Система стиснення і ущільнення каналів Розробка системи

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Рязанська Державна РАДІОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

Кафедра радіоуправління і зв'язку

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни "Радіосистеми передачі інформації"

на тему "Система стиснення і ущільнення каналів"

Виконав:

Керівник:

Рязань, 2007

Зміст

Зміст

Зміст

Технічне завдання

Введення

Визначення частоти опитування

Адаптивна дискретизація

РІКМ

Структурна схема і опис системи ущільнення.

Структура групового сигналу

Основні тимчасові діаграми системи

Висновок

Список літератури

Технічне завдання

Вірогідність помилки на символ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10 -4

Показник вірності,% ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... .... ... 0,3

Спектр сигналу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... рівномірний

Ширина спектра сигналу, Гц. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 200

ФПВ сигналу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... Норм.

Число каналів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 50

Тип квантователя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... РІКМ

Ущільнення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... за формою

Алгоритм стиснення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... АТ

Ставлення с / ш квантователя, дБ ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 30

Вид модуляції ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ОФМ

Введення

У даному курсовому проекті розробляється система стиснення і ущільнення каналів, і визначаються її основні параметри та характеристики. Проектування і застосування подібних систем в даний час вважаються доцільним, оскільки ці системи дозволяють зменшити щільність і складність ліній зв'язку, збільшити число каналів, поліпшити якість обслуговування абонентів, а так само надавати їм додаткові послуги.

Визначення частоти опитування

У нашому випадку спектр сигналу рівномірний. Визначимо частоту опитування F 0. За завданням на проект, показник вірності g еф = 0.3%, а ширина спектру сигналу D f = 200 Гц. Застосуємо цю модель до інтерполяції за Лагранжа при n = 1,2,3, використовуючи також наступні співвідношення:

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 використовуються невеликі апаратні витрати.

Адаптивна дискретизація






У системі з адаптивної дискретизацією в кожному вимірювальному каналі звуження смуги пропускання частот каналу зв'язку може бути отримане без буферної зв'язку. При цьому передача інформації буде проводитися в реальному масштабі часу, що є перевагою таких систем, саме тому ми вибрали цю структурну схему.


Структурна схема передавальної частини ТІС з адаптивною дискретизацією в кожному каналі без буферної пам'яті представлена ​​на рис.2.



У літературі такі системи названі асинхронно-циклічними. Схема працює в такий спосіб. Сигнали з датчиків Д аналізуються адаптивними тимчасовими діскретізаторамі АВД, які вирішують завдання адаптивної модуляції в кожному вимірювальному каналі окремо. Якщо в будь-якому каналі похибка апроксимації досягає значення заданої допустимої похибки e д, то на виході відповідного АВД з'явиться сигнал 1. У той же час імпульси від генератора тактових імпульсів ГТВ через відкриту схему запуску СЗ за допомогою розподільника Р по черзі надходять на схеми збігу І.

Якщо на другому вході якої-небудь схеми І з'являється сигнал 1 від АВД, то схема І видає сигнал 1 на ключ К і відповідний датчик підключається до аналого-цифрового перетворювача АЦП. При цьому через збиральну схему АБО подається сигнал на СЗ, що забороняє подальше проходження імпульсів з ГТВ до закінчення перетворення і видачі коду в лінію зв'язку. Розподільник зупиняється, і параметр обраного датчика перетвориться в код АЦП, який надходить до блоку зчитування БС. У БС надходить також код номера (адреса) вибраного каналу. У БС код адреси і код параметра перетворяться з паралельного в послідовний і передаються в лінію зв'язку. Після закінчення зчитування БС видає сигнал на дозвіл подальшого проходження імпульсів через ВЗ на розподільник. Крім того, сигнал закінчення зчитування від БС надходить також на один з входів схеми збігу І1, що служить для формування сигналу скидання АВД у момент відліку.

Так як на другий вхід схеми І1 надходить сигнал від схеми І свого каналу, то скидання АВД відбудеться тільки в обраному каналі. Після цього розподільник Р продовжує опитування схем І, причому час проходження каналу, у якого похибка апроксимації менше заданої, вибирається малим у порівнянні з часом перетворення сигналу і видачі сигналу в лінію зв'язку.

У асинхронно-циклічних системах можна не передавати код адреси, а замість нього через канал зв'язку передавати на прийомну сторону імпульси перемикання розподільника Р від схеми запуску СЗ.

РІКМ

Розглянемо особливості роботи різницевого квантователя (рис. 3):

На вході квантователя діє сигнал:

.

Сигнал називається похибкою передбачення або різницевий сигнал. Квантованию піддається не вхідний, а різницевий сигнал. Квантователь може бути адаптивним або неадаптівним, рівномірним або нерівномірним, але у всіх випадках його параметри відповідають дисперсії похибки передбачення. Квантованная похибка передбачення має вигляд:

,

де - Помилка квантування різницевого сигналу. З структурної схеми випливає, що квантованное значення вихідного сигналу має вигляд:

І використовуючи формули отримуємо вираз:

.

Таким чином квантованих вхідний сигнал відрізняється від вихідного вхідного сигналу на величину шуму квантування різницевого сигналу, якщо провісник хороший, то дисперсія різницевого сигналу буде менше дисперсії вхідного сигналу і квантователь з заданою кількістю рівнів дасть меншу похибку при квантуванні різниці, ніж при квантуванні вихідного сигналу. Ставлення с / ш квантування в цьому випадку має вигляд:

,

де - С / ш квантователя, - Коефіцієнт підсилення, обумовлений різницевим кодуванням. Ставлення с / ш квантователя залежить тільки від властивостей квантователя (рівномірний, нерівномірний, адаптивний) і різницевого сигналу. Величина визначає виграш у відношенні з / ш при використанні різницевого подання. Оскільки величина фіксована, то збільшити коефіцієнт підсилення можна тільки за рахунок мінімізації . Для вирішення цього завдання визначають тип провісника. Розглянемо можливість використання лінійного провісника:

,

де - Порядок фільтра провісника. Дисперсія похибки провісника в цьому випадку має вигляд:

.

Диференціюючи по і прирівнюємо до нуля, отримаємо систему рівнянь:

.

Рішенням системи рівнянь буде , При якому мінімальна. У цьому випадку коефіцієнт підсилення:

,

де - Нормована кореляційна функція . Таким чином поки ставлення с / ш квантування буде збільшуватися за рахунок передбачення.

У випадку мовного сигналу при виходять залежності коефіцієнта посилення від порядку фільтра провісника (рис. 4):

Навіть при простому провісників, коли p = 1, можна отримати виграш у 6 дБ, що еквівалентно додавання одного розряду в квантователь.

У цьому курсової виберемо лінійний провісник другого порядку

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:

або в децибелах звідси видно щоб забезпечити с / ш рівне 30дБ потрібен 5-бітний квантователь.

Структурна схема і опис системи ущільнення.

При поділі каналів за формою (РКФ) базисні функції повинні бути мінімально незалежними і бажано ортогональними. При цьому передана інформація укладена в амплітуді базисних функцій. У цьому випадку канальний сигнал буде мати наступний вигляд:

де , - Період канального сигналу, - Відліки первинного сигналу.

Ця формула справедлива, якщо інформація міститься в амплітуді сигналу. В якості базисних функцій використовуються функції, зручні з точки зору технічної реалізації. Зазвичай використовуються через кращу завадостійкості ортогональні функції Чебишева, Лежандра, Матьє, Уолша.

Ортогональні функції Лежандра, Чебишева є безперервними аналоговими сигналами і, отже, пристроїв їх генерування й обробки властиві недоліки, властиві всім аналоговим пристроям: неможливість уніфікації, стандартизації, високі вимоги до температурної стабільності, складна технічна реалізація і т.д.

Тому в даний час часто в якості базисних функцій використовуються ансамблі цифрових сигналів, зокрема ансамбль функцій Уолша. Саме ці функції і будемо використовувати в якості базисних функцій у даному курсовому проекті.

Структурна схема передавальної частини системи з ортогональними сигналами наведена на рис.5.


На схемі використані наступні позначення:

ГТЧ - генератор тактової частоти; ГНК - генератор несучого коливання; До i - ключі; ДПФ - генератор поліноміальних функцій; СУ - сумарний підсилювач; С - синхронізатор, M - модулятор (ОФМ).

На передавальній стороні ГТЧ формує короткочасні імпульси з частотою повторення. Ключі зберігають значення весь період повторення. Синхронізатор формує синхросигнал. Груповий сигнал має вигляд:

Для розділення сигналів по формі на приймальній стороні використовують властивість ортогональності базисних функцій. Математично ця операція виглядає так:

Структурна схема приймальної частини наведена на рис.6.


На схемі використані наступні позначення:

ДМ - демодулятор, Ф - фільтри.

На приймальному боці в синхронізатора здійснюється виділення синхросигналу, який запускає ДПФ і скидає інтегратори та ключі. Виділення інформації здійснюється у відповідності з наведеним вище алгоритмом.

Як вже зазначалося, в якості базисних функцій будемо використовувати функції Уолша. Ці функції відомі з 1922 р., але практичний інтерес до них виник тільки в останні 2 - 3 десятиліття у зв'язку з розвитком ЕОМ. Існує безліч способів завдання (визначення) функцій Уолша.

Функції Уолша утворюють повну ортонормированном систему з функцій і визначається через функції Радемахер наступним чином:

де - Номер функції в десятковому обчисленні;

- N - Й розряд представлення числа в двійковій системі числення;

- Порядок функції Радемахер;

- Функції Радемахер; перші чотири мають такий вигляд


Для даної системи необхідно 8 функцій Уолша, так як на вхід системи ущільнення по формі надходять 8 сигналів з ​​7 адаптивних діскретізаторов. Освіта необхідних нам функцій відбувається при n = 3 N = 2 3 = 8, .

Щоб передати код функції Уолша, необхідно три біта інформації. (2 3 = 8)

Перші 8 функцій Уолша будуть мати наступний вигляд:

Структура групового сигналу

Розглянемо формування групового сигналу (рис. 9).

За допомогою розподільника імпульсів 8 датчиків опитуються по черзі. Максимальна в цьому випадку буде, якщо в i-му циклі опитування похибка апроксимації перевищила допустиме значення в якомусь к-му каналі і інші канали "мовчать", а на i +1 циклі похибка апроксимації перевищила допустиме значення в тому ж к-му каналі . Нехай спрацьовування АВД сталося в 1-му каналі. Тоді сигнал з виходу АТ (при перелічених вище умовах) буде мати наступний вигляд:


де t 1 - час, необхідний для роботи БС, t 2 - час, необхідний для опитування залишилися датчиків.

Тоді t 1 + t 2 = 1 / . T 2 визначається . Для нормальної роботи пристрою ущільнення за формою необхідно, щоб бітова інформація з схем АТ надходила синхронно, а для цього треба, щоб зсув сигналів зі схем АТ був кратний одному біту. Виходячи з цього , Де t - Тривалість синхросигналу, t - Час, необхідний для передачі інформації з одного датчика.

На вхід пристрою АД з датчиків (Д) надходить аналоговий сигнал. Так як ми використовуємо адаптивну дискретизацію, необхідно вставити розділові імпульси РІ для організації повідомлень про час. Розділові повідомлення про час передаються при кожній значущої частини повідомлення. Синхросигнал буде видаватися кожен цикл опитування 8 датчиків.

Так як на кожен АТ надходить інформація з 8 датчиків, то 2 3 = 8 і цілком достатньо 3 біт адресної інформації. Як було пораховано раніше на кодування відліку необхідно 5 біт. Розділовий імпульс буде у вигляді одного біта одиничного значення. Він необхідний, щоб на приймальній стороні визначити знаходження адреси та інформації.

Будемо називати сигнал з виходу АТ інформаційним словом, тобто інформаційне слово = № датчика + інформація. Довжина інформаційного слова 3 +5 = 8 біт.

Далі інформаційні слова з усіх АТ надходять на схему ущільнення за формою (рис.11).

Кожен біт інформаційного слова модулює по амплітуді базисну функцію, яка відповідає номеру АТ. Модуляція здійснюється помножувачем. У результаті вихідна напруга умножителей буде відповідати формі базисної функції з відповідною амплітудою. У даному випадку, як вже зазначалося вище, кожна базисна функція (функція Уолша) містить N = 3 символи (біта). Відповідно довжина інформаційного слова збільшиться в разів (3 рази).

Далі сигнали з усіх умножителей складаються за рівнем, і до цієї послідовності підмішується сінхрослово. Довжина сінхрослова розраховується виходячи з імовірності помилки на символ. За графіком на рис.12 при ймовірності помилки на символ і задаючись ймовірністю помилкового виявлення синхросигналу , Визначаємо довжину синхросигналу . Як сінхрослова будемо використовувати М-послідовність, довжина якої знаходиться за формулою . Відповідно в даному випадку виберемо довжину сінхрослова .

У результаті груповий сигнал з виходу схеми ущільнення набуде вигляду

...

РІ - розділовий імпульс (1 біт)

Довжина групового сигналу N = 63 +1 + (8 * 3) = 88 біт.

Тривалість групового сигналу визначається частотою опитування T д = 1 / F 0 = 1 / 46740 = 21,4 мкс

Тривалість передачі одного символу (біта): t = T д / N = 21,4 * 10 -6 / 88 = 244 нс

Відповідно частота тактового генератора: f T = 1 / t = 1 / 244 * 10 -9 = 4,1 МГц

Основні тимчасові діаграми системи

На рис.13 зображена загальна структурна схема системи, що розробляється стиснення і ущільнення за формою. На виході системи ущільнення за формою сигнали з систем АТ помножені на функцію Уолша. Сигнали з АД після схеми ущільнення за формою будуть перемішані, так що виділити в ньому синхросигнал, адреса або інформацію не можливо. Тому часові діаграми покажемо на виході схем АТ. На рис.14 показані часові діаграми в принципово важливих точках системи.

На рис.14, а показаний аналоговий сигнал, що поступає з якогось датчика (Д) на вхід системи стиснення АТ. Після обробки в АТ сигнал набуває вигляду 14, б. Цей сигнал містить інформацію про адресу датчика, про дані з датчика. Потім сигнали з виходів АТ паралельно надходять на вхід системи ущільнення за формою. Там сигнали побітно множаться на свої базисні функції залежно від номера ПЕКЛО, і сумуються.

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 літератури

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

  2. Кирилов С.М. Курс лекцій з дисципліни «Основи теорії стиснення інформації та ущільнення каналів». Рязань, 2003 р.

  3. Тепляков І.М., Рощин Б.В., Фомін А.І., Вейцель В.А. Радіосистеми передачі інформації. М., 1982р.

  4. Адаптивні телеізмерітельние системи, під ред. А.Б. Фремке, М., 1981 р.

  5. Левін, Плоткін, Цифрові системи передачі інформації, 1982 р.

  6. Рабинер Л.Р., Шафер Р.В., Цифрова обробка мовних сигналів. М., 1981 р.

  7. Свиридов Н.Г. Проектування РТС передачі інформації. Рязань, РРТІ, 1988 р.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
74.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Система стиснення і ущільнення каналів
Ентропія складних повідомлень надмірність джерела Мета стиснення даних і типи систем стиснення
Побудова системи з розподіленням каналів у часі
Розробка автоматизованої інформаційної системи Система обліку ВАТ ЮТК
Програмні засоби ущільнення носіїв
Проектування ущільнення рунтів насипу земляного полотна
Стиснення інформації
Алгоритми стиснення даних 2
Синдром тривалого стиснення
© Усі права захищені
написати до нас