Курсовая. Санктпетербургский государственный университет телекоммуникаций им проф. М. А

• Название: Санктпетербургский государственный университет телекоммуникаций им проф. М. А
• Дата: 03.06.2021
• Размер: 1.47 Mb.
• Имя файла: Курсовая.docx
• Тип: Курсовая; #213320

Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

кафедра теории электрических цепей

Курсовая работа по общей теории связи

Группа: ИКТО-91

Выполнил: Шеломенцев Е. С.

Проверил: Денисов А. В.

№ зачетной книжки: 1905285

Санкт-Петербург

2021

2. Задание на курсовую работу

Изучить и разработать систему цифровой связи, оптимальную в отношении флуктуационной помехи и исключающую появления межсимвольной помехи. Возникновение межсимвольной и межканальной помех поясняется в тексте данного учебно-методического пособия.

В данной КР не предполагается оптимизировать систему связи в отношении импульсных помех, и поэтому блоки перемежения (П-4) и деперемежения (ДП-15) в структурной схеме (для КАМ-16 и КФМ-4), представленной на рис. 1, не используются.

Требуется:

1) изобразить структурную схему системы цифровой связи, включив блоки сглаживающих формирующих фильтров СФФ1 и СФФ2 в передающем устройстве и согласованных фильтров СФ1 и СФ2 в приемном устройстве;

2) пояснить назначение всех функциональных узлов цифровой системы связи;

3) рассчитать основные характеристики системы передачи цифровой информации.

На рис. 1 назначение функциональных узлов системы цифровой связи следующее:

1 – источник сообщений;

2 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

3 – кодер (К);

4 – перемежитель (П);

5 – формирователь модулирующих символов (ФМС) или преобразователь последовательного кода в параллельный код;

6 – сглаживающие формирующие фильтры (СФФ1, СФФ2);

7 – перемножители;

8 – фазовращатель;

9 – генератор гармонических колебаний;

10 – инвертор;

11 – сумматор;

12 – непрерывный канал;

13 – демодулятор (ДМ);

14 – преобразователь параллельного кода в последовательный код;

15 – деперемежитель (ДП);

16 – декодер (ДК);

17 – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

18 – получатель сообщений.



3. Исходные данные

Номер выполняемого варианта m определяется двумя последними цифрами в номере зачетной книжки студента

Так, для моего варианта m = 85.

Параметр	Значение параметра	Данные по варианту
Предельные уровни аналогового сигнала
Верхняя частота аналогового спектра
Заданный уровень квантования
Спектральная плотность мощности флуктуационной помехи	Номер варианта m в пределах
	1..33
	33..66
	66..99
q – номер тактового интервала ошибки		2
№ вида модуляции	Вид модуляции	Вид модуляции по числу m
	КАМ-16	КАМ-16

Кодирование и декодирование – сверточное.

3.1 Источник сообщения

Источник сообщения (ИС) вырабатывает реализации стационарного случайного процесса типа квазибелого шума с параметрами и . Мгновенные значения сообщения равновероятны в интервале от значения до значения .

Требуется:

1) написать аналитические выражения для плотности вероятности мгновенных значений сообщения, функции распределения и построить их графики;






График функции распределения F(a) и плотности веротяности w(a).
2) рассчитать математическое ожидание и дисперсию сообщения ;










3) написать аналитическое выражение для спектральной плотности мощности сообщения и построить график;






4) найти аналитическое выражение для корреляционной функции сообщения и построить график. По форме графика определить, является ли сообщение эргодическим случайным процессом или не является таковым (разд. 4.1).







3.2 Аналого-цифровой преобразователь

Требуется:

1) Определить интервал дискретизации на основе теоремы отсчетов.



2) Рассчитать частоту дискретизации



3) Определить число уровней квантования L





4) Рассчитать мощность шума квантования и сравнить ее с мощностью непрерывного сообщения




5) Найти минимальное число k двоичных разрядов, требуемое для записи в двоичной форме любого номера j из L-1 номеров уровней квантования.


6) Записать k разрядное двоичное число, соответствующее заданному уровню квантования j.

Число двоичных разрядов k=9



7) Начертить временную диаграмму отклика АЦП на заданный уровень квантования j в виде последовательности импульсов, сопоставляя единичным символам прямоугольные импульсы положительной полярности, а нулевым – нулевые напряжения. Над импульсами надписать значения соответствующих двоичных информационных символов. Длительность отклика АЦП на каждый отсчет не должна превышать интервала дискретизации .



3.3 Кодер

Используется помехоустойчивый сверточный код. Выбрать структурную схему сверточного кодера в [6].

Требуется:

1) Параметры сверточного кодера:

• 
  
  
• 
  
  
• 
  векторы связи
  

Определить кодовое расстояние d по известной импульсной характеристике кодера

Кодовое расстояние равно числу единиц в импульсной характеристике. Таким образом, d=5.

2) Нарисовать схему кодера, соответствующую заданным параметрам, и определить его импульсную характеристику g(x).


Схема кодера

Сверточный кодер:

И.С	0	1	1	1	1	0	1	0	1
К.С	00	11	01	10	10	01	10	10	00

3) Изобразить решетчатую диаграмму сверточного кодера от момента времени t₁ до момента времени t₁₀.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



4) По решетчатой диаграмме сверточного кодера определить последовательность кодовых символов (КС) на выходе кодера при условии, когда на вход кодера поступает 9-разрядная двоичная последовательность информационных символов (ИС) , соответствующая заданному уровню квантования j

0 –> 00, 1 -> 11, 1 -> 01, 1 -> 10, 1 -> 10, 0 -> 01, 1 -> 10, 0 -> 10, 1 -> 00.

5) на решетчатой диаграмме кодера отметить путь, соответствующий полученным КС.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



3.4 Формирователь модулирующих сигналов

Требуется:

1) Изобразить сигнальное созвездие для заданного вида модуляции (4-QAM)


2) Изобразить график реализации с(t) случайного процесса, формируемого с выхода блока сверточного кодера (К). Реализация с(t) поступает на вход блока ФМС на первых 16 бинарных интервалах длительностью. Написать аналитическое выражение для случайного процесса (разд. 4.5);



,

где – прямоугольный импульс длительностью T_в.
,
где прямоугольный импульс такой же формы, как и , но сдвинутый вправо относительно импульса на величину , если или влево, если .

– численный коэффициент, являющийся случайной реализацией случайной величины на n-интервале . Величина принимает два дискретных значения с вероятностью 0,5 каждое, то есть .

Если в заданной реализации c(t) n-интервале передается информационный символ «1», то ; если передается информационный символ «0», то .
3) в соответствии с сигнальным созвездием модулятора КАМ-16 или КФМ-4 изобразить графики реализаций i(t) и q(t) на выходе блока ФМС, соответствующие входной реализации c(t). Написать аналитические выражения для случайных процессов I(t) и Q(t).





где g(t) – прямоугольный импульс длительностью . - символьный интервал, - бинарный интервал.


где прямоугольный импульс такой же формы, как и , но сдвинутый вправо относительно импульса на величину , если или влево, если .

- независимые случайные величины, заданные на символьном интервале с номером n, которые, согласно сигнальному созвездию принимают 4 дискретных значения: -3h, -h, h, 3h с вероятностью 0,25 каждое, то есть

График реализации i(t).



График реализации q(t).
4) написать аналитические выражения для корреляционной функции и спектральной плотности мощности входного случайного процесса C(t) и построить графики этих функций.
Процесс C(t) является случайным синхронным телеграфным сигналом. Его корреляционная функция имеет вид



а спектральная плотность мощности где T=T_в – длительность тактового интервала.


График корелляционной функции .



График спектральной плотности мощности
3.5 Модулятор

В состав модулятора структурной схемы цифровой системы связи (ЦСС), между блоками ФМС и перемножителями, входят сглаживающие формирующие фильтры СФФ, необходимые для оптимизации ЦСС в отношении межсимвольной помехи, а также инвертор и сумматор, на выходе которого получаем сигнал заданного вида модуляции.

3.5.1 Сглаживающий формирующий фильтр
Требуется:

1) изобразить структурную схему модулятора в составе ЦСС



2) написать аналитические выражения для сигнала x(t) со «спектром

приподнятого косинуса» (импульса Найквиста) и его спектральной плотности S_x(t) для значений коэффициента сглаживания 0 1. Изобразить графики сигналов x(t) и соответствующие спектральные плотности при 0 1.




где β – коэффициент сглаживания, который может принимать значения в интервале 0 ≤ β ≤ 1.
5) написать аналитические выражения для случайных процессов I_ф(t)

и Q_ф(t).


На вход СФФ поступает реализация



где – прямоугольные импульсы.

На выходе СФФ получается



где имеют форму импульсов x_1н(t);


6) написать аналитические выражения для корреляционных функций

и спектральных плотностей мощности случайных процессов I_ф(t) и Q_ф(t)

и построить графики этих функций.

где x(τ)– импульс Найквиста при значении β = 1.


3.5.2 Блоки перемежителей, инвертор, сумматор
Требуется

1) написать аналитические выражения для корреляционных функций случайных сигналов и

на выходах перемножителей, где – случайная фаза с равномерной плотностью вероятности на интервале 0..2 . Случайная

фаза не зависит от случайных процессов .



где

2) написать аналитические выражения для корреляционных функций

и для спектральной плотности

мощности сигнала S(t) на выходе сумматора для заданного вида

модуляции.


где x(τ) – импульс Найквиста при β = 1.

где






3.6 Непрерывный канал

Передача сигнала S(t) происходит по непрерывному неискажающему каналу с постоянными параметрами в присутствии аддитивной помехи n(t) типа гауссовского белого шума. Сигнал Z(t) на выходе такого канала имеет вид



где – коэффициент передачи канала. Для всех вариантов
Односторонняя спектральная плотность мощности помехи n(t) равна N₀ (значение N₀ для своего варианта найти в исходных данных).


Требуется:

1) определить минимальную ширину полосы частот F_kнепрерывного канала, необходимую для передачи по каналу сигнала S(t) с выхода модулятора.





2) определить P_c - среднюю мощность информационного сигнала на выходе канала;



3) определить P_п – среднюю мощность помехи на выходе канала и найти отношение P_c/ P_п.




4) рассчитать пропускную способность С (за секунду) непрерывного канала.




3.7 Демодулятор

Требуется:

1) изобразить структурную схему когерентного демодулятора, оптимального по критерию максимального правдоподобия для заданного сигнала квадратурной модуляции.



3.8 Декодер

По каналу передавалась последовательность: 001101101001101000.

Ошибка при передаче произошла во втором такте. Таким образом, имеется полученная последовательность: 011101101001101000.

Используем декодер Виттерби.





Сегмент решетки декодера в момент времени t3



Сегмент решетки декодера в момент времени t4



Сегмент решетки декодера в момент времени t5



Сегмент решетки декодера в момент времени t6



Сегмент решетки декодера в момент времени t7



Сегмент решетки декодера в момент времени t8



Сегмент решетки декодера в момент времени t9



Восстановленный путь.

Таким образом, восстановленная последовательность: 001101101001101000.