Обобщенная структурная схема телекоммуникационной системы передачи информации (ТКС). Назначение элементов.

Источник сообщения – это некоторый объект или система, информацию о состояние которой необходимо передать

ФНЧ – ограничивает спектр сигнала на верхней частоте F_B

Дискретизатор – представляет отклик ФНЧ в виде последовательности отсчетов х_k

Квантователь – преобразует отсчеты в квантовые уровни x_k⁽ⁿ⁾; k = 0, 1, 2…;

, где L- число уровней квантования.

Кодер – кодирует квантованные уровни двоичным безызбыточным кодом, т.е. формирует последовательность комбинаций ИКМ b_k⁽ⁿ⁾.

Модулятор – формирует сигнал, амплитуда, частота или фаза которого изменяются в соответствии с сигналом b_k⁽ⁿ⁾.

Выходное устройство ПДУ – осуществляет фильтрацию и усиление модулированного сигнала для предотвращения внеполосных излучений и обеспечения требуемого соотношения сигнал/шум на входе приемника. Линия связи – среда или технические сооружения по которым сигнал поступает от передатчика к приемнику. В линии связи на сигнал накладывается помеха.

Входное устройство ПРУ – осуществляет фильтрацию принятой смеси – сигнала и помехи.

Детектор – преобразует принятый сигнал в сигнал ИКМ .

Декодер – преобразует кодовые комбинации в импульсы

Интерполятор и ФНЧ восстанавливают непрерывный сигнал из импульсов – отсчетов.

Получатель – некоторый объект или система, которому передается информация.

 

5. АЦП(вариант \4\):

Аналого-цифровое преобразование(АЦП) осуществляется в три этапа. Вначале сообщение дискретизируется по времени, далее квантуется по уровню и затем квантованные уровни кодируются. В результате чего формируется сигнал импульсно-кодовой модуляции(ИКМ).

Теоретической основой дискретизации служит теорема Котельникова. Суть её в следующем: любая непрерывная функция x(t), ограниченная по спектру верхней частотой Fв, может быть точно представлена последовательностью своих отсчётов , взятых в моменты времени , кратные интервалу дискретизации . Отклик x(t) идеального ФНЧ удовлетворяет этой теореме. Поэтому его можно продискретизировать, т.е. преобразовать из аналоговой формы x(t) в дискретно-аналоговую { }, с частотой дискретизации .

Дискретизатор можно реализовать в виде перемножителя двух функций: непрерывного сообщения x(t) и периодической последовательности дискретизирующих импульсов .

Рис 2а

Отклик дискретизатора (заштрихованная последовательность импульсов)

Рис 2б

В момент импульсы на выходе дискретизатора могут принимать бесчисленное множество значений из ограниченного или неограниченного диапазона , называемого шкалой сообщения. В результате равномерного квантования с шагом этот диапазон разбивается на конечное число уровней квантования . На рисунке 2б и 2в показана процедура квантования для L=4. На экзамене нужно нарисовать для L=8!

Рис2в.

Шаг квантования можно рассчитать следующим образом:

Пороги квантования:

Уровни квантования:

Характеристика квантователя для L=8:

6. ЦАП(вариант \4\):

Цифро-аналоговое преобразование(ЦАП) позволяет на приёмном конце системы связи восстановить непрерывное сообщение по принятым двоичным комбинациям сигнала ИКМ. Это осуществляется с помощью следующих процедур:

а) детектирование – восстановления дискретных L-ичных уровней по

б) интерполяции

в) низкочастотной фильтрации

7. Сигналы, спектры на входе и выходе дискретизатора:

8. Сигналы на входе и выходе квантователя:

Сигнал на входе квантователя:

Сигнал на выходе квантователя:

9. Сигналы на входе и выходе восстанавливающего устройства:

10. Модель аналогового АМ сигнала:

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда

При АМ амплитуда несущего ВЧ колебания изменяется в соответствии с модулирующим НЧ сигналом.

(7.1)

Um - средняя амплитуда АМ сигнала.

- глубина (коэффициент) АМ.

Если модулирующий сигнал гармонический:

- модулирующая, низкая частота,

- несущая, высокая частота, то АМ сигнал принимает вид:

(7.2)

 

Временная диаграмма НЧ сигнала:

Uнч(t)

 

Рис.7.1

t

 

Временная диаграмма модулированного сигнала АМ:

u_АМ (t)

DU

Um t

 

Рис.7.2

 

В соответствии с временной диаграммой глубина амплитудной модуляции равна:

М_A=DU/Um. (7.3).
Определим спектр АМ сигнала, для чего раскроем скобки в выражении для АМ и представим произведение косинусов в виде косинуса суммы и разности углов:

(7.4)

 

Спектр модулирующего сигнала .

U

Рис.7.3

 

W w

Спектр АМ сигнала.

u U_m несущая

нижняя M_AU_m M_AU _m верхняя

боковая 2 2 боковая

w₀-W w₀ w₀+W w

Рис.7.4

- ширина спектра сигнала АМ – полоса частот, в пределах которой заключена основная доля энергии сигнала.

(7.5)

Боковые имеют высоту (амплитуду) не более половины несущей.

11. Модель аналогового ЧМ сигнала:

Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

а) — несущая частота, б) модулирующий сигнал, в) результат модуляции

При ЧМ частота ВЧ колебания (несущей) изменяется в соответствии с НЧ модулирующим сигналом.

w_чм (t) = w₀ + DwU_нч(t), где (9.1)

w_чм (t)- частота ЧМ сигнала;

w₀- среднее значение несущей частоты;

U_нч(t)-модулирующий сигнал;

Dw-девиация частоты, т.е. максимальное отклонение частоты от среднего значения.

Если модулирующий сигнал гармонический, т.е.

U_нч = cosWt,

то w_чм(t) = w₀ + DwсоsWt

а выражение для ЧМ сигнала имеет вид:

j_чм(t) =

U_чм(t) = U_mcos(w₀t+

M_ч - индекс ЧМ. (9.2)

U_чм(t) = U_mcos(w₀t+

Временная диаграмма модулирующего сигнала имеет вид:

Uнч(t)

 

Рис.9.1.

t

 

Временная диаграмма соответствующего ЧМ сигнала принимает вид:

 

Uчм(t)

Рис.9.

t

Как видно из рис.9.2, там, где модулирующий сигнал больше, там и частота ЧМ сигнала больше, а период колебаний меньше.

w_чм(t) = w₀ + DwcosWt

w_max = w₀ + Dw

w_min = w₀ - Dw

Амплитуда при ЧМ постоянна, меняется только частота.

Для получения спектра ЧМ сигнала разложим U_чм(t) в ряд Фурье.

U_чм(t) = U_mcos(w₀t+ = U_mÁ₀(M_ч)cosw₀t+ U_mÁ₁(M_ч)cos(w₀+W)t- U_mÁ₁(M_ч)cos(w₀W)t+U_mÁ₂(M_ч)cos(w₀+2W)t+U_mÁ₂(M_ч)cos(w₀2W)t+U_mÁ₃(M_ч)*cos(w₀+3W)t- U_mÁ₃(M_ч)cos(w₀-3W)t+¼

Á_k(M_ч) - функция Бесселя к-ого порядка.

Вид спектра зависит от М_ч.

Спектр ЧМ сигнала при М_ч<<1 (т.е. порядка 0,1; 0,05;¼)

u U_m несущая

нижняя M_чU_m M_чU _m верхняя

боковая 2 2 боковая

w₀-W w₀ w₀+W w

Рис.9.3.

При М_ч<<1 спектр ЧМ сигнала похож на спектр АМ сигнала (несущая, 2 боковых), но для ЧМ этот спектр приближенный. Все остальные боковые тоже есть, но они очень малы.

Спектр ЧМ сигнала при М_ч>1 выглядит так (Мч=5):

Полоса частот сигнала ЧМ.

П_чм @ 2W(М_ч+1)

М_ч<<1 П_чм @ 2W, (как при АМ)

М_ч>>1 П_чм @ 2WМ_ч = 2W 2Dw

Ширина спектра при Мч>>1 не зависит от модулирующей частоты. Это широкополосный сигнал.

Основные преимущества ЧМ, перед АМ — энергоэффективность и помехоустойчивость.

12. Модель аналогового ФМ сигнала:

Фа́зовая модуля́ция — один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазомодулированный сигнал имеет следующий вид:

,

где — огибающая сигнала; является модулирующим сигналом; -частота несущего сигнала; t — время.

Из спектра можно видеть, почти полное отсутствие несущей, что указывают на высокую энергоэффективность.
Недостаток данной модуляции в том, что ошибка в одном символе, может привести к некорректному приему всех последующих.

13. Параметры задания вашего варианта курсовой работы:

Исходные данные для расчетов приведены в таблице, где - мощность (дисперсия) сообщения, β – показатель затухания функции корреляции, L – число уровней квантования, G₀ – постоянная энергетического спектра шума НКС, h₀² – отношение сигнал – шум по мощности на входе детектора, ЧМ – частотная модуляция, НП – некогерентный прием.

 

ИС; АЦП; L=8	ПДУ	НКС	ПРУ	Функция корреляции сообщения BA(τ)
PA, B2	α, c-1	Способ передачи	Частота, МГц	G0, Вт.с	h02	Способ приёма	PAe- β│τ│,   β=α.103
f0	f1
1.5		ЧМ	1.1	1.25	0.0010	8.5	НП

14. Спектр прямоугольного видеоимпульса:

Представление о спектре одиночного импульса можно получить на основе следующих рассуждений. Чем больше период импульсов, тем ближе друг к другу находятся гармонические компоненты в спектре сигнала. Если период стремится к бесконечности, то интервал между частотами составляющих стремится к нулю и спектр превращается в сплошной.

15. Спектр периодической последовательности прямоугольных видеоимпульсов:

Спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов имеет сложную структуру. Спектр является дискретным, его компоненты имеют частоты, кратные основной частоте повторения импульсов. В начале координат находится постоянная составляющая последовательности импульсов. Огибающая амплитуд имеет вид функции типа Sinc, точка первого нуля которой располагается на частоте, обратной длительности импульса.

16. Преимущества и недостатки ИКМ:

17. Приём ИКМ методом однократного отсчёта:

Cухоруков 1 часть стр.24-25

18. Регенерация сигнала ИКМ, вероятности P(1/0) и P(0/1):

Под действием помех в канале связи решающее устройство(РУ) может ошибаться. Ошибочные решения бывают двух типов: переход 0 в 1(передавался 0, но РУ выдал 1), характеризующийся условной вероятностью ошибки P(1/0); Переход 1 в 0, характеризующийся условной вероятностью ошибки P(0/1);

Сухоруков 1 часть стр.24-26

19. Вероятность ошибки при регенерации сигнала ИКМ:

20. Оптимальные параметры регенерации ИКМ:

21. Основные характеристики работы ТКС:

22-24. Характеристики ЦФ:

К основным характеристикам ЦФ относятся: импульсная реакция, переходная функция, передаточная функция и связанная с ней амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики.

Импульсной реакцией ЦФ называется отклик фильтра на входное воздействие в виде единичного импульса: .

Переходной функцией ЦФ называется отклик фильтра на входное воздействие в виде дискретной функции единичного скачка: .

Переходная функция и импульсная реакция ЦФ связаны соотношением: .

Передаточная функция ЦФ определяется отношением Z-преобразований отклика и входного воздействия K(Z)=Y(Z)/H(Z), где K(Z), Y(Z), H(Z) – функции комплексной переменной.

.

Связь с временными последовательностями прямым Z-преобразованием

где X(Z) –либо K(Z), Y(Z), X(Z), а x(n) - .

Окончательное ур-е передаточной фун-ии ЦФ.

Корни числителя – нули передаточной функции. Корни знаменателя – полюса передаточной функции.

Обратное Z-преобразование.

Для определения АЧХ и ФЧХ нужно сделать замену:

25. Устойчивость ЦФ:

26. Оптимальный приёмник двоичных сигналов:

АЛГОРИТМЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЁМА(для ознакомления):

27. Оптимальный корреляционный приёмник: