [1]:

(5.1)

Чтобы компенсировать замедление при введении повторной передачи увеличим скорость в 1,0171 раз.

(5.3)

5. ВРЕМЯ БЕЗОШИБОЧНОЙ РАБОТЫ

Время безошибочной работы найдём по формуле 6.1

(6.1)

.

5. РАСЧЁТ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ

В данной СПИ используется частотное разделение каналов (ВРК). Ширина полосы частот, выделенной для прямого канала:

(7.1)



Ширина полосы частот, выделенная для канала переспроса:

(7.2)



Защитный интервал возьмём равный 900Гц.

Тогда для 28 каналов нужна полоса частот:

(7.3)

(7.4)
Для этого необходимо нанять 31 канальных полос 1-й ступени (полоса частот группового сигнала 60-108 кГц )[2].

8 СИНХРОНИЗАЦИЯ

В системе с временным уплотнением каналов будет использоваться цикловая (кадровая) синхронизация.

Для обеспечения цикловой синхронизации в состав группового сигнала вводится специальный (отдельный от информационного) синхросигнал. Этот сигнал известен на стороне приема и приёмник может его отличить.

Для обеспечения кадровой синхронизации достаточно взять один синхроимпульс и выделить для него отдельный канал.

Заключение

В данной курсовой работе ознакомились с проектированием системы передачи информации (СПИ), методами нахождения параметров отношения сигнал/шум и мощностей прямого и обратного каналов по битовой вероятности демодуляции.

При проектировании данной СПИ был выбран код (127,120). Вычислены вероятности битовых ошибок, рассчитана ширина полосы частот для группового тракта.

Список использованной литературы

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.ОС ТУСУР 2021 – Томск: Томский гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2021.

Приложение А

(обязательное)

Структурная схема СПИ

Приложение Б

Структурная схема кодера