Контрольная. ЦОС в10. Разработка структурной схемы передающего устройства для передачи дискретной информации по частотно ограниченным каналам Исходные данные
 Скачать 202.44 Kb.
|
|
Титульный лист ЦОС Вариант 10 Разработка структурной схемы передающего устройства для передачи дискретной информации по частотно ограниченным каналам Исходные данные: Номер варианта: 10 Удельная скорость передачи: 2,5 Разрядность ЦАПа: 8 Задание: 1 Разработать и описать обобщенную структурную схему передающего устройства для передачи дискретной информации по частотно ограниченным каналам. 2 Выбрать длительность и количество элементарных сигналов, участвующих в формировании выходного сигнала. При выборе сигналов необходимо учесть следующее. Сигнал с ограниченным спектром должен быть бесконечным по времени, но в реальных системах связи приходиться ограничивать длительность сигнала. Необходимо, чтобы энергия отбрасываемой части не превышала 10% полной энергии сигнала. 3 Рассчитать вид элементарного сигнала. Оценить в процентах энергию отбрасываемой части. 4 Разработать и описать алгоритм вычисления выходного сигнала. 5 Рассчитать отсчеты сигнала на длительности между двумя характеристическими моментами восстановления. 6 Рассчитать и изобразить спектр сигнала на выходе формирователя. 7 Рассчитать мощность шума квантования на выходе формирователя при заданной разрядности ЦАПа. 8 Разработать и описать схему формирователя выходного сигнала. 9 Разработать и описать структурную схему приемника. Решение: 1 Обобщенная структурная схема передающего устройства для передачи дискретной информации по частотно ограниченным каналам приведена на рисунке 1.  ГОН - генератор опорного напряжения ПУ — кодер помехоустойчивый Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема передающего устройства для передачи дискретной информации по частотно ограниченным каналам Кодер ПУ предназначен для преобразования двоичной последовательности в последовательность кодовых комбинации корректирующего кода, обнаруживающего (исправляющего ошибки), для этого в сигнал вносится избыточность для возможности обнаружения и исправления ошибки на приеме. Формирователь сигнала предназначен для формирования требуемого сигнала передаваемого по каналу связи. Сигнал на выходе формирователя представлен в аналоговой форме. После формирователя стоит устройство согласования с каналом на физическом уровне. Формирователь сигнала состоит из преобразователя кода, преобразователя сигнала и модулятора. Генератор опорного напряжения обеспечивает формирование заданной формы передаваемого сигнала. 2. Выбор длительности и количества элементарных сигналов, используемых для формирования выходного сигнала В реальных каналах связи для передачи сигналов по частотно ограниченному каналу используется сигнал вида  , но он бесконечен во времени, поэтому его сглаживают по косинусоидальному закону: где  - коэффициент сглаживания, определяемый по формуле: где  - количество элементарных сигналов (количество возможных состояний сигнала на длительности Т); – удельная скорость передачи информации.Выберем из следующего условия: при g<2 N=2, а при g≥2 N=4.В нашем случае  , отсюда  .Определим r по формуле (2):  Граничная частота полосы пропускания канала связи:  где  - частота сигнала. Длительность элементарного сигнала:  Интервал дискретизации:  Частота дискретизации выбирается с учетом того, что в спектре должна оставаться полоса расфильтровки ∆f она определяется как:  Выберем частоту дискретизации:  С учетом полосы расфильтровки примем  .Количество отчетов на одном интервале  определяется формулой:  3. Расчет вида элементарного сигнала Расчет отчетов элементарного сигнала производится по формуле:  С учетом дискретности отсчетов время t изменяем дискретно t = nt, где n = 0,1,2… Количество элементарных сигналов равно 4. Пусть они будут иметь максимумы +1, +3 и -1, -3. Данные сигналы симметричны относительно 0, следовательно, рассчитаем отсчеты справа от 0 для сигналов +1 и +3. Расчет сведем в таблицу 1. Таблица 1 – Расчет отчетов элементарного сигнала
Графики отчетов элементарного сигнала с амплитудами +1 и +3 изображены на рисунках 2 и 3 соответственно. Сигналы с амплитудами - 1 и - 3 будут иметь аналогичный вид, что и на рисунках 2 и 3, но с противоположной фазой. Рассчитанные элементарные сигналы являются бесконечными во времени, что является неприемлемым. Но они быстро затухают по амплитуде, поэтому при передаче можно отбросить некоторую часть сигнала. Энергия отбрасываемой части не должна превышать 10% энергии всего сигнала.  Рисунок 2 – Отсчеты элементарного сигнала с амплитудой +1  Рисунок 3 – Отсчеты элементарного сигнала с амплитудой +3 Как видно из расчетов сигналов: 9, 10, 11, 12 - й отсчеты имеют малые значения. Найдем энергию отбрасываемой части в процентах. Для этого рассчитаем энергию всего сигнала и отбрасываемой части для сигнала с амплитудой 1.   Энергия отбрасываемой части:   Оценим соотношение энергий элементарного сигнала и отбрасываемой части:  Проведем аналогичный расчет для сигнала с амплитудой 3:  Итак, энергия отбрасываемых частей обоих сигналов много меньше 10% от полной энергии сигнала. 4. Алгоритм расчета сигнала на выходе передатчика приведен на рисунке 4. 5 Расчет отсчетов сигнала на длительности между двумя характеристическими моментами восстановления Возьмем для передачи двоичную последовательность 11001111. Количество информации, переносимое элементарным сигналом, определяется выражением:  где – число элементарных сигналов. Следовательно, каждый сигнал несет 2 Бита. Разобьем данную последовательность на 4 пары: 11, 00, 11, 11. Пусть последовательность 11 будет передаваться сигналом с амплитудой 1, 00 – с амплитудой -1.  Рисунок 4 – Алгоритм расчета сигнала на выходе передатчика Графически формирование выходного сигнала изображено на рисунке 5.  Рисунок 5 - Формирование выходного сигнала 6. Расчет спектра сигнала на выходе цифрового формирователя Спектр сигнала рассчитывается по формуле:  С учетом того, что  , получаем: Спектр на выходе формирователя, и полосового фильтра представлен на рисунке 6.   7. Расчет мощности шума квантования на выходе формирователя Основным недостатком цифровой обработки сигналов является наличие шумов квантования. Поэтому при расчете любой аппаратуры ЦОС необходимо учитывать шум квантования, так как он может приводить к ошибкам при передаче информации. Шум квантования полностью определяется выбором уровней квантования, то есть разрядностью ЦАП. Шум квантования рассчитывается по формулам:   где  – разрядность ЦАП.Примем  , тогда  Мощность сигнала:   Значение отношения "сигнал/шум":   8. Разработка функциональной схемы устройства цифрового формирователя сигнала  Рисунок 7 – Функциональная схема устройства цифрового формирователя сигнала Последовательный код поступает на сдвиговый регистр RG1, являющийся последовательно-параллельным, необходимый для развертывания входной последовательности регистра в длину определенного количества возможных адресов, дальше код подается на буферно-параллельный регистр RG2, который непосредственно работает на ПЗУ с частотой (fт/4) меньшей, чем частота поступления символов. Данный регистр запоминает эти 4 бита на время элементарного сигнала, пока в это время регистр RG1 подготавливает следующее четыре бита. С RG2 параллельный код поступает на ПЗУ, который позволяет записать в ячейках памяти отсчеты сигналов любой формы, а потом по мере необходимости выдавать эти отсчеты путем считывания значений этих отсчетов из ПЗУ (многократно – периодически или в прерывистом режиме). Счетчик ИЕ управляет работой схемы. Восьмиразрядный код, соответствующий амплитуде отсчета, поступает с ПЗУ на ЦАП, который преобразует данный код в отсчеты аналогового сигнала. Длительность отсчета должна быть как можно короче (для простоты расфильтровки). На выходе ЦАП стоит полосовой фильтр, в котором и формируется результирующий сигнал (используется инерционные свойства фильтра). На выходе полосового фильтра получаем S(t), преобразованный ФМ сигнал. 9. Разработка структурной схемы приемника  Рисунок 8 - Структурная схема приемника Входной сигнал поступает на полосовой фильтр, где выделяется необходимая полоса частот. Далее сигнал поступает на перемножитель, на выходе которого получается набор частот. ФНЧ выделяет низкочастотный спектр. Этот сигнал подается на корреляторы, которые определяют степень схожести принятого сигнала с периодическим сигналом опорного генератора. Сигнал генератора имеет вид приподнятого синуса. Сам генератор имеет аналогичный разработанному вид. Причем каждый следующий коррелятор работает с опорным сигналом задержанным на интервал Тс. Далее сигналы с корреляторов подаются на решающие устройства, где принимаются решения о том, какой сигнал был передан (какая амплитуда у данного сигнала). Затем сигналы поступают на входы АЦП, где выдается информация. Синхронность работы схемы обеспечивается системой синхронизации (СС). |