Розрахунки й оптимзаця характеристик систем електрозвТязку. (Расчёты и оптимизация характеристик систем электросвязи)
ДЕРЖАВНИЙ КОМ
ТЕТ ЗВТЯЗКУ УКАпНИ
Одеська Нацональна академя звТязку
м.
О.С. Попова
Кафедра теорÿ електричного звТязку
Курсова робота
з дисциплни:
Теоря електричного звТязку
на тему:
Розрахунки й оптимзаця характеристик
систем електрозвТязку.
Виконав:
студент групи
М-57
Колесник С.М.
Одеса 2002
Вихдн дан до завдання на курсову роботу.
Варант Ц-22
Повдомлення неперервного джерела переда
ться каналом звТязку методом
КМ. У дискретному канал звТязку використову
ться завадостйке кодування. Для передач неперервним каналом звТязку з постйними параметрами й адитивним блим гаусовима шумом використову
ться модуляця гармончного переносника.
Наведемо вихдн дан :
1. Джерело повдомлень задане характеристиками первинного сигналу
середн
значення дорвню
нулю;
густина ймоврност митт
вих значень Р
середня потужнсть сигналу
коефцúнт амплтуди K
максимальна частот спектра F
2. Допустиме вдношення сигнал/шум на вход одержувача rвих.доп.<=37дБ.
3. <
КМ перетворення неперервного сигналу в цифровий викону
ться з використанням рвномрного квантування, допустиме вдношення сигнал/шум квантування rкв.доп<=40дБ.
4. Метод модуляцÿ
гармончного переносника ЧМ-4.
5. Спосб прийому - некогерентний.
6. Енергетичний виграш кодування ЕВК=1.1дБ.
Стор.
Вступ. 6
1. Структурна схема ЦСП
. 7
2. Розрахунки параметрв АЦП ЦАП. 10
3. Розрахунки нформацйних характеристик джерела повдомлень первинних сигналв. 12
4. Розрахунок завадостйкост демодулятора. 14
5. Вибр коректуючого коду та розрахунок завадостйкост системи звТязку з кодуванням. 16
6. Розрахунки основних параметрв аналогово
7. Розрахунки
порвняння ефективност систем передач неперервних повдомлень. 20
8. Висновки. 24
Перелк посилань. 24
Вступ.
Цллю ц㺿
курсово
Одним з пунктв курсово
В останньому пункт курсово
1. Структурна схема ЦСП.
Зобразимо структурну схему цифрово
|
Декодер коректуючого коду
|
Рис. 1 Структурна схема ЦСП.
Призначення кожного блоку.
1)
джерело повдомлення призначено для подач в систему цифрово
2)
АЦП призначений для перетворення неперервного (аналогового) сигналу в цифровий.
3)
кодер коректуючого коду призначений для пдвищення завадостйкоста цифрово
4)
модулятор призначений для узгодження сигналу з каналом звТязку та для щльнення каналу. Канал звТязку - це сукупнсть технчних засобв та середовища розповсюдження, що забезпечують при пдключенн конечних абонентських приладв, передачу повдомлень будь-якого виду вд джерела до одержувача за допомогою електрозвТязку.
5)
демодулятор призначений для знаходження потрбного сигналу в канал звТязку, та вилучення його (первинного сигналу ) з отриманого.
6)
канал звТязку - середовище розповсюдження електричного сигналу.
7)
декодер коректуючого коду виправля
неправильн ршення демодулятора, використовуючи залишок прийнятих кодв, вдновлю
первинний код.
8)
ЦАП перетворю
кодв комбнацÿ в аналоговий сигнал.
9)
одержувач повдомлень прийма
аналоговий сигнал з системи цифрово
Основн параметри, характеризуюча кожний блок.
1. Джерело повдомлень.
1)
епсилон - ентропя джерела HE(B) - мнмальна кльксть нформац, що знаходиться в повдомленн В(
2) коефцúнт залишку джерела ǽ <- це вдношення, визначаюче яка доля максимально можливо
3) продуктивнсть джерела, R
4) щльнсть ймоврност митт
вих значень сигналу
2. Параметри АЦП та ЦАП.
1) частот дискретизацÿ
2) <нтервал дискретизацÿ Т - максимальний нтервал часу мж вдлками, при якому можна вдновити сигнал по ним з заданою точнстю.
3) число рвнв квантування L. До цих дискретних рвнв АЦП прирвнюються неперервн по амплтуд вдлки первинного сигналу.
4) крок квантування Δ
5) значимсть вйкового коду АЦП - число розрядв кодово
3. Параметри кодера коректуючого коду.
1) значимсть коректуючого коду - розряднсть кодово
2) число нформацйних символв кодово
3) кратнсть помилок, що виправляються
4.Параметри модулятора та демодулятора.
Вид модуляцÿ, способи прийому.
Параметром каналу звТязку явля
ться ширина смуги пропускання каналу.
Часов даграми сигналв на входах та виходах блокв зобразимо на рис.2
Рисунок 2.
2. Розрахунки параметрв АЦП та ЦАП.
1) Зобразимо структурну схему АЦП.
Рис.2 Структурна схема АЦП.
Опис роботи АЦП.
ФНЧ пропуска
нижню частину сигналу, достатню для задано
2) Зобразимо структурну схему ЦАП.
Рис.3 Структурна схема ЦАП.
Опис роботи ЦАП.
Кодов комбнацÿ, що надйшли, декодер перетворю
в квантовану послдовнсть вдлкв, тобто в А
М- сигнал, який детекту
ться ФНЧ.
3) Визначення нтервалу дискретизацÿ Тд та частоти дискретизацÿ
Для того, щоб ФНЧ не вносив нйних спотворень в неперервний сигнал, граничн частоти смуг пропускання ФНЧ повинн вдповдати мов :
(2.1)
Для того, щоб ФНЧ не були надто складними,
вдношення граничних частот вибирають з мови:а 
(2.2)
Граничн частоти смуг затримки ФНЧ повинн вдповдати мов:
(2.3)
Пдставляючи нервност 2.3 та 2.1 в рвняння 3
отрима
мо:
, де 
Тепер знайдемо нтервал дискретизацÿ 
а, де 
4) Визначимо L, б
.
Для визначення числа рвнв квантування використа
м формулу:
(2.4)
5) Знаючи допустиме вдношення сигнал/шум квантування коефцент амплтуди первинного сигналу (Ка) виведемо з формули (2.4) допустиме число рвнв квантування:
а(2.5)
Переведемо
rкв.доп з дБ в рази по формул:
rкв.доп <=100,1*40 =1
Пдставимо у формулу (2.5) числове значення,
отрима
мо:
Визначимо значнсть двкового коду АЦП
цле число. Тому число рвнв квантування L вибира
ться як цла степнь числа 2, при якй
а. 
, 
а.
Число рвнв квантування L<=256, значнсть двйкового коду
Визначимо тривалсть двйкового символу на вход АЦП:
Розраху
мо вдношення сигнал/шум квантування 
апри розрахованних параметрах АЦП. Вдношення сигнал/шум квантування знаходиться по формул:
,
де L<- число рвнв квантування, Ка<- коефцúнт амплтуди. 
Переведемо rкв.доп з раз у дБ
rкв.доп=10
6)а Розраху
мо допустиму ймоврнсть помилки двйникового символу (r.доп) на виход ЦАП.,
яка знаходиться за формулою:
де 
а<- середн
значення потужност шума хибних мпульсв на вих. ЦАП
D
аможемо визначити за формулою:
де de - середня потужнсть завади на вход приймача;
в. - середня потужнсть шуму квантування;
Визначемо ц величини за формулами:
а;
та
;
де rв - середня потужнсть сигнала;
rвих - вдношення сигнал/шум на вход (допустимо, що rвих = rвих.доп )
rкв.- вдношення сигнал/шум квантування (rкв = 20695.57)
Т.я. первинний сигнал min, max), < крок квантування визначаеться за формулою:
У сигналв з середнм значенням min = max. Значення max визнача
ться по формул:
max<= 9.5*Ö1.4 = 11.24, вдл.
D
Знайдемо de2ата кв2а: (rвих=100,1*3.7=5011.87)
de2= 1.4 / 5011.87 = 0.279 мВт
eкв2а<= 1.4 /
20695.57 = 0.067 мВт
Звдси х..2а<= 0.279 - 0.067 = 0.212 мВт
Згдно формули (2.6)
виразимо rдопа:
rдоп = 3 *
0.212*10-3 / (0.087)2 * (49 - 1) = 0.31*10-6;
3.
Розрахунки нформацйних характеристик джерела повдомлень первинних сигналв.
Повдомлення неперервного джерел перетворю
ться в первинний аналоговий сигнал
1) Епсилон-ентропя розрахову
ться за формулою:
(3.1)
h(B)-диференцйна ентропя
Диференцальна ентропя залежить вд виду розподлу моврност
розподл, то
бт/вдлка (3.2)а
Так як середн
значення первинного сигналу дорвню
нулю, то 
(3.3)
де 
а<-дисперся помилки вдтворення.
Пдставимо формули 3.3 та 3.2 в формулу 3.4,
одержимо вираз для визначення епсилон-ентропÿ,при цьому переведемо дБ в рази
(3.4).
Пдставивши числов значення,
одержимо :
2) Коефцúнт надлишку джерела обчислю
ться за формулою :
ǽ=
де 
;
а<- максимально можливе значення 
а
абт/вдлк
З вище розрахованого отриму
мо ǽ=
3) Продуктивнсть джерела 
а
а,де 
а, 
а бт/с
абт/с.
Причини надлишковост джерела :
Пд надлишковстю розумють щось лишн
. Надлишковими в джерел вважаються т повдомлення, як переносять малу,
а нод нульову кльксть нформацÿ. Час на
Присутнсть надлишковост означа
, що частину повдомлень можна не передавати по каналу звТязку, а вдновити на прийом по вдомим статистичним звТязкам.
Основними причинами надлишковост являються :
1.
Будь-як моврност окремих повдомлень.
2.
Присутнсть статистичних звТязкв мж повдомленнями джерела.
Вимоги до пропускно
Найбльше значення швидкост
R передач нформацÿ по каналу звТязку при заданих обмеженнях називають пропускною можливстю каналу, яка вимрю
ться в [бт/с] :
а
Пд заданими обмеженнями розумють тип каналу (дискретний або неперервний ), характеристики сигналв та завад. Пропускна можливсть каналу звТязку характеризу
потенцйн можливост передач нформацÿ. Вони описан в фундаментальнй теорем теорÿ нформацÿ,
вдомй як основна теорема кодування К.Шенона. Для дискретного каналу вона формулю
ться слдуючим чином : якщо продуктивнсть джерела 
аменше пропускно
Пропускна можливсть каналу,
як граничне значення безпомилково
4. Розрахунок завадостйост демодулятора.
моврнсть помилки двйкового символу для ФМ-2 при оптимальному когерентному прийом обчислю
ться за формулою :
а, де
h<- вдношення енергÿ сигналу, що затрачу
ться на передачу одного двйкового символу E
а;
Результати розрахункв моврнсть помилки двйкового символу заносимо в таблицю 1.
Таблиця 1.
|
 , дБ
|
разах
|
Р
|
|
2
|
1.585
|
0.0389
|
|
3
|
1.995
|
0.0235
|
|
4
|
2.512
|
0.0127
|
|
5
|
3.162
|
0.0059
|
|
6
|
3.981
|
0.0024
|
|
7
|
5.012
|
0.76
|
|
8
|
6.309
|
0.19
|
|
9
|
7.943
|
0.34
|
|
10
|
10
|
0.39
|
Так як в канал звТязку не використову
ться завадостйке кодування, то припустима моврнсть помилки символу на виход демодулятора дорвню
значенню 
а, найденому при розрахунку параметрв ЦАП. Визначимо потрбне спввдношення сигнал-шум для системи передач без кодування 
Рис.5 - Завадостйксть систем передач без завадостйкого кодування та з ним.
З графка визнача
мо 
Розраху
мо необхдне вдношення сигнал-шум на вход демодулятора
5. Вибр коректуючого коду та розрахунок завадостйкост систем звТязку з кодуванням.
Коректуючи коди дозволяють пдвищити завадостйксть завдяки цьому зменшити необхдне вдношення сигнал-шум на вход демодулятора для задано
Широке розповсюдження дстали циклчн коди Боуза-Чоудхур-Хоквнгема (БЧХ). За параметрами вони близьк до досконалих кодв разом з тим вимагають вдносно простих схем кодерв та декодерв. У кодв БЧХ основн параметри повТязан спввдношеннями :
, (5.1)
де
ться спввдношення
(5.2)
Вибираючи коректуючий код, я зупинився на кодов з довжиною Знаючи ц параметри розраху
мо
Якщо в канал звТязку без кодування для забезпечення задано
(5.3)
Пд декодування з виправленням помилок моврнсть помилкового декодування кодових комбнацй 
кратнсть помилок, що виправляються 
[1, формула (5.15) ]:
(5.4)
де 
(5.5)
-
<моврнсть помилки кратност
(5.6)
-
число сполучень з
р- моврнсть помилки двйкового символу на вход декодера, розрахунок яко
Для переходу вд моврноста 
а, але 
а ( апомилкових символв. У коректуючих кодв кодова вддаль 
а. Знайдемо ? для даного випадку:
Оскльки при помилковому декодуванн кодово
а.
Розрахувавши моврнсть помилки заносимо результати в таблицю2 та на графк [рис.5.частина 4 дано
Таблиця 2.
|
|
Без
коду 
|
З
кодом 
|
|
2
|
0,0389
|
0,0139
|
|
3
|
0,0235
|
0,0056
|
|
4
|
0,0127
|
0,825
|
|
5
|
0,0059
|
0,33
|
|
6
|
0,0024
|
0,572
|
|
7
|
0,76
|
0,2
|
|
8
|
0,19
|
0,22775
|
|
9
|
0,34
|
-
|
|
10
|
0,39
|
-
|
Побудувавши другий графк визнача
мо значення 
Тривалсть мпульсу з кодуванням : 
а, пдставимо значення
Вдношення сигнал-шум : 
а
6. Розрахунок основних параметрв аналогово
Для вибору ндексу частотно
а<- припустиме вдношення сигнал-завада на виход демодулятора.
При частотнй модуляцÿ виграш знаходимо за формулою
(6.2)
де 
Залежнсть 
[3,с.74..80]а
, (6.3)
Буду
мо графки залежностейадля значення 
а< 
а[рис.5]. За отриманими залежностями визначаю значення 
Таблиця 3.
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
ЧМ2
|
0,733
|
2,257
|
5,656
|
11,85
|
20,45
|
29,69
|
38,13
|
45,54
|
52,22
|
58,49
|
|
ЧМ0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
ЧМ4
|
2,93
|
9,02
|
22,61
|
47,37
|
81,77
|
---
|
---
|
---
|
---
|
---
|
|
а,ЧМ(-2)
|
0,733
|
2,257
|
5,656
|
11,85
|
20,45
|
29,69
|
38,13
|
45,54
|
52,22
|
58,49
|
|
ЧМ6
|
6,59
|
20,3
|
50,88
|
106,57
|
---
|
---
|
---
|
---
|
---
|
---
|
Знайдемо смугу пропускання каналу звТязку :
(6.4)
звдси отриму
мо вираз для 
Рис.6 Графк залежност 
авд 
Зобразимо структурну схему аналогово
Рис. 7 Структурна схема аналогово
7. Розрахунки та порвняння ефективност систем передач неперервних повдомлень.
Швидксть передач нформацÿ R можна прийняти рвною продуктивност джерела 
атому, що при тй якост вдновлення повдомлення, яке ма
мсце в розрахованй систем звТязку,
втрати нформацÿ мал.
а.
Знайдемо 
(7.1)
Знайдемо 
(7.2)
Розраху
мо енергетичну ефективнсть для аналогово
(7.3)
При передач сигналв аналогово
(7.4)
де
Пдставимо значення в (7.4)
При передач сигналв дискретно
а, (7.5)
де М-число позицй сигналу (М=2),
а<- тривалсть двйкового символу на вход модулятора.
Якщо в систем передач вдсутн
завадостйке кодування, то значення 
адорвню
тривалост двйкового символу 
ана виход АЦП або кодера простого коду якщо ж використову
ться завадостйке кодування, то
а, (7.6)
де
а, 
Знайдемо 
Знайдемо 
а, якщо використову
ться завадостйке кодування
Розраху
мо частотну ефективнсть 
При використанн аналогового виду модуляцÿ
При використанн завадостйкого кодування
Не використовуючи завадостйке кодування
Розраху
мо пропускну можливсть для варанта аналогово
а, (7.7)
де 
F.
а, де 
а, пдставимо значення та розраху
мо пропускну можливсть для аналогово
Для цифрово
Для цифрово
Розраху
мо нформацйну ефективнсть для аналогово
а, (7.8)
Параметри : 
, 
Буду
мо графк гранично
Рис.8 Залежнсть 
а.
З малюнка 8 видно, що ефективнсть реальних систем стотно нище границ Шеннона. Характер обмну мж 
ата азалежить вд виду модуляцÿ (сигналу) та коду. Завадостйксть АМ вдносно низька ймоврнсть передач може бути пдвищена лише пдвищенням потужност сигналу. Межа завадостйкост виражена слабо. В системах ЧМ висока завадостйксть може бути досягнута збльшенням ширини спектру сигналу, тобто за рахунок частотного залишку. В систем ЧМ рзко виражений порг завадостйкост. Порг в систем ЧМ при звичайному способ прийому наступа
приблизно при рвност пкових значень сигналу та завади, що значно вище теоретичного. Це означа
, що при великому рвн завад реальна завадостйксть одержувача ЧМ значно нище потенцйно
8. Висновки.
В данй курсовй робот було проведено розрахунок цифрово
В ЦСП (вид модуляцÿ ФМ-2)
вдношення 
ана вход демодулятора дорвню
427851,14 1/с та при вибор коректуючого коду в систем з завадостйким кодуванням, було вибрано код (108,80).
Основн порвняння мж ЦСП з завадостйким кодуванням, ЦСП без завадостйкого кодування, та аналогово
Перелк посилань.
1.Теоря передач сигналв : Пдручник для вузв / А.Г. Зюко та др. - М.: Радо та звТязок,1986.
2. Панфлов
.П., Дирда В.Ю. Теоря електричного звТязку : Пдручник для технкумв, - М. :
Радо та звТязок, 1991
3.
Розрахунки та оптимзаця характеристик систем електрозвТязку : методичний посбник
/ вдп. редактор В.Л. Банкет. Одеса 1995
4. Конспект лекцй по ТЕС :. 1
