Структурная схема системы электросвязи

1 2 3 4 5 6 7

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ЧитГУ)

Институт переподготовки и повышения квалификации

Кафедра физики и техники связи

Курсовой проект по дисциплине

Теория электрической связи

Расчет основных параметров цифровой системы передачи сообщений с амплитудной модуляцией

Вариант

Выполнил: студент группы

Проверил:

Чита 2010

Содержание

Задание 4

Введение 5

1 Структурная схема системы электросвязи. 6

2 Источник сообщений. 10

2.1 Случайный процесс ..... 10

2.2 Числовые характеристики случайного процесса ..... 12

3 Дискретизатор. 14

3.1 Шаг квантования 14

3.2 Число уровней квантования 15

3.3 Шум квантования 15

3.4 Энтропия и производительность 17

4 Кодер. 19

4.1 Число разрядов двоичной комбинации. 20

4.2 Избыточность кода с одной проверкой на четность 20

4.3 Двоичная кодовая комбинация 21

4.4 Число двоичных символов, выдаваемых кодером в секунду, и длительность двоичного символа 22

5 Модулятор. 23

5.1 Параметры несущей. 24

5.2 Корреляционная функция модулирующего сигнала 26

5.3 Спектральная плотность мощности модулирующего сигнала 27

5.4 Условная ширина энергетического спектра модулирующего сигнала 28

5.5 Энергетический спектр модулированного сигнала 30

6 Канал связи. 32

6.1 Мощность шума 32

6.2 Пропускная способность канала 35

6.3 Эффективность использования пропускной способности канала 35

7 Демодулятор. 36

8 Декодер. 40

8.1 Обнаруживающая и исправляющая способность кода 40

8.2 Алгоритм обнаружения ошибок. 41

8.3 Вероятность необнаружения ошибки. 42

8.4 Метод определения наименее надежного символа 42

9 Фильтр-восстановитель 44

9.1 Частота среза 44

9.2 Идеальные амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики фильтра-восстановителя 44

9.3 Импульсная реакция идеального фильтра-восстановителя 46

10 Схема амплитудного модулятора 48

11 Принципиальная схема амплитудного демодулятора 50

12 Спутниковая система связи ИНМАРСАТ. 52

12.1 Техническая организация и принцип действия ИНМАРСАТ. 54

Заключение 59

Литература 60

ЗАДАНИЕ №7
на курсовой проект по дисциплине
«Теория электрической связи»

студенту гр. ТКВ-08

Тема курсового проекта

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.Исходные данные:

Параметр	Обозначение	Значение
Нижняя граница интервала значений сигнала a(t)	_,В	0,5
Верхняя граница интервала значений сигнала a(t)	_,В	9
Частота ограничения спектра сигнала a(t)	_,Гц	25·10³
Шаг квантования дискретизатора	, В	0,15
Номер квантования		45
Спектральная плотность средней мощности шума	_, В²/Гц	5,6·10^-7
Вид модуляции	ДАМ, ОФМ, и т.д.	АМ
Тип модулятора		Определить
Тип демодулятора		Когерентн.

Дата выдачи задания «___»____________20 г.

Студент ________________________

^{подпись}Дата представления работы руководителю «___»__________20 г.

Преподаватель __________________

^{подпись}

Введение

Данная курсовая работа посвящена расчету основных характеристик системы передачи сообщений и является важным практическим шагом на пути освоения курса теории электрической связи, а значит и на пути формирования технического образования студентов.

Структурная схема системы электросвязи

Требуется:

Составить структурную схему системы электросвязи и объяснить назначение ее отдельных элементов.

Структурная схема системы элекросвязи представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема системы электросвязи

На рисунке 1:

1. Источник сообщений - объект, передающий некое сообщение в виде сигнала ;

2. Дискретизатор – устройство, обеспечивающее дискретизацию сигнала по теореме Котельникова во времени;

3. Кодер – устройство, в котором последовательность элементов сообщения заменяется последовательностью кодовых символов;

4. Модулятор (передатчик) – устройство, в котором первичный сигнал преобразуется во вторичный сигнал пригодный для передачи по используемому каналу;

5. Линия связи - обеспечивает физический перенос сигнала на расстоянии по линии связи, внося в него при этом шумы и искажения;

6. Демодулятор (приемник) – обрабатывает принятое колебание и восстанавливает переданное сообщение;

7. Декодер – устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантованую последовательность отсчетов;

8. Фильтр-восстановитель – устройство, в котором восстанавливается непрерывное сообщение по квантованным значениям.

Каналом передачи называют совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу электрических сигналов с ограниченной мощностью и в ограниченной полосе частот (т.е. с ограниченной скоростью), электрическим сигналом (далее - сигнал) в общем смысле называется изменяющееся во времени и пространстве параметры электромагнитного поля. Поясним, что под модуляцией понимается процесс изменения тех или иных параметров одного сигнала под воздействием каких-либо параметров другого. В случае если в качестве передаваемого сигнала используется синусоидально изменяющееся напряжение или ток, его параметрами можно считать амплитуду и полную фазу, содержащую в себе частоту и начальную фазу.

Аналитически сигналы есть функции от времени и бывают дискретными и непрерывными или аналоговыми. Если сигнал как функция u(t) принимает только определенные дискретные значения u (например, 0 и 1), то он называется дискретным или, точнее, дискретным по состояниям. Если же сигнал может принимать любые значения в некотором интервале, то он называется аналоговым или непрерывным по состояниям. Под дискретным по времени сигналом необходимо понимать сигнал, заданный не на всей области значений времени, а только в определенные моменты t_и.

Поскольку заранее известный (детерминированный) сигнал не может нести информации, то все сигналы, рассматриваемые в данной работе являются случайными процессами.

Длительностью сигнала T_c будем считать интервал времени, в пределах которого он существует, его динамическим диапазоном D_c – отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. За ширину спектра сигнала F_c примем диапазон частот, в пределах которого сосредоточена основная его энергия. Отметим, также, что в технике связи спектр сигнала часто сознательно сокращают, т.к. аппаратура и линии связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот. Сокращение спектра осуществляется исходя из допустимых норм искажений сигнала. Так, например, в качестве частотного диапазона речевого сигнала в связи полагаем полосу от 300 Гц до 3,4 кГц.

Под термином сообщение мы будем понимать совокупность знаков (символов), содержащих ту или иную информацию, подлежащую передачи на расстояние.

Для непрерывных каналов связи характерно: во-первых, линейность – тогда выходной сигнал является суперпозицией передаваемого сигнала и помехи, во-вторых, наличие помех на выходе канала, даже если на его вход не поступает сигнал, в-третьих, сигнал при передаче по каналу связи претерпевает задержку по времени и затухание по уровню. В реальных каналах всегда имеют место искажения сигнала, обусловленные несовершенством характеристик канала и, нередко, изменением параметров канала во времени.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление в канале, когда передаваемый сигнал резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры.

Шум бывает аддитивным (зашумленный сигнал есть арифметическая сумма полезного сигнала и шума, существующего во времени постоянно) и мультипликативным (то же, только наличие шума в канале в каждый момент времени определяется случайным процессом). Среди аддитивных шумов особое место занимает флуктуационная помеха, имеющая нормальное (гауссово) распределение.

Источник сообщений

Требуется:

1. Записать аналитическое выражение и построить график одномерного закона распределения плотности вероятности мгновенных значений случайного процесса .

2. Найти математическое ожидание и дисперсию процесса .

2.1 Случайный процесс

Для непрерывных процессов распределение вероятностей в заданном сечении характеризуется одномерной плотностью вероятностей (ПВ), выражающей отношение вероятности того, что случайная величина примет значения в интервале , к величине интервала .

(1)

Вероятность того, что случайная величина примет значение в интервале , определяется выражением

(2)

Из условия нормировки для достоверного события имеем:

(3)

Пусть в нашем случае ПВ имеет вид прямоугольника.

ПВ при равномерном распределении на интервале изменяется по определенному закону и равна 0 вне этого интервала.

Высоту прямоугольника можно найти из условия нормировки.

(4)

Площадь прямоугольника равна

(5)

Откуда высота прямоугольника

(6)

(В^-1)

Получаем следующее аналитическое выражение для прямоугольного закона распределения вероятности:

График одномерного распределения ПВ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – График распределения

2.2 Числовые характеристики случайного процесса

Найдем числовые характеристики.

Числовой характеристикой случайной величины может служить момент -го порядка, определяемый как

(7)

Момент первого порядка называется математическим ожиданием и определяет среднее значение случайной величины:

(8)

Для нашего случая

(В)

Разность между случайной величиной и ее математическим ожиданием представляет собой отклонение случайной величины от среднего значения. Она называется центрированным значением случайной величины. Математическое ожидание квадрата этого отклонения называется дисперсией или центральным моментом второго порядка

(9)

Для нашего случая с учетом того, что В, получаем

(В²)

Дисперсия характеризует разброс случайной величины относительного ее среднего значения.

Стандартное (среднеквадратическое) отклонение

(10)

(В)

Дискретизатор

Передача информации от источника осуществляется по дискретной системе связи. Для этого сообщение в дискретизаторе квантуется по времени и по уровню равномерным шагом. Шаг квантования по уровню =0,1 B.

Требуется:

1. Определить шаг квантования по времени .

2. Определить число уровней квантования .

3. Рассчитать относительную мощность шума квантования, определив ее как отношение средней мощности шума квантования к средней мощности сигнала, то есть дисперсии .

4. Рассматривая дискретизатор, как дискретный источник информации с объемом алфавита , определить его энтропию и производительность (отсчеты, взятые через интервал Δt, считать независимыми).

Шаг квантования

Для точного представления произвольной непрерывной функции на конечном интервале времени необходимо располагать данными о мгновенных значениях (отсчетах) этой функции во всех точках интервала, то есть непрерывным множеством отсчетов, отстоящих друг от друга на бесконечно малые интервалы.

Операция замены непрерывной функции последовательностью отсчетов ее мгновенных значений называется дискретизацией.

Фундаментальное значение для решения многих задач теории передачи сигналов имеет теорема отсчетов Котельникова: непрерывная функция , не содержащая частот выше граничной , полностью определяется отсчетами мгновенных значений в точках, отстоящих друг от друга на интервалы . Интервал называется интервалом Котельникова.