Расчет основных параметров сигнала

Введение

Цель курсовой работы: это закрепление навыков анализа систе­мы передачи непрерывных сообщений цифровыми методами, расчёт характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналам связи с помехами.

Основные задачи курсовой работы:

- закрепление навыков расчё­та характеристик системы передачи непрерывных сообщений дис­кретными сигналами;

-отработка навыков изложения ре­зультатов технических расчётов;

-составления и оформления техниче­ской документации.

Кроме того, в процессе выполнения курсовой работы необходимо продолжить знакомство с учебной и монографической литературой по теории электрической связи, закрепить навыки вы­полнения технических расчётов с использованием персональных компьютеров. Данная курсовая работа поможет разобраться и понять всю суть передачи сообщений.

На рисунке 1 приведена структурная схема передачи информации.

 

 

 

Рисунок1 – Структурная схема системы передачи

 

Расчетная часть.

1.Исходные данные:

Таблица 1 – Исходные данные.

 

Номер варианта
Значение показателей степени
Значение частоты f0 ,Гц
Значение относительной ошибки δ,%	0,3
Вид модуляции	ЧМ
Тип распределения	№3

Расчет основных параметров сигнала

Распределение ошибки передачи сообщения по источникам искажения.

Подлежащее передаче по цифровому каналу сообщение представлено законом распределения (плотностью вероятности мгновенных значений), зависимостью спектральной плотности от частоты и эффективным значением напряжения, представляющим собой корень квадратный из удельной мощности процесса.

Задано также допустимое значение относительной эффективной ошибки входных преобразований и ошибки, вызванной действием помех. К входным преобразованиям относятся ограничение максимальных значений сообщения, дискретизация и квантование непрерывного сообщения. Таким образом, входные преобразования вносят три класса ошибок, которые можно считать некоррелированными. Тогда эффективное значение относительной ошибки входных преобразований может быть найдено по формуле

d _вх = , (1)

где d₁ – эффективное значение относительной ошибки, вызванной временной дискретизацией сообщения;

d₂ – эффективное значение относительной ошибки, вызванной ограничением максимальных отклонений сообщений от среднего значения;

d₃ – эффективное значение относительной ошибки, вызванной квантованием сообщения.

В реальных условиях все три операции выполняются практически одновременно в процессе преобразования аналогового сообщения в цифровую форму, т.е.

 

Эффективное значение относительной ошибки временной дискретизации сообщения х (t) определяется равенством:

 

d₁ = , (2)

где F_д – частота временной дискретизации;

S_x(f) – спектральная плотность мощности сообщения х (t).

В задании на проектирование форма спектральной плотности мощности сообщения определена равенством

S_x(f) = , (3)

Где S₀ – спектральная плотность мощности сообщения на нулевой частоте;

к – параметр, характеризующий порядок фильтра, формирующего сообщение;

f₀ – частота, определяющая ширину спектра сообщения по критерию снижения S_х (f) в два раза по сравнению с её значением на нулевой частоте S_х (0).

Подставляя выражение (3) в (2) выразим частоту дискретизации F_Д связанную со значением ошибки .

 

 

d₁ = ;

 

 

Рассморим: =

 

 

 

Рассмотрим:

 

Подставляем:

 

 

 

 

Расчет пик-фактора.

Второе преобразование – ограничение размаха отклонений сообщения от среднего значения (математического ожидания), полагаемого во всех вариантах заданий равным нулю. Введение ограничения неизбежно при преобразовании непрерывного сообщения в цифровую форму, однако процесс ограничения вызывает искажения исходного сообщения. Степень искажений зависит от закона распределения (плотности вероятности) исходного сообщения и от отношения порога ограничения к эффективному значению входного сообщения, которое для всех сообщений полагается равным одному вольту (σ_X=1В). В дальнейшем отношение H максимального пикового значения непрерывного сообщения к его эффективному значению называется пикфактором. В качестве исходных данных использовано четыре вида законов распределения аналоговых сообщений.

Сообщение третьего вида x₃ (t) является одной из моделей речевого процесса [6] и имеет плотность вероятности, описываемую суммой гауссовских кривых:

W ₃ (x) = (6),

Где p_r≈p_c≈0,5 – соответственно вероятности появления гласных и согласных звуков в русском языке,

s_г² – дисперсия гласных звуков;

s_c² – дисперсия согласных звуков.

Как показано в [6] s_г≈1,4s_x, а s_c≈0,1s_x где s_x- усредненное эфективное значение речевого сообщения x₃(t).

В результате ограничения выбросов этого процесса появляются искажения, дисперсия которых может быть найдена из выражения

 

d₂₃ =

Где d_г и d_с – эффективные значения относительных искажений гласных и согласных звуков, велечины которых могут быть найдены из

При использовании соответсвенно относительных порогов H_г=U_м/σ_г и H_с=U_м/σ_с.

Учитывая приведенные выше соотношения для эффективных значений гласных и согласных звуков, можно записать

d₂₃ ≈d_г

И для нахождения пикфактора третьего вида сообщения H₃ использовать график, приведённый на рис. 2. В силу того, что мощность (дисперсия) гласных звуков почти в 200 раз выше мощности согласных, нелинейные искажения сообщения в среднем определяются искажениями гласных звуков.

 

Рисунок 2

δ₄ =0.003

N=10*lg3=5

H_г=3,8

H_г=

H=1,4*H_г=1,4*3,8=5,32

 

Таким образом, при заданном эффективном значении ошибки второго этапа входных преобразований определяется пик-фактор ограниченного непрерывного сообщения, используемый в дальнейшем для определения числа разрядов представления этого сообщения в цифровой форме.

Выбор сложных сигналов

 

Наибольшее применение находят фозакодоманипулированные сигналы, названные M-последовательностями. Символы этих кодов можно найти из реккурентных уравнений 6.1:

, k (6.1)

 

Суммирование в формуле 6.1 ведется по «модулю 2».

 

Составим M-последовательность для информационного элемента. Для этого зададим первые четыре импульса:

 

Рассчитаем остальные элементы по формуле 6.2:

В результате мы получили М-последовательность информационного сигнала: 001111010110010.

 

Рассчитаем М-последовательность, для синхронизирующего элемента для этого зададим начальное условие:

 

Рассчитаем остальные элементы по формуле 6.3:

В результате мы получили М-последовательность для синхронизирующего сигнала: 001101011110001.

Рассмотрим структурную схему фильтра, согласованного с полученной последовательностью. Структурная схема состоит из линии задержки с отводами, каждая из секций которых задерживает сигнал на время, равное длительности импульса, весового сумматора и фильтра, согласованного с одиночным импульсом.

На рисунке 5 приведена структурная схема согласованного фильтра для информационного сигнала, а на рисунке 6 – для синхронизирующего сигнала:

 

 

Рис.5 – Структурная схема согласованного фильтра для информационного сигнала.

 

Рис.6 – Структурная схема согласованного фильтра для синхронизирующего сигнала.

Рассмотрим один из способов построения формы сигнала на выходе согласованного фильтра при действии на входе полезного процесса, в данном случае – найденной выше М-последовательности из 15 элементов.

Для этого необходимо построить таблицу из N+2 строк и N+1 столбцов (в данном случае N=15):

Таблица 2 – К построению информационного сигнала на выходе согласованного фильтра.

 

*
*
*
*
*
*
*
∑			-1		-1	-4		-2					-1	-2

По результатам таблицы построим функцию корреляции информационного сигнала на выходе согласованного фильтра рисунок 7:

 

Рис.7 – Сигнал на выходе согласованного фильтра при действии на входе информационного сигнала.

Таким же способом построим форму синхронизирующего сигнала на выходе согласованного фильтра. Для чего заготовим таблицу 3:

 

Таблица 3 – К построению синхронизирующего сигнала на выходе согласованного фильтра.

*
*
*
*
*
*
*
∑	-1				-3	-2	-3				-3	-4	-1

 

По данным таблицы построим функцию корреляции синхронизирующего сигнала на выходе согласованного фильтра рисунок 8:

Рис.8 - Сигнал на выходе согласованного фильтра при действии на входе синхронизирующего сигнала.

Рассмотрим процесс на выходе согласованного фильтра информационного сигнала при действии на его входе сигнала синхронизации. Для этого заготовим таблицу 4:

Таблица 4 – К построению сигнала на выходе согласованного фильтра информационного сигнала при действии а входе синхронизирующей последовательности.

*

*

*

*

*

*

*

∑

-1

-6

-1

-3

По данным таблицы построим форму сигнала на выходе согласованного фильтра информационного сигнала при действии на входе синхронизирующей последовательности рисунок 9:

Рис.9 – форма сигнала на выходе согласованного фильтра информационного сигнала при действии на входе синхронизирующей последовательности

 

Так же рассмотрим процесс на выходе согласованного фильтра синхронизирующего сигнала при действии на его входе информационного сигнала. Для этого заготовим таблицу 5:

Таблица 5 – К построению сигнала на выходе согласованного фильтра синхронизирующего сигнала при действии на входе информационного сигнала.

*

*

*

*

*

*

*

∑

-1

-1

-4

-5

-5

 

По данным таблицы 5 построим форму сигнала на выходе согласованного фильтра синхронизирующего сигнала при действии на входе информационной последовательности рисунок 10:

Рис.10 – Форма сигнала на выходе согласованного фильтра синхронизирующего сигнала при действии на входе информационной последовательности.

 

 

Заключение

В результате курсовой работы я закрепил навыки по анализу систем передачи непрерывных сообщений цифровыми методами, а также, по расчету характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналу связи с помехами.

Была разработана структурная схема системы передачи непрерывного сообщения в цифровой форме.

Приведём все основные результаты, полученные в результате произведённых в курсовой работе расчетов:

Таблица 6-основные результаты:

Обозначение	Расчет
Эффективные значения относительных среднеквадратичных ошибок этапов входных преобразований и ошибки, вызванной действием помех
Частота дискретизации Fд	4721Гц
Пик-фактор H	5.32
Число разрядов двоичного кода, Nр
Требуемое значение отношения сигнал/шум для обеспечения пропускной способности канала связи	92680
Требуемое отношение q^2 при оптимальном когерентном приеме	56.18
Требуемое отношение q^2оптимальном некогерентном приеме	63,8
Длительность импульса,	17.65 мкс
Вероятность ошибки Рош	6*10^-8
Информационная насыщенность сообщения	0,75
Избыточность	0,25
Коэффициент проигрыша	1,14

 

Методы повышения информационной эффективности:

 

- разнесенный прием – передача одной и той же информации по параллельным каналам;

- прием в целом - демодулятор строится сразу на все кодовое слово, что позволяет в сравнении с посимвольным приемом повысить верность;

- обратная связь – система с решающей обратной связью являются примером согласованного подхода к кодированию и модуляции с учетом свойств канала связи;

- применение шумоподобных сигналов – позволяет повысить верность передачи за счет повышения отношения сигнал/шум на входе решающего устройства;

- адаптивная коррекция – осуществление адаптивной коррекции характеристик канала позволяет повысить скорость передачи информации за счет ослабления межсимвольных искажений;

- эффективное кодирование источника – кодирование источника со сжатием данных позволяет сократить избыточность источников сигналов и тем самым повысить эффективность систем передачи информации.

 

 

Список литературы

1. Методическое указание к курсовой работе для студентов очной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования./ Д.В. Астрецов, Екатеринбург, Уф СибГУТИ, 2011г.

 

2. Теория электрической связи. Учебное пособие / А.В. Паршин, Е.А. Субботин / СибГУТИ, Екатеринбург, 2005г.

 

Введение

Цель курсовой работы: это закрепление навыков анализа систе­мы передачи непрерывных сообщений цифровыми методами, расчёт характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналам связи с помехами.

Основные задачи курсовой работы:

- закрепление навыков расчё­та характеристик системы передачи непрерывных сообщений дис­кретными сигналами;

-отработка навыков изложения ре­зультатов технических расчётов;

-составления и оформления техниче­ской документации.

Кроме того, в процессе выполнения курсовой работы необходимо продолжить знакомство с учебной и монографической литературой по теории электрической связи, закрепить навыки вы­полнения технических расчётов с использованием персональных компьютеров. Данная курсовая работа поможет разобраться и понять всю суть передачи сообщений.

На рисунке 1 приведена структурная схема передачи информации.

 

 

 

Рисунок1 – Структурная схема системы передачи

 

Расчетная часть.

1.Исходные данные:

Таблица 1 – Исходные данные.

 

Номер варианта
Значение показателей степени
Значение частоты f0 ,Гц
Значение относительной ошибки δ,%	0,3
Вид модуляции	ЧМ
Тип распределения	№3

Расчет основных параметров сигнала