Система стиснення і ущільнення каналів

Зміст

ВСТУП

ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСТОТИ ОПИТУВАННЯ

Квантователь

АДАПТИВНОЇ Комутація.

СТРУКТУРНА СХЕМА І ОПИС СИСТЕМИ УЩІЛЬНЕННЯ

СТРУКТУРА ГРУПОВОГО СИГНАЛУ

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Визначення частоти опитування

У нашому випадку спектр сигналу гауссовский. З [2] за моделлю № 4 сигналу з гауссовских спектром (рис. 1) визначаємо частоту опитування F _0. За завданням на проект, показник вірності g еф = 0.7%, а ширина спектру сигналу D f = 300 Гц. Застосуємо цю модель до інтерполяції за Лагранжа при n = 1,2,3, використовуючи також наступні співвідношення:

Частоту опитування визначимо за формулою: , I = 1,2,3.

Тепер проаналізуємо отримані результати. Частота опитування F ₀₂ має істотний виграш в порівнянні з F ₀₁ і програє частоті F _03, так як більше від неї. Але виберемо F _02, так як при реалізації на цій частоті забезпечується задану якість і апаратна складність менше, ніж при F _03.

Квантователь

Нерівномірний квантування дозволяє отримати постійне відношення сигнал / шум в досить широкому діапазоні вхідного сигналу в порівнянні з рівномірним квантуванням (рис.2).

За технічним завданням у цій роботі заданий квантователь АІКМ. Можливі такі реалізації:

1. З адаптацією по входу:

а) Зі змінним кроком квантування

б) Зі змінним коефіцієнтом посилення

2. З адаптацією по виходу:

а) Зі змінним кроком квантування

б) Зі змінним коефіцієнтом посилення

Головним недоліком систем з адаптацією по виходу є необхідність передавати по каналу зв'язку ще або коефіцієнт посилення, або крок квантування. Тому будемо використовувати адаптацію щодо виходу зі змінним коефіцієнтом підсилення, її простіше реалізувати апаратно.

Структурна схема виглядає наступним чином:

Квант - квантователь, Код - кодер, Адапт - адаптація, декоди - декодер, ЛЗ - лінія зв'язку

Дискретизація вхідного сигналу здійснюється за вихідним квантованного сигналом або за послідовності кодових слів.

Недоліком даної схеми є висока чутливість до помилок у кодових словах. Ці помилки ведуть до неправильного встановлення коефіцієнта підсилення.

Дослідження цієї схеми показало, що в порівнянні з - Квантователь досягається виграш не менш 5 дБ при тому ж динамічному діапазоні сигналу. Але цей виграш залежить від ФПВ сигналу і від його динамічного діапазону.

Розрахуємо скільки потрібно розрядів, для того щоб виконати умову відносини сигнал / шум рівним 35дБ. Уявімо квантованих сигнал у вигляді:

, Де е (n) - ​​шум квантування.

Надалі припускаємо що шум квантування є стаціонарним білим шумом, некоррелірованнимі з вхідним сигналом і мають рівномірний розподіл в інтервалі в цьому випадку дисперсія шумів квантування:

Для рівномірної ФПВ дисперсія становить: , Т.к

Крок квантування визначається за формулою: ;

Відношення С / Ш квантування визначається за формулою:

АІКМ дає перевагу в порівнянні з рівномірним квантователь близько 3 дб. Величина виграшу залежить від величини кореляції між відліками.

Отже розрядність квантователя В визначається як:

q -6 = 6В +4,8 В =

За завданням на курсовий проект ЗСШ q = 35дб, отже

В = Візьмемо У = 4

Адаптивна комутація

Адаптивна комутація представляє собою спосіб зменшення частоти опитування датчиків у відповідності зі швидкістю зміни вхідного сигналу. Черговість передачі інформації від різних датчиків може проводитися з такими характеристиками:

1. Найбільша біжуча похибка апроксимації.

2. Екстремальне значення вхідних сигналів і їх похідних

3. Відхилення параметрів від норми.

Система дозволяє враховувати пріоритет окремих повідомлень по відношенню до джерел, а так само передавати інформацію в каналах зв'язку в реальних масштабах часу. У даній системі проводитися попереднє опитування всіх каналів, виявляється канал з найбільшою похибкою апроксимації та інформація цього каналу надходить в лінію зв'язку. Узагальнена структурна схема системи (рис. 4)

K 1

Д1 П П А А Ц П Б З

K _N

Д _N П П А

Г І А П

Рис. 4

ГІ - генератор імпульсів; ППА - перетворювач похибки апроксимації; АП - аналізатор перешкод; БС - блок зчитування; К - ключ

У кожному каналі є перетворювач похибки апроксимації (ППОС). Аналізатор похибки (АП), шляхом послідовного опитування ППОС, виділяє канал з найбільшою похибкою апроксимації і відкриває ключ цього каналу. Після АЦП сигнал у паралельному коді надходить до блоку зчитування (БС) куди надходить і адресу каналу. У БС проводитися перетворення паралельного коду в послідовний. Після видачі сигналу в лінію зв'язку з БС, в АП надходить сигнал «кінець» і спрацьовує АП. Потім все повторюється знову.

Розглянемо можливості побудови блоку аналізатора перешкод. Відомо паралельне, послідовне і паралельно-послідовне побудова блоку АП. Найбільшим швидкодією володіє схема АП при паралельному аналізі похибки. (Мал. 5)

Д1

П П А

Д _N М К А Ц П Б З

З

П П А

З

Г Т І

В М З

Рис. 5

С - сигнал зчитування; З - сигнал заборони; МК - мультиплексор; ВМС - виявітель максимального сигналу; ГТВ - генератор тактових імпульсів.

Сигнали від датчиків надходять на входи ППА і мультиплексора. Мультиплексор знаходитися в закритому стані і відкривається з надходженням тактових імпульсів з генератора тактових імпульсів (ГТВ). Мультиплексор - це пристрій, призначений для передачі сигналу з будь-якого із входів на одну загальну вихідну шину. Вхід, з якого сигнал надходить на вихід, вибирається в залежності від виду паралельного двійкового коду, який подається на входи. Сигнали з виходу ППОС аналізуються в блоці ВМС, який представляє собою схему порівняння на n входів. На виході ВМС формується паралельний двійковий код, що відповідає номеру каналу з найбільшою похибкою апроксимації. При вступі на МК тактового імпульсу з ГТВ на вихід проходить сигнал каналу двійковий код номери якого впливав на керуючі входи МК. Сигнал датчика і адресу каналу в паралельній формі записуються в БС. При надходженні імпульсів зчитування із ГТВ відбувається перетворення паралельного коду в послідовний, і сигнал передається в лінію зв'язку.

Найбільш оптимальна [1] за програмно-апаратним витрат є АІКМ4 яку і візьмемо. Алгоритм обчислення якої:

Розглянемо найпростішу схему виділення максимального сигналу з використанням діодних зборок, тобто діодних схем «І» та операційних підсилювачів, вихідний сигнал яких є двійковим кодом каналу з максимальною погрішністю апроксимації. Використання діодних зборок засноване на тому, що між операціями алгебри логіки та операціями виділення максимуму і мінімуму існує певна аналогія:

Для отримання на виході на виході схеми виділення максимального сигналу, що відповідає коду необхідно на виходи цієї схеми підключити по певним правилам до інверсним і прямим входам операційні підсилювачі.

- Підключення до інверсному входу, - Підключення до прямого входу.

Найпростіша схема ВМС на 4 входи має вигляд:

Рис. 6

При достатньому посилення операційних підсилювачів, коли напруга на прямому вході більше, ніж на інверсному, операційний підсилювач знаходиться в режимі насичення, тобто на виході «1». Якщо навпаки, то операційний підсилювач знаходиться в режимі відсічки, тобто на виході «0». Для отримання хороших результатів, необхідно, що б характеристики діодів були однаковими, а посилення ОУ було більше 1000.

Структурна схема і опис системи ущільнення

Рис. 8 Структурна схема передавальної частини адресного ущільнення

При кодовому (адресному) поділ сигнал складається з двох частин: адреси і самих даних. Адреса містить інформацію про номер каналу, якому належить дані. Розглянемо роботу передавальної частини. Сигнали з каналів запам'ятовуються в блоці пам'яті (БП) і з приходом тактового імпульсу перший послідовно на виході БЖ з'являється СІ, а за ним з'являється код адреси каналу і дані цього каналу з БП. Далі це модулюється і випромінюється передавачем.

Рис. 9 Структурна схема приймальної частини.

ГТВ - генератор тактових імпульсів.

ГНК - генератор несучого коливання.

ПЗМ - приймач.

ДМ - демодулятор.

Д - демультиплексор.

Після приймача сигнал детектується і при отриманні синхросигналу запускається схема декодування адреси, яка перетворює з послідовної форми в рівнобіжну і управляє демультіплексорів який перенаправляє сигнал даних в потрібний канал схеми стиснення.

Структура групового сигналу

Розглянемо формування групового сигналу (рис. 10).

Кожна схема АК містить 16 датчиків. Вони опитуються по черзі і в результаті на вихід системи підключається той датчик де швидкість зміни даних вище. У системі виходить 32схем АК. Тоді сигнал з виходу АК буде мати наступний вигляд:

Рис.10

Визначимо тривалість одного біта. Усього в схемі буде квантователя, а довжина сигналу з кожного квантователя дорівнює (4біт (адреса) + 4біт (інформації). Визначимо довжину кадру переданих даних як (4біт (адреса) +4 біт (інформації)) * 32 = 256. Виходячи з цього:

, Де F _оп - частота опитування датчика звідси

На вхід пристрою АК з датчиків (Д) надходить аналоговий сигнал. Синхросигнал буде видаватися кожен цикл опитування 32 осередків пам'яті. Як було пораховано раніше на кодування відліку необхідно 4 біт. А так як число каналів складає 500 то для кодування адреси необхідно 4 біт. Структура групового сигналу має вигляд:

Адресувати кожну схему АК недоцільно, оскільки на приймальній стороні необхідно два декодера адреси, а довжина коду адреси не змінюється.

На приймальному боці після прийому синхроімпульса буде працювати блок зчитування адреси і комутації його на потрібну схему стиснення. Схема стиснення буде визначати наступні 13 біт як адреса + інформація. У перебігу цих 4 біт схема поділу закрита, так що неправильного визначення адреси та інформації не відбудеться. Перед передачею інформації передається синхросигнал, для синхронізації адресного ущільнення внутрішньоканальні синхронізація не потрібна - це перевага даного методу ущільнення. Як синхронізації використовуємо М-послідовність довжина якої визначається за формулою: . За графіком на рис. 11 - по осі абсцис відкладена довжина М-послідовності, а по осі ординат ймовірність неправильного прийому, яка обчислюється за емпіричною формулою: - При ймовірності помилки на символ Р _ош = 10 ^-3 і задаючись ймовірністю помилкового виявлення синхросигналу Р _л = 10 ^-5, визначаємо довжину синхросигналу n = 31. У підсумку отримуємо довжину групового сигналу: 31 +8 * 32 = 287біт. Тепер знайдемо частоту ГТВ схеми ущільнення, вона повинна складати .

Висновок

У даному проекті розроблена система стиснення і ущільнення каналів, визначено її основні параметри з урахуванням даних технічного завдання. Спроектована система може використовуватися як складова частина систем телеметрії або радіонавігації. У порівнянні з аналоговими системами, дана цифрова система більш стабільна в роботі, забезпечує передачу більшого числа інформації, забезпечує кращу точність передачі інформації.

Список використаної літератури

1. Кирилов С. М., Стукалов Д. Н. Цифрові системи обробки мовних сигналів Рязань, РРТІ, 1995 р.

2. Кирилов С. Н. Курс лекцій з дисципліни «Радіосистеми передачі інфорамціі». Рязань, 2005 р.

3. Єзерський В. В. Курс лекцій з дисципліни «Цифрова обробка сигналів та мікропроцесори» Рязань, 2005 р.

4. Свиридов М. Г. Проектування радіотехнічних систем передачі інформації Рязань, РРТІ, 1990 р.