Розробка пристроїв цифрового формування та обробки сигналів системи передачі дискретних

Міністерство інформаційних технологій і зв'язку РФ

Сибірський державний університет

телекомунікацій та інформатики

Кафедра РТС

Курсова робота

за курсом МО ЦГЗ

"Розробка пристроїв цифрового формування та обробки сигналів системи передачі дискретних повідомлень по частотно обмеженим каналах зв'язку"

Виконав: ст. гр. Р-42

Панічев П.А.

Перевірив: Горський Г.Х.

Новосибірськ, 2007

Зміст

Введення

1. Вихідні дані

2. Основні інформаційні характеристики системи передачі дискретних повідомлень

3. Вибір тривалості та кількості елементарних сигналів, що використовуються для формування вихідного сигналу

4. Розрахунок виду елементарного сигналу

5. Розробка алгоритму визначення відліків вихідного сигналу

6. Розрахунок відліків сигналу на тривалості між характеристичними моментами відновлення

7. Розрахунок спектру сигналу на виході цифрового формувача

8. Розрахунок потужності шуму квантування на виході формувача

9. Розробка функціональної схеми пристрою цифрового формувача сигналу

10. Розробка структурної схеми приймача

Висновок

Список використаної літератури

Введення

В останні роки методи цифрової обробки сигналів у радіотехніці, системах зв'язку, управління та контролю придбали велику важливість і значною мірою замінюють класичні аналогові методи. Основне технічна перевага цифрових систем передачі перед безперервними системами полягає в їх високої завадостійкості. Ця перевага сильно проявляється в системах передачі з багаторазовою ретрансляцією сигналів.

В аналогових системах перешкоди і спотворення виникають в окремих ланках, як правило, накопичуються. У цифрових системах передачі для ослаблення ефекту нагромадження перешкод при переході з ретрансляції, поряд з посиленням застосовують регенерацію імпульсів, тобто демодуляцію із застосуванням відновлювальної передачу символів і повторну їх модуляцію на приймальному пункті. Крім цього, можна збільшити завадостійкість застосуванням завадостійкого кодування. Висока перешкодостійкість цифрової системи передачі дозволяє здійснювати практично необмежену реальність зв'язку, при використанні каналу порівняно невисокої якості. Крім підвищення завадостійкості активно розробляються методи збільшення швидкості передачі інформації.

В даний час розроблена КАМ-256 забезпечує питому швидкість передачі інформації 16 біт / с на 1Гц смуги пропускання каналу зв'язку, це показує всю прогресивність розвитку цифрової обробки сигналів.

1. Вихідні дані

Номер варіанта - 15

Питома швидкість передачі - 3,0 .

Розрядність ЦАП - 4.

Вид модуляції - ФМ.

2. Основні інформаційні характеристики системи передачі дискретних повідомлень

Швидкість передачі сигналів (модуляції) визначається як V = 1 / Tc і вимірюється в бодах. Один бод-це передача одного елементарного двійкового елемента сигналу в секунду.

Пропускна здатність каналу зв'язку називається максимально можлива швидкість передачі інформації з каналу. Пропускна здатність безперервного каналу зв'язку із заданою смугою пропускання визначається формулою Шеннона

С = * Log 2 (h ² +1) (біт / с),

де -Смуга пропускання каналу зв'язку (Гц), h ^{2-відношення} сигнал / шум за потужністю в каналі зв і.

Швидкість передачі інформації визначається кількістю інформації I, стерпним елементарним сигналом, і інтервалом Тс між характеристичними моментами відновлення сигналу, тобто R = I / Tc (біт / c). Кількість інформації, переносний елементарним сигналом, визначається наступним виразом

I = log 2 (N) (біт / елемент).

Де N-кількість елементарних сигналів

Питома швидкість передачі інформації визначається як γ = R / F 1 (біт в секунду на один Гц смуги пропускання)

Якщо повідомлення передаються двійковими символами, то швидкість передачі даних не може перевищувати значення 2 D F _K біт / с або 2 біт / с на 1 Гц смуги пропускання каналу зв'язку D F _K. Межа питомої швидкості передачі даних за допомогою двійкових символів, рівний 2 (біт / с) / Гц, називається також "бар'єром Найквіста". Теоретично "бар'єр Найквіста" може бути подоланий за рахунок підвищення відносини сигнал-шум у каналі зв'язку до дуже великого значення, що практично не можливо. Тому для підвищення питомої швидкості передачі даних необхідно перейти до багатопозиційної (комбінованою) модуляції, при якій кожна електрична посилка несе більше 1 біта інформації.

До способів багатопозиційної модуляції, використовуваним в системах цифрової передачі повідомлень, відносяться: квадратурна амплітудна модуляція (КАМ), фазова модуляція (ФМ), частотне ущільнення з ортогональними несучими та амплітудно-фазова модуляція з однією бічною смугою (АФМ-ОЧП).

3. Вибір тривалості та кількості елементарних сигналів, що використовуються для формування вихідного сигналу

У реальних каналах зв'язку для передачі сигналів по частотно обмеженому каналу використовується сигнал виду

,

але він нескінченний у часі, тому його згладжують по косінусоідальное законом.

,

де - Коефіцієнт згладжування,

N - кількість елементарних сигналів (кількість можливих станів сигналу на тривалості Т).

g - питома швидкість передачі інформації, тому що 0 <r 1, тоді для забезпечення заданої питомої швидкості передачі

g = 3 ,

можна взяти N = 4

Визначимо r:

Розрахуємо смугу пропускання каналу зв'язку за формулою:

F ₁ = r * F + F = 0,33 * F + F = 1,33 F,

де F - частота сигналу, а F ₁ - гранична частота смуги пропускання каналу.

Знаючи задані й отримані значення можна розрахувати тривалість елементарного сигналу за формулою:

.

Для розрахунку виду елементарного сигналу необхідно розрахувати інтервал дискретизації:

,

де f _д - частота дискретизації.

Частота дискретизації вибирається з урахуванням того, що в спектрі повинна залишатися смуга расфільтровкі Δ f вона визначається як:

Δ f = f _д - 2 F (1 + r), причому D f> 0.

Виберемо частоту дискретизації

f _д> 2 F (1 + r) = 2,66 F,

візьмемо f _д = 8 F

Кількість звітів на одному інтервалі T _Δ визначається формулою:

, Де

D t = Т _Δ / 4

4. Розрахунок виду елементарного сигналу

Розрахунок звітів елементарного сигналу проводиться за формулою:

.

З урахуванням дискретності відліків час t змінюємо дискретно t = n D t, де n = 0,1,2 ...

Кількість елементарних сигналів дорівнює 4. Нехай вони будуть мати максимуми +3, +1 і -1, -3.

Даний сигнал симетричний щодо 0, отже розрахуємо відліки праворуч від 0. Розрахунок зведемо в таблицю 1:

Таблиця 1

Малюнок 1 - Відліки елементарного сигналу з амплітудою 1

Малюнок 2 - Відліки елементарного сигналу з амплітудою 3

Сигнали з амплітудами - 1 та - 3 будуть мати аналогічний вид, але з протилежною фазою.

Розраховані елементарні сигнали є нескінченними в часі, що є неприйнятним. Але вони швидко затухають по амплітуді, тому при передачі можна відкинути деяку частину сигналу. Енергія відкидаємо частині не повинна перевищувати 10% енергії всього сигналу.

Як видно з розрахунків сигналів: 9, 10, 11, 12 - й відліки мають малі значення.

Знайдемо енергію відкидаємо частини у відсотках. Для цього розрахуємо енергію всього сигналу і відкидаємо частини для сигналу з амплітудою 1.

.

Енергія відкидаємо частини:

,

.

Оцінимо співвідношення енергій елементарного сигналу і відкидаємо частини.

Розрахуємо енергію всього сигналу і відкидаємо частини для сигналу з амплітудою 3.

.

При цьому енергія відкидаємо частини:

,

.

Знайдемо процентне співвідношення енергій елементарного сигналу і відкидаємо частини.

Отже, енергія відкидаємо частин обох сигналів багато менше 10% від повної енергії сигналу.

5. Розробка алгоритму визначення відліків вихідного сигналу

Алгоритм визначення відліків вихідного сигналу являє собою послідовність операцій:

Розрахунок відліків елементарного сигналу;

Введення першого біта інформаційних символів b _1;

Розбиття послідовності на частини по 2 біти і присвоєння цим комбінаціям певних коефіцієнтів відповідно до коду Грея, що забезпечує велику стійкість: 00 буде передаватися сигналом з амплітудою 3, 01 - 1, 11 - - 1, 10 - - 3. Занесення значень амплітуд в масив a _i;

Обчислення і виведення значень відліків вихідного сигналу U _n;

Зрушення всієї комбінації бітів на 1 біт і введення наступного біта.

Малюнок 3 - Алгоритм визначення відліків вихідного сигналу.

6. Розрахунок відліків сигналу на тривалості між характеристичними моментами відновлення

Розрахунок відліків вихідного сигналу.

Виходячи з нашого варіанту потрібно передати двійкову послідовність 00010010. Кількість інформації, переносний елементарним сигналом, визначається виразом:

, Де N - число елементарних сигналів

N = 4 відтак кожен сигнал несе 2 Біт.

Розіб'ємо цю послідовність на 4 пари: 00, 01, 00,10.

Нехай послідовність 00 буде передаватися сигналом з амплітудою 3, 01 - 1, 11 - - 1, 10 - - 3.

Графічно формування вихідного сигналу зображено на малюнках 4,5,6,7,8,9.

Малюнок 4 - Вихідна послідовність, що підлягає передачі

Малюнок 5 - Вигляд елементарного сигналу відповідний комбінації перших двох бітів 00.

Малюнок 6 - Вид елементарного сигналу відповідний комбінації третього і четвертого бітів 01.

Малюнок 7 - Вид елементарного сигналу відповідний комбінації п'ятого і шостого бітів 00

Рисунок 8 - Вид елементарного сигналу відповідний комбінації сьомого та восьмого бітів 10.

Рисунок 9 - Відліки сигналу на тривалості між характеристичними моментами відновлення

Враховуючи, що сигнал на виході цифрового формувача визначається підсумовуванням тільки чотирьох відліків на кожному елементі і на той елемент, де присутні одночасно всі чотири сигналу, то видаватися будуть тільки відліки 4,5,6,7 із суми відліків. Причому ці відліки будуть квантованими (відповідно до розрядністю ЦАП). Діапазон напруг відліків: від +7 до - 7, цей діапазон буде рівномірно перекриватися 16-у рівнями квантування.

7. Розрахунок спектру сигналу на виході цифрового формувача

Спектр сигналу розраховується за формулою:

З урахуванням того, що r = 0,33 і приймемо a = 1, отримуємо

Спектр на виході формувача, і смугового фільтра представлений на малюнку 10.

Рисунок 10 - Спектр сигналу на виході формувача

8. Розрахунок потужності шуму квантування на виході формувача

Основним недоліком цифрової обробки сигналів є наявність шумів квантування. Тому при розрахунку будь-якої апаратури ЦГЗ необхідно враховувати шум квантування, так як він може приводити до помилок при передачі інформації.

Шум квантування повністю визначається вибором рівнів квантування, тобто розрядністю ЦАП.

Шум квантування і потужність сигналу розраховується за формулами:

, Де В,

= 1.81 * 10 ^-2 Вт,

.

Значення відношення "сигнал / шум" або 31,3 дБ.

9. Розробка функціональної схеми пристрою цифрового формувача сигналу

Малюнок 11 - Функціональна схема пристрою цифрового формувача сигналу

DD 1 - Регістр перетвориться послідовний код в паралельний (відповідає за вибір комбінації на підставі даних, що надходять)

D D 2 - синхронізує роботу всіх пристроїв цифрового формувача

DD 3 - ПЗУ призначено для зберігання всіх можливих комбінацій генеруються сигналів

ЦАП - перетворить цифровий сигнал з виходу ПЗУ в аналогову форму

ПФ - виділяє необхідну смугу частот.

Код надходить на послідовно-паралельний регістр DD 1, де він перетворюється в паралельну комбінацію. Ця комбінація надходить на вхід ПЗУ, де в елементах пам'яті зберігаються відліки сигналів всіх можливих комбінацій генеруються сигналів. Лічильник ИЕ синхронізує роботу схеми. З виходу ЦАП сигнал надходить на перемножителя, де здійснюється перенос спектру сигналу у вищу область частот.

10. Розробка структурної схеми приймача

Рисунок 12 - Структурна схема приймача

Вхідний сигнал надходить на смуговий фільтр, де виділяється необхідна смуга частот. Далі сигнал надходить на перемножителя, на виході якого виходить набір частот. ФНЧ виділяє низькочастотний спектр. Цей сигнал подається на взаємовплив, які визначають ступінь схожості прийнятого сигналу з періодичним сигналом опорного генератора. Сигнал генератора має вигляд піднесеного синуса. Сам генератор має аналогічний розробленому вигляд. Причому кожен наступний корелятор працює з опорним сигналом затриманим на інтервал Т _с. Далі сигнали з корреляторов подаються на вирішальні пристрої, де приймаються рішення про те, який сигнал був переданий (яка амплітуда у даного сигналу). Потім сигнали надходять на входи АЦП, де відповідно до коду Грея видається два біти інформації. Синхронність роботи схеми забезпечується системою синхронізації (СС).

Висновок

У курсовій роботі відбиток лише найпростіші принципи створення цифрової передачі. В даний час мова йде про створення систем, в яких спостерігаються показники ефективності близькі до граничних. Одночасно вимога високих швидкостей і вірності передачі призводить до необхідності застосування систем, в яких використовуються багатопозиційні сигнали й потужні коригувальні коди. При цьому два модеми повинні бути добре узгоджені, щоб забезпечити найбільшу ефективність систем зв'язку в цілому.

Список використаної літератури

1. Конспект лекцій.

2. Цифрова обробка сигналів / А.Б. Сергієнко - СПб.: Пітер, 2002. - 608 с.

3. Теорія передачі сигналів: підручник для ВНЗ \ А.Г. Зюко, Д.Д. Кловський, М.В. Назаров, Л.М. Фінк - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Радіо і зв'язок, 1996. - 304с. мул.

4. Застосування мікросхем пам'яті в електронних пристроях; справ. Посібник. - М.: Радіо і зв'язок, 1994. - 216с.