Приложение к блоку «Декодер»(ДК) 1 глава

Федеральное агенство связи

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗРВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф М.А. Бонч - Бруевича

ФАКУЛЬТЕТ ДНЕВНОГО, ВЕЧЕРНЕГО ОБУЧЕНИЯ

Куликов Л.Н., Чесноков М.Н.

ТЕОРИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Учебное пособие

Санкт – Петербург

УДК 621.391

ББК 388 – 01

К 90

Рецензент:

Доктор технических наук, профессор

Р.Р. Биккенин

Кандидат технических наук, доцент

Д.Л.Бураченко

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Предназначено для студентов, изучающих курс «Теории электрической связи», для организации и проведения курсовой работы по дисциплине ТЭС.

Может быть использовано для самостоятельной работы студентов при изучении теоретического материала курса ТЭС ч. 2.

При выполнении курсовой работы по специальностям 200900, 201000, 201100 студенты знакомятся с основными этапами расчета системы связи, предназначенной для передачи непрерывных сообщений.

Материал учебного пособия соответствует действующей программе по курсу ТЭС.

Куликов Л.Н., Чесноков М.Н.,2011

ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича», 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Общие указания и правила оформления курсовой работы. 3

Задание и исходные данные. 5

Источник сообщения. 6

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). 7

Кодер (К). 8,

Формирователь модулирующих символов (ФМС) или 9,

(преобразователь последовательного кода в параллельный код).

Модулятор (М) – Перемножители, инвертор, сумматор. 10

Непрерывный канал.

Демодулятор (ДМ). 10

Декодер (ДК). 11

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Получатель сообщения (ПС).

Приложения:

П0 - Источник сообщений. 12

П1 - АЦП. 12

П2 – Кодер 13 П3– СТС. 15

П4 – ФМС (преобразователь последовательного кода 24

в параллельный код)

П5 – Модулятор: - Перемножители, инвертор, сумматор. 31

П6 – Демодулятор (ДМ), преобразователь параллельного кода в 40

последовательный код.

П7 – Декодер (ДК). 42

П8 – ЦАП, получатель сообщений, помехоустойчивость системы.

Литература.

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ И ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ.

Курсовая работа по ТЭС посвящена изучению современных цифровых систем связи и ориентирована на использовании новых теоретических и практических достижений в области цифровой связи.

На примере конкретных систем связи студенты получают практические результаты (в основном расчетного характера) по разделам курса ТЭС:

- вероятностные характеристики случайных процессов (математическое ожидание, дисперсия, корреляционные функции и спектральные плотности мощности сигналов на выходах разных блоков системы связи);

- дискретизация и восстановление непрерывных (аналоговых) сигналов;

- сверточное помехоустойчивое кодирование и декодирование на основе алгоритма Витерби;

- перемежение и деперемежение информационных символов, как способ борьбы с импульсными помехами, которые приводят к появлению пакетов ошибок. Устройства, выполняющие операции перемежения и деперемежения, превращают пакет ошибок, практически, в одиночные ошибки, равномерно распределенные вдоль информационной последовательности, и простые помехоустойчивые коды, например, сверточные легко устраняют эти ошибки;

- методы квадратурной модуляции и демодуляции;

- рассматривается использование сигналов со спектром в форме «приподнятого косинуса», как способ преодоления межсимвольной помехи.

 

При оформлении курсовой работы следует придерживаться следующих правил:

1. На титульном листе КР необходимо привести название учебного

заведения, кафедры, учебной дисциплины, группы, фамилию И.О., номер зачетной книжки.

2. Содержание работы излагать последовательно по отдельным

функциональным узлам системы связи (от входа к выходу), описывая их функцию, приводя расчетные задания, необходимые схемы и таблицы.

3. Графики полученных зависимостей следует приводить с

указанием масштабов и размерностей по осям координат.

 

ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ И ЗАДАНИЕ.

Изучить и разработать цифровую систему связи, оптимальную в отношении помех:

- флуктуационной помехи.

 

ЗАДАНИЕ

1. Изобразить структурную схему цифровой системы связи.

2. Пояснить назначение всех блоков цифровой системы связи.

3. Рассчитать основные характеристики системы передачи цифровой информации.

Система связи предназначена для передачи аналоговых сообщений по цифровому каналу связи. Структурная схема представлена на рис. 1.

Рис. 1 Структурная схема системы цифровой связи.

 

Назначение блоков цифровой системы связи:

1. Источник сообщений (ИС);

2. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

3. Кодер (К);

4. Формирователь модулирующих символов (ФМС) или преобразователь последовательного кода в параллельный код;

5. Перемножители ПМ1,ПМ2;

6. Фазовращатель;

7. Генератор гармонических колебаний;

8. Инвертор

9. Сумматор;

10. Непрерывный канал (НК);

11. Демодулятор (ДМ); `

12. Преобразователь параллельного кода в последовательный код;

13. Декодер (ДК);

14. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

15. Получатель сообщений (ПС).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номер выполняемого варианта определяется двумя последними

цифрами в номере зачетной книжки студента (например, если номер зачетной книжки равен № 037071, тогда =71).

Используя параметр , внести свои данные в таблицу 1.

 

Таблица 1.

Предельные уровни аналогового сигнала , (В)	(В)	Внести в таблицу свои данные
(В)
Верхняя частота спектра аналогового сигнала	(Гц)	(Гц)
Заданный уровень квантования
Спектральная плотность мощности флуктуационной помехи
1 33
34 66
67 99
- номер варианта импульсной помехи
№ вида модуляции	Вид модуляции	Вид модуляции по mod 3
	КФМ-4
	КАМ-16

 

Номер вида модуляции определяется делением номера варианта по модулю 3. Например, если вариант , то число равно остатку

от деления числа 71 на 3, то есть - остаток 2. Значит вид модуляции

КАМ-16. Кодирование и декодирование – сверточное. При осуществлении операций кодирования и декодирования на основе алгоритма Витерби рекомендуется использовать учебное пособие [7].

 

ИСТОЧНИК СООБЩЕНИЯ (ИС).

Источник сообщения 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.

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.

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (АЦП).

АЦП преобразует реализации аналогового (непрерывного) сообщения в цифровую форму, в поток двоичных символов: нулей и единиц, то есть в последовательность прямоугольных импульсов, где «0» имеет нулевое напряжение, а «1» - прямоугольный импульс положительной полярности. Амплитуда импульсов равна единице.

Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется в три этапа.

На первом этапе производится дискретизация реализации сообщения по времени. В моменты времени берутся непрерывные по уровню отсчеты мгновенных значений реализации . Расстояние

между отсчетами равно интервалу , величина которого определяется в соответствии с теоремой Котельникова .

На втором этапе выполняется квантование точных отсчетов по уровню. Для этого интервал равный разности - разбивается на уровни квантования с постоянным шагом . Уровни квантования нумеруются целыми числами . Нумерация уровней начинается с уровня, которому соответствует значение и заканчивается на уровне, которому соответствует значение . Обычно величина шага квантования выбирается так, чтобы число уровней квантования можно представить в виде , где - целое число.

Каждый аналоговый отсчет заменяется значением ближайшего к нему уровня квантования в виде целого числа, удовлетворяющего неравенству . Получаем квантованный отсчет в виде целого числа в десятичной форме счисления.

На третьем этапе число в десятичной форме переводится в двоичную форму счисления в виде последовательности двоичных символов и на выходе АЦП появляется сигнал в виде двоичной цифровой последовательности информационных символов (ИС).

 

Требуется:

1. Рассчитать интервал дискретизации для получения непрерывных отсчетов реализации , ,

2. Определить число уровней квантования .

3. Рассчитать мощность шума квантования и сравнить ее с мощностью непрерывного сообщения .

4. Найти минимальное число двоичных разрядов, требуемое для записи в двоичной форме любого номера из номеров уровней квантования.

5. Записать - разрядное двоичное число, соответствующее заданному уровню квантования .

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

 

КОДЕР (К)

Используется помехоустойчивый сверточный код. Структурная схема сверточного кодера представлена на рис. 1 стр.5 [7].

Требуется:

1.Изобразить структурную схему кодера.

2. Определить параметры используемого сверточного кодера:

- степень кодирования;

- длину кодового ограничения;

- векторы связи и ;

- импульсную характеристику *);

- кодовое расстояние .

3. Изобразить решетчатую диаграмму сверточного кодера от момента времени до момента времени . Решетчатая диаграмма строится аналогично диаграмме на рис. 9 стр.21 [7].

 

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

*) В [Л.7] импульсная характеристика обозначена , а в КР используем обозначение .

По решетчатой диаграмме сверточного кодера определить последовательность КС на выходе кодера при условии, когда на вход кодера поступает 9-ти разрядная двоичная последовательность ИС, соответствующая заданному уровню квантования (п.5 раздела АЦП).

На решетчатой диаграмме кодера отметить путь, соответствующий полученным КС (П2 «Кодер» таблица 1а).

 

ФОРМИРОВАТЕЛЬ МОДУЛИРУЮЩИХ СИМВОЛОВ (ФМС)

или преобразователь последовательного кода в параллельный код.

Требуется:

1. Изобразить сигнальное созвездие для заданного вида модуляции.

2. Изобразить график реализации случайного процесса

с выхода блока сверточного кодера (К) на входе блока ФМС на первых 16-ти бинарных интервалах длительностью . Написать аналитическое выражение для случайного процесса .

3. В соответствии с сигнальным созвездием модулятора КАМ16 или

КФМ4 изобразить графики реализаций и на выходе блока ФМС случайных процессов и на символьных интервалах длительностью для входной реализации . Написать аналитические выражения для случайных процессов и .

4. Написать аналитические выражения для корреляционной функции

и спектральной плотности мощности входного случайного процесса и построить графики этих функций.

5. Написать аналитические выражения для корреляционных функций

и , спектральных плотностей мощности и случайных процессов и . Построить графики этих функций.

6. Сравнить графики корреляционных функций и спектральных

плотностей мощности сигналов на входе и выходе блока ФМС. Привести краткое описание результатов сравнения и, используя общие положения теории преобразования Фурье, пояснить, почему спектр выходных сигналов уже спектра входного сигнала

 

МОДУЛЯТОР

блоки перемножителей, инвертор и сумматор.

 

В состав модулятора входят блоки - перемножители, инвертор и сумматор, на выходе которого получаем сигнал заданного вида модуляции КАМ16 или КФМ4.

Требуется:

По аналогии с графиками на рис. 4 (Приложения модулятора П5)

построить графики для своего варианта КР.

1. Аналогично рис. 4 г, д на четырех символьных интервалах

() построить графики гармонических колебаний и . При этом на символьном интервале длительностью укладывается два периода частоты .

2. На этих же интервалах нарисовать графики сигналов

; и по аналогии с рис. 4 е,ж,з приложения П5.

3. На этих же интервалах изобразить сигнал заданной

квадратурной модуляции на выходе сумматора и представить в квазигармонической форме аналогично рис. 4и. Выделить из полученной суммы четыре слагаемых с номерами и изобразить график сигнала заданной квадратурной модуляции для этих слагаемых. Фазы определять по сигнальному созвездию.

4. Написать аналитические выражения для корреляционных функций , для случайных сигналов и на выходах перемножителей, где - случайная фаза с равномерной плотностью вероятности на интервале . Случайная фаза не зависит от случайных процессов и .

5. Написать аналитические выражения для корреляционной функции сигнала и для спектральной плотности мощности сигнала заданного вида квадратурной модуляции на выходе сумматора. Построить графики этих функций.

 

ДЕМОДУЛЯТОР

и преобразователь параллельного кода в последовательный код.

 

Требуется:

1. Изобразить структурную схему когерентного демодулятора

оптимального по критерию максимального правдоподобия для заданного сигнала квадратурной модуляции*).

2. Написать алгоритмы работы решающих устройств РУ1 и РУ2 в составе когерентного демодулятора.

 

-----------------------------------------------------------------------------------------------

*) В приложении П6 к блоку ДМ дается обоснование структурной схемы демодулятора для КАМ-16. Для варианта КФМ-4 разобраться в материале для КАМ-16 и самостоятельно составить и нарисовать структурную схему демодулятора для КФМ-4.

 

3. Определить вероятности ошибок на выходах РУ1 и РУ2 при определении

значений символов и равных , где - обозначение вероятности ошибочного приема, если .

= = = ;

= = = ;