TES_kursovoe_proektirovanie (2)

2

УДК 621.391.2(07)

Составители: И.В.Бессонов, Л.В.Литюк

Задание и методические рекомендации по курсовому проектированию по дисциплине “Теория электрической связи”. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. __ с.

Приведены индивидуальные задания и методические рекомендации по расчету системы радиосвязи в рамках курсового проектирования по дисциплине “Теория электрической связи”.

Ил. _. Библиогр.: _ назв.

Рецензент:

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основной задачей дисциплины "Теория электрической связи" (ТЭС) является изучение фундаментальных принципов анализа и синтеза систем и устройств передачи информации по разнообразным линиям и каналам связи.

Цель курсового проектирования – закрепление полученных теоретических знаний в ходе целенаправленной работы по реализации конкретного, ориентированного на практику, задания.

Курсовой проект выполняется студентами по индивидуальным заданиям, выдаваемым на первой неделе семестра.

Работа над курсовым проектом проходит исключительно самостоятельно в часы самостоятельной работы, предусмотренные учебным планом специальности при возможности еженедельных консультаций с преподавателем – руководителем проектирования.

1.ЗАДАНИЕ

1.1. Постановка задачи

Разработать структурную схему системы связи, предназначенной для передачи данных и передачи аналоговых сигналов методом ИКМ для заданного вида модуляции и способа приема сигналов. Рассчитать основные параметры системы связи. Обосновать и описать используемые методы преобразования информации.

1.2. Исходные данные

Источник дискретных сообщений имеет алфавит A={a1, a2, … aM} размерности M. Источник может иметь память глубиной r=1, в этом случае сообщения на его выходе описываются стационарной цепью Маркова с заданной матрицей переходных вероятностей P(ai|aj). Для источника без памяти задаются безусловные вероятности символов P(ai). Длительность одного символа на выходе источника задана и равна Tи , скорость передачи символов источником vи=1/ Tи .

Значения M, Tи , а так же матрица переходных вероятностей или безусловные вероятности символов выбираются из таблицы 1.1 в соответствии с вариантом. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке учебной группы. Отсутствие матрицы переходных вероятностей означает отсутствие памяти у источника.

Рассчитать энтропию и избыточность источника, разработать кодер источника, рассчитать длительность посылки на выходе кодера источника. Выбрать метод помехоустойчивого кодирования, рассчитать длительность посылки на выходе помехозащитного кодера.

дискретной модуляции и типе демодулятора обеспечивать требуемую среднюю вероятность ошибки на один символ (на входе демодулятора). Вид модуляции, тип демодулятора, вероятность ошибки, рабочая частота, дальность действия, коэффициенты усиления приемной и передающей антенных систем приведены в таблице 1.2.

Для всех вариантов помеху считать гауссовским белым шумом со спектральной плотностью мощности N0=10-18 Вт/Гц. Система работает в условиях прямой видимости между передающей и приемной антеннами, потери в среде распространения и переотражения отсутствуют.

Рассчитать зависимость вероятности ошибки от отношения сигнал/шум и мощности сигнала на входе демодулятора. Определить необходимую мощность сигнала. Рассчитать затухание сигнала в среде и требуемую минимальную мощность передатчика.

Рассмотреть возможность применения разработанной системы передачи дискретной информации для передачи аналоговых сообщений. Параметры аналогового источника для каждого варианта приведены в таблице 1.3. Там же приведено допустимое значение отношения средней мощности сигнала к мощности шумов квантования.

Рассчитать количество уровней квантования аналогового сигнала, длительность кодовой группы кодера ИКМ, частоту дискретизации аналогового сигнала, и ограничения на ширину его спектра.

5

6

Примечания к табл.1.2:

АМ – амплитудная манипуляция с пассивной паузой; ЧМ – частотная манипуляция с ортогональными сигналами;

ФМ – фазовая манипуляция с противоположными сигналами; ОФМ – относительная ФМ; К – когерентный демодулятор;

НК – некогерентный демодулятор.

Таблица 1.3 Параметры аналогового источника и требования к качеству передачи

1.3.Содержание работы

1.Анализ технического задания.

Дать определение системы связи. Классифицировать разрабатываемую систему.

2.Структурная схема системы связи.

Изобразить и описать структурную схему системы и назначение основных узлов. Предусмотреть два режима работы – передача данных от дискретного источника и передача аналоговых сигналов методом ИКМ. Включить в схему необходимые кодопреобразователи для помехоустойчивого или статистического кодирования [1, 2, 12].

3.Анализ информативности дискретного источника и его статистическое кодирование.

Дать определение количества информации и энтропии. Рассчитать энтропию и избыточность источника. Сделать выводы о необходимости статистического кодирования. Закодировать источник кодом Шеннона-Фано или кодом Хаффмана. Рассчитать и сравнить среднюю длину кодовой группы на один символ с энтропией источника. При расхождении более, чем на 5%, увеличить размер кодируемой группы символов источника и повторить разработку кода. Привести кодовое дерево и кодовую таблицу. Промоделировать кодирование на примере самостоятельно заданной типичной последовательности символов на выходе источника (не менее 20 символов). Промоделировать декодирование при отсутствии ошибок в канале и при наличии одиночной ошибки демодулятора примерно в середине принимаемого сообщения.

4.Анализ приемника. Расчет требуемой мощности сигнала на входе

приемника.

Дать определение оптимального приемника, привести и подробно описать алгоритм работы и его структурную схему [2, с. 117–138; 6, с. 37–52] для заданного вида модуляции и способа приема [1, 2, 7, 10]. Изобразить и описать сигналы на входе приемника и в его характерных точках. Изобразить спектр этих сигналов для случая модуляции прямоугольными импульсами со скважностью 2 [4].

Привести формулы для вероятности ошибки в идеальном приемнике полностью известного сигнала в самом общем виде (выразив ее через эквивалентную энергию) и затем формулы конкретно для трех видов модуляции.

Привести выражение для вероятности ошибки на выходе приемника для заданного вида модуляции и заданного способа приема, дать определение всех входящих в него величин [1, 2, 6]. Выразить из него отношение

(отношение сигнал/шум). Вычислить отношение сигнал/шум, мощность помехи, мощность сигнала на входе приемника для обеспечения заданной вероятности ошибки.

Рассчитать и построить зависимость вероятности ошибки от мощности сигнала (5–6 точек). Мощность сигнала изменять от 0 до такого значения, при котором получается настолько малая вероятность ошибки, что имеющихся таблиц не хватает для ее нахождения. Все вычисления данной зависимости свести в таблицу. На графике значения мощности сигнала откладывать в линейном масштабе, а значения вероятностей ошибок в логарифмическом. График располагать под осью абсцисс. Самая верхняя точка (начало координат) соответствует вероятности, равной единице. Чем меньше вероятность ошибки, тем ниже на оси ординат располагается соответствующее значение вероятности. На графике особо указать точку, соответствующую рассчитанной мощности сигнала Pc (это – мощность на входе демодулятора, после усиления сигнала высокочастотными усилителями приемника). Рекомендуется рассматривать вид графика зависимости вероятности ошибки по [5, с.57; 7, с. 123; 10, с. 150].

В приведенных выше расчетах вероятность ошибки учитывается без учета помехоустойчивого кодирования.

Привести сравнительный анализ помехоустойчивости заданного вида дискретной модуляции с остальными. Показать с помощью векторных диаграмм величину энергетического выигрыша при переходе от ДАМ к ДЧМ и ДФМ [2, 4, 5, 10].

Отметить, что потенциальную помехоустойчивость можно получить не только с помощью оптимального приемника Котельникова, но также с помощью любого когерентного приемника при условии использования в его схеме согласованного фильтра.

Описать сущность оптимальной фильтрации, как определяется отношение сигнал/помеха на выходе оптимального фильтра, как связаны комплексный коэффициент передачи оптимального фильтра и его импульсная характеристика с сигналом, для которого фильтр является оптимальным, какую форму сигнала и помехи (в общем виде) дает оптимальный фильтр на своем выходе.

Пояснить, почему оптимальный фильтр называется «согласованным», с чем согласуется оптимальный фильтр [1, 2,4, 10].

Привести схему оптимального фильтра, согласованного с прямоугольным импульсом и форму сигнала на выходе. Пояснить, какие меры применяются для устранения межсимвольной интерференции при применении согласованного фильтра.

Рассмотреть возможность замены оптимального приемника неоптимальным, оценить достоинства и недостатки такой замены.

5.Расчет пропускной способности дискретного канала.

9

Вычислить пропускную способность канала связи, считая его симметричным двоичным каналом без памяти, с учетом длительности посылок T и вероятности искажения посылок Pош [2, с. 97-103,107–112; 4,

с. 174–198].

Сравнить производительность заданного источника с пропускной способностью канала и сделать заключение о возможности или невозможности передачи информации по заданному каналу связи (если производительность источника выше пропускной способности канала связи, передача информации невозможна).

Проанализировать влияние кодирования источника на скорость передачи.

6.Расчет мощности передатчика.

7.Передача аналоговых сигналов методом ИКМ.

Подробно описать сущность ИКМ, сущность дискретизации и квантования сигналов. Определить число уровней квантования и разрядов применяемого двоичного кода по заданному отношению сигнал/шум квантования. Определить получившееся отношение мощности сигнала к мощности шума квантования и мощности шума ошибок в канале. Описать преимущества и недостатки ИКМ [1, с. 338–343; 2, с. 241–250].

8.Заключение.

Обсуждение полученных результатов. Пути совершенствования разработанной системы связи (применение более эффективных методов приема, оптимальной фильтрации, многоуровневых сигналов, большей разрядности сигналов ИКМ, нелинейного кодирования сигналов ИКМ, временного уплотнения сигналов связи).

9.Список использованных источников

2.МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

2.1.Структурная схема системы связи

Примерная схема симплексной одноканальной гибридной радиосистемы передачи информации приведена на рис.2.1.

[1, 2, 12].

10

Аналоговый источник Кодер ИКМ

сообщений