Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Июня 2013 в 11:20, курсовая работа
Главными задачами курсовой работы являются:
-изучить фундаментальные закономерности, связанные с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием в радиотехнических устройствах;
-закрепление навыков и формирование умений по математическому описанию сигналов, определению их вероятностных и числовых характеристик;
-научиться выбирать математический аппарат для решения конкретных научных и технических задач в области связи; видеть тесную связь математического описания с физической стороной рассматриваемого явления.
Введение…………………………………………………………………3
Задание…………………………………………………………………..5
Исходные данные……………………………………………………….5
Структурная схема системы связи…………………………………….7
Структурная схема приемника……………………………………….10
Принятие решения приемником по одному отсчету………………..11
Вероятность ошибки на выходе приемника…………………………15
Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении оптимального приемника……………………………………………………………...16
Максимально возможная помехоустойчивость при заданном виде сигнала………………………………………………………………….16
Принятие решения приемником по трем независимым отсчетам…17
Вероятность ошибки при использовании метода синхронного накопления……………………………………………………………..18
Применение импульсно-кодовой модуляции для передачи аналоговых сигналов…………………………………………………..19
Использование сложных сигналов и согласованного фильтра…….21
Импульсная характеристика согласованного фильтра……………...23
Схема согласованного фильтра для приема сложных сигналов. Форма сигналов на выходе согласованного фильтра при передаче символов "1" и "0"……………………………………………………..23
Оптимальные пороги решающего устройства при синхронном и асинхронном способах принятия решения при приеме сложных сигналов согласованным фильтром………………………………….28
Энергетический выигрыш при применении согласованного фильтра.
Вероятность ошибки на выходе приемника при применени сложных сигналов и согласованного фильтра………………………………….31
Пропускная способность разработанной системы связи…………...32
Заключение…………………………………………………………….33
Приложение. Расчет исходных данных для заданного варианта работы…………………………………………………………………..34
Список литературы……………………………………………………35
Непрерывное сообщение дискретизируется по времени через интервалы Dt, полученные отсчеты мгновенных значений квантуются, затем полученная последовательность квантованных значений непрерывного сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности кодовых комбинаций. Чаще всего кодирование сводится к записи номера уровня в двоичной системе счисления. При импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) передача отдельных значений сигнала сводится к передаче определенных групп импульсов. Эти группы передаются друг за другом через относительно большие промежутки времени по сравнению с длительностью отдельных импульсов.
При цифровой системе передачи непрерывных сообщений повышается помехоустойчивость системы, что позволяет осуществить практически неограниченную по длительности связь при использовании каналов сравнительно невысокого качества. Возможность приведения всех видов передаваемой информации к цифровой форме позволяет осуществить интеграцию систем передачи и систем коммуникации, а также расширить область использования вычислительной техники при построении аппаратуры связи и единой автоматизированной сети связи.
Основным недостатком является то, что преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму в системах ИКМ сопровождается округлением мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Возникающая при этом погрешность преобразования является неустранимой, но контролируемой (так как не превышает шага квантования). Также требуется высокая скорость модуляции по сравнению с НЧ передаваемым сообщением. И как следствие требуется широкая полоса пропускания, в n раз больше чем при аналоговой передаче (АИМ или АМ). В такой системе присутствуют шумы квантования. Шум квантования обусловлен дискретизацией сигнала по уровню и округлением значения.
Рассчитаем мощность шума квантования для случая поступления на вход приёмника сигнала с максимальной амплитудой.
непрерывное сообщение;
погрешность квантования (шум квантования);
- функция квантованных отсчетов (после фильтрации);
П = 2,6- пик-фактор входного сигнала;
n = 11- число разрядов двоичного кода (при передаче сигналов методом ИКМ);
L=2n=29=512 - число уровней квантования;
bmax =5,3 В - максимальная амплитуда аналогового сигнала на входе АЦП;
Δb=(bmax-bmin)/(L-1)=(5,3-(-5,
Средняя мощность шума квантования равна:
ε2(t)=Δb2/12=0,021²/12=3,58*10
Мощность сигнала равна:
b2(t)= bmax2/П2=5,3²/2,6²=4,16 Вт;
Отношение сигнал/шум можно рассчитать по формуле:
hкв²= b2(t)/ε2(t)=4,16/(3,58*10-5)=
hкв=340,88.
Верность квантованного
Использование сложных сигналов и согласованного фильтра.
Считаем, что символы "1" и "0" передаются сложными сигналами S1(t) и S2(t) (с большой базой), которые представляют собой последовательности прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительности Т (прием этих сигналов осуществляется с помощью согласованного фильтра).
Решение проблемы повышения помехозащищённости систем связи и управления достигается использованием различных методов и средств, в том числе и сигналов сложной формы (с большой базой). Широкое практическое применение получили сложные сигналы на основе дискретных кодовых последовательностей, которые представляют собой последовательности символов длительностью Т, принимающих одно из двух значений: +1 или –1. Такие сигналы легко формируются и обрабатываются с использованием элементов цифровой и вычислительной техники.
Сложные сигналы должны удовлетворять ряду требований для достижения наибольшей достоверности их приёма:
а) корреляционная функция должна содержать значительный максимум (пик);
б) взаимная корреляционная функция (ВКФ) любой пары сигналов из используемого ансамбля, определяющая степень их ортогональности, должна быть близка к нулю.
Достоинства и недостатки такие же, как у ИКМ сигналов.
Влияние помехи в линии связи на передаваемый сигнал будет проявляться в изменении знака (полярности) элемента дискретного сигнала, т. е. в переходах вида 1 ® -1 и -1 ® 1. При приёме с помощью согласованного фильтра это будет приводить к изменению формы сигнала на его выходе – уменьшению основного лепестка, увеличению боковых выбросов и, следовательно, к снижению помехоустойчивости приёма.
Использование для передачи сложных сигналов обеспечивает эффективную защиту от импульсных, а иногда и от сосредоточенных помех.
Согласованный фильтр для дискретных последовательностей может быть реализован в виде линии задержки с отводами (с общим временем задержки, равным длительности сигнала Тс ), фазовращателей (инверторов) в отводах и суммирующей схемы, на выходе которой возникает импульс, равный сумме амплитуд всех элементов сигнала. При применении в демодуляторе приемника согласованных фильтров в сочетании с когерентным способом приема можно добиться потенциальной помехоустойчивости.
Изобразим форму заданных сигналов при передаче по каналу связи символов "1" и ''0'' в предположении, что и S2(t) = -S1(t), при этом длительность каждого из сигналов равна nT, где n - число элементов сложного сигнала.
При передаче "1" форма сложного сигнала имеет вид:
S1(t)=[1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,
S1(t)
При передаче символа «0» используется инвертированный сигнал, который имеет вид:
S2(t)=[-1,1,1,-1,-1,1,1,1,-1,
Импульсная характеристика согласованного фильтра.
Импульсная характеристика – это реакция цепи на воздействие единичной импульсной функции.
Для согласованного фильтра импульсная характеристика есть зеркальное отображение сигнала, с которым он согласован и сдвинутым на время t0=Т:
, где
График импульсной характеристики
фильтра g(t), согласованного с S1(t)=[1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,
g(t)
Схема согласованного фильтра для приема сложных сигналов.
Вход
Перемно-
жители.
Согласованный фильтр для дискретных последовательностей может быть реализован в виде линии задержки с отводами (с общим временем задержки, равным длительности сигнала Тс ), фазовращателей (инверторов) в отводах и суммирующей схемы, на выходе которой возникает импульс, равный сумме амплитуд всех элементов сигнала.
Устройства, реализующие согласованную фильтрацию дискретных сигналов, могут быть выполнены также и на основе регистра сдвига с количеством разрядов, равным количеству элементов в кодовой последовательности сигнала.
Формирование сигнала на его выходе происходит следующим образом. На вход перемножителей поступает принимаемая последовательность с разрядов регистра сдвига и опорная последовательность, совпадающая по виду с импульсной характеристикой входного сигнала с эталонного регистра. Сигналы с выходов всех разрядов перемножителей поступают на сумматор. Очевидно, что максимальный отклик на выходе сумматора будет наблюдаться тогда, когда кодовая последовательность полностью будет введена в регистр сдвига, т. е. в момент окончания входного сигнала.
Сигнал на выходе сумматора будет иметь вид ступенчатой функции. После сумматора может быть установлен интегратор, например, простейшая RC-цепочка для ’’сглаживания’’ сигнала.
Таким образом, схема представляет собой линейный фильтр, называемый трансверсальным.
Форма сигналов на выходе согласованного фильтра при передаче символов "1" и "0".
На выходе согласованного фильтра под действием сигнала получаем функцию корреляции сигнала, а под действием помехи (последовательности произвольного вида) функцию взаимной корреляции сигнала и помехи. Если на входе фильтра только помеха (без сигнала), на выходе получаем только функцию взаимной корреляции помехи и сигнала, с которым, фильтр согласован (это будет приводить к изменению формы сигнала на его выходе – уменьшению основного лепестка, увеличению боковых выбросов). Если на вход согласованного фильтра поступает флуктуационная помеха, то теоретически функция взаимной корреляции должна быть равна нулю, так как сигнал и помеха являются независимыми функциями времени. Однако на практике функция взаимной корреляции не равна нулю, так как при вычислении функции взаимной корреляции требуется бесконечно большое время интегрирования. В нашем же случае интегрирование ведется за время, равное Т . Для того чтобы получить форму сигнала на выходе необходимо сдвинуть функцию корреляции на интервал времени равный Т. Причём сигнал на выходе соответствующий передаваемому символу “0” будет прямым отображением сигнала y1 относительно оси времени, так как y1 =- y2 .
Форма сигнала на выходе
S1(ti)=[1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,
g(ti)=[1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,
yi - сигнал на выходе согласованного фильтра.
Т-период сложного сигнала.
Форма полезного сигнала на выходе фильтра при передаче символа "1".
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
yi |
|
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 | |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
11 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
-2 | |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
-3 | ||
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-2 | |||
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
3 | ||||
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
0 | |||||
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 | ||||||
1 |
-1 |
-1 |
1 |
0 | |||||||
1 |
-1 |
-1 |
1 | ||||||||
1 |
-1 |
-2 | |||||||||
1 |
1 | ||||||||||
0 |
Сигнал на выходе фильтра при передаче символа "1":
y(ti) = (0,1,-2,1,0,-1,0,3,-2,-3,-2,
Форма сигнала на выходе фильтра при передаче на вход фильтра (в паузе) непрерывной последовательности знакопеременных символов ...101010...
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
Yi |
|
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 | |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
11 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-10 | |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
9 | ||
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-8 | |||
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
7 | ||||
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-6 | |||||
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
5 | ||||||
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-4 | |||||||
1 |
-1 |
1 |
3 | ||||||||
1 |
-1 |
-2 | |||||||||
1 |
1 | ||||||||||
0 |