Теория связи. Вариант № 03.

Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами

Задание - разработать обобщенную структурную схему системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами, разработать структурную схему приемника и структурную схему оптимального фильтра, рассчитать основные характеристики разработанной системы связи и сделать обобщающие выводы по результатам расчетов.

1.1 Исходные данные

Курсовая работа выполняется для следующих исходных данных:
1) Номер варианта: N = 3.
2) Вид сигнала в канале связи: ДФМ.
3) Скорость передачи сигналов: V = 33000, Бод.
4) Амплитуда канальных сигналов: .
5) Дисперсия шума: .
6) Априорная вероятность передачи символов "1": p(1) =0,27 .
7) Способ приема сигнала: КГ.
8) Полоса пропускания реального приемника:
9) Значение отсчета принятой смеси сигнала и помехи на входе решающей схемы приёмника при однократном отсчете: .
10) Значения отсчетов принятой смеси сигнала и помехи при приеме по совокупности трех независимых (некоррелированных) отсчетов , ,
11) Максимальная амплитуда аналогового сигнала на входе АЦП: .
12) Пик-фактор входного сигнала П =1,8.
13) Число разрядов двоичного кода (при передаче сигналов методом ИКМ): .
14) Вид дискретной последовательности сложного сигнала:
Расчет численных значений этих параметров приводится в приложении
в конце работы.

1.2 Содержание пояснительной записки

В данном разделе определены требования к структуре пояснительной записки к курсовой работе и последовательность изложения результатов выполнения.
Введение.
Задание.
Исходные данные (приводятся только текст и численные значения параметров. .Расчет их приводится в приложении в конце работы).
Структурная схема системы связи.
Структурная схема приемника.
Принятие решения приемником по одному отсчету.
Вероятность ошибки на выходе приемника.
Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении оптимального приемника.
Максимально возможная помехоустойчивость при заданном виде сигнала.
Принятие решения приемником по трем независимым отсчетам.
Вероятность ошибки при использовании метода синхронного накопления.
Применение импульсно-кодовой модуляции для передачи аналоговых сигналов.
Использование сложных сигналов и согласованного фильтра.
Импульсная характеристика согласованного фильтра.
Схема согласованного фильтра для приема сложных сигналов. Форма сигналов на выходе согласованного фильтра при передаче символов "1" и "0".
Оптимальные пороги решающего устройства при синхронном и асинхронном способах принятия решения при приеме сложных сигналов
согласованным фильтром.
Энергетический выигрыш при применении согласованного фильтра.
Вероятность ошибки на выходе приемника при применении сложных сигналов и согласованного фильтра.
Пропускная способность разработанной системы связи.
Заключение.
Приложение. Расчет исходных данных для заданного варианта
работы.
Список литературы.
Оглавление.
Дата выполнения работы и личная подпись студента.
1.3 Порядок выполнения курсовой работы.

1.3.1 Нарисуйте обобщенную структурную схему системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами, приведите подробное описание назначения входящих в нее блоков.

Преобразования сообщения и сигналов в системе связи проиллюстрируйте качественным приведением временных и спектральных диаграмм на выходе каждого блока системы связи с соблюдением единого масштаба по оси абсцисс. Опишите временные и спектральные диаграммы. Вид модуляции и способ приема, используемые в системе связи, заданы в табл.1 и определяются в соответствии с вариантом задания. Номер варианта задания численно равен двум последним цифрам Вашего пароля.

1.3.2 В соответствии с исходными данными задания приведите выражение временной функции используемого сигнала и его векторную диаграмму. Изобразите структурную схему Вашего приемника и опишите ее работу (предполагается, что приемник не является оптимальным).

1.3.3 Сообщения передаются последовательностью двоичных символов "1" и "0", которые появляются с априорными вероятностями соответственно p(1) и р(0). Этим символам соответствуют канальные сигналы S1(t) и S2(t), которые точно известны в месте приема.

В канале связи на передаваемые сигналы воздействует гауссовский стационарный шум с дисперсией s 2. Приемник, оптимальный по критерию идеального наблюдателя (минимума средней вероятности ошибки), принимает решение по одному отсчету смеси сигнала и помехи

Z(t0) = Si (t0 )+ x (t0)

на интервале элемента сигнала длительности Т. Рассчитайте и изобразите графически кривые плотностей распределения W(x ) и условных вероятностей W(z/0) и W(z/1) Покажите на графике значения A, s , z(t0). Определите, какой символ ("1" или "0") будет зарегистрирован приемником для исходных данных Вашего варианта с использованием отношения правдоподобия. Предварительно поясните, что такое отношение правдоподобия, приведите общее выражение для его вычисления применительно к Вашему варианту задания и сделайте необходимые расчеты. Приведите выражение и поясните смысл критерия идеального наблюдателя.

1.3.4 Рассчитаем вероятность неправильного приема двоичного символа (среднюю вероятность ошибки) в рассматриваемом приемнике для заданного вида сигнала и способа приема, а также зависимость p(h) (построить график для 4-5 значений h ) с учетом реальной полосы пропускания приемника (на этом графике показать точку, соответствующую рассчитанной величине h и вычисленной вероятности ошибки).

1.3.5 В предположении оптимального приема (фильтрации) сигналов определим:

а) максимально возможное отношение сигнал/шум h20;

б) выигрыш в отношении сигнал/шум оптимального приемника по сравнению с рассчитываемым.

1.3.6 Для определения потенциальной помехоустойчивости приема символов определим среднюю вероятность ошибки при оптимальном приеме для заданного вида сигнала. Дайте определение потенциальной помехоустойчивости и опишите условия, при которых она достигается.

1.3.7 Определим, какой символ будет зарегистрирован на приеме при условии, что решение о переданном символе принимается по совокупности трех некоррелированных (независимых) отсчетов Z1 = Z(t1), Z2=Z(t2),
Z3 = Z(t3) на длительности элемента сигнала Т (метод многократных отсчетов или метод дискретного синхронного накопления). Предварительно выведите общее выражение для вычисления отношения правдоподобия применительно к Вашему варианту задания и сделайте необходимые расчеты.

1.3.8 Найдем ожидаемую среднюю вероятность ошибки в приемнике, использующего метод синхронного накопления. Пояснить физически, за счет чего, во сколько раз и какой ценой достигается повышение помехоустойчивости приема дискретных сообщений при методе синхронного накопления (увеличение отношения сигнал/шум и уменьшение вероятности ошибки).

1.3.9 Опишите сущность, достоинства и недостатки ИКМ с приведением необходимых графических иллюстраций, поясняющих полный процесс преобразования непрерывного сообщения в сигнал ИКМ. Рассчитайте мощность шума квантования и отношение сигнал/шум квантования h2кв для случая поступления на вход приёмника сигнала с максимальной амплитудой. Поясните соображения выбора значения шага квантования (в том числе и с учётом уровня шума).

1.3.10 Считаем, что символы "1" и "0" передаются сложными сигналами S1(t) и S2(t) (с большой базой), которые представляют собой последовательности прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительности Т. Прием этих сигналов осуществляется с помощью согласованного фильтра. Поясните сущность, преимущества и недостатки использования сигналов с большой базой.

Изобразите форму заданных сигналов при передаче по каналу связи символов "1" и ''0'' в предположении, что и S2(t) = -S1(t), при этом длительность каждого из сигналов равна nT, где n - число элементов сложного сигнала.

1.3.11 Поясните, что такое импульсная характеристика, приведите для неё выражение в случае согласованного фильтра и график для заданного сигнала.

1.3.12 Приведите схему согласованного фильтра для заданного сигнала и опишите, как формируется (поэлементно) сигнал на его выходе.

1.3.13 Пояснить, что представляет собой сигнал на выходе согласованного фильтра при поступлении на его вход сигнала, с которым он согласован, и последовательности произвольного вида. Рассчитайте форму полезного сигнала на выходе фильтра при передаче символа "1", а также форму помехи, в предположении, что на вход фильтра (в паузе) поступает непрерывная последовательность знакопеременных символов ...101010... (характерная, например, для случая действия в линии связи на сигнал флуктуационной помехи). Изобразите форму этих сигналов.

1.3.14 Изобразите на одном чертеже выходные сигналы согласованного фильтра при поступлении на его вход сигналов, соответствующих передаваемым символам "1" и "0", покажите пороговые уровни решающей схемы для случаев синхронного и асинхронного способов принятия решения. Обосновать выбор и вычислить значения пороговых напряжений решающей схемы.

Приведите и опишите структурные схемы, поясняющие прием сообщений синхронным и асинхронным способами принятия решения в решающей схеме по выходному сигналу согласованного фильтра. Обосновать, какой из способов более целесообразен с точки зрения помехоустойчивости.

1.3.15 Определим энергетический выигрыш при приеме сигналов с использованием согласованного фильтра (пояснить, за счет чего и какой ценой достигается этот выигрыш).

1.3.16 При определении вероятности ошибки считаем, что сигналы, соответствующие символам "1" и "0", являются взаимнопротивоположными и решение о переданном символе принимается с использованием пороговой решающей схемы синхронным способом (отсчеты берутся в конце каждого сигнала длительностью kT, где T - длительность одного элемента сложного сигнала). При этом считаем, что длительность сигнала возросла в k раз по сравнению со случаями использования простых сигналов, где k - количество элементарных посылок в сложном сигнале.

1.3.17 При проведении сравнительного анализа необходимо привести таблицу с рассчитанными значениями вероятностей ошибки для различных способов приема сигналов и дать необходимые пояснения полученным результатам (сделать выводы по работе).

1.3.18 Расчет исходных данных к курсовой работе (Приложение).

Исходные данные для расчета зависят от номера варианта задания, который численно равен двум последним цифрам Вашего пароля.

Таблица 1

Вид сигнала и способ приема

Последняя цифра номера варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Вид сигнала

ДАМ

ДАМ

ДЧМ

ДФМ

ДАМ

ДЧМ

ОФМ

ДЧМ

ОФМ

ОФМ

Способ

приема

КГ

НКГ

КГ

КГ

НКГ

КГ

КГ

КГ

КГ

НКГ

n

8

9

10

10

10

8

8

9

9

9

КГ - когерентный прием, НКГ - некогерентный прием

Амплитуда А канальных сигналов S1(t) и S2(t) определяется студентами из соотношения (1)

(1)

где N - номер варианта задания ;

К = 1 для студентов, обучающихся по профилю Сети связи и системы коммутации,
К = 1,2 для студентов, обучающихся по профилю Многоканальные телекоммуникационные системы,
К = 1,5 для студентов, обучающихся по профилю Системы радиосвязи и радиодоступа, Системы мобильной связи и Радиосвязь, радиовещание и телевидение;

М = 1, 2, 3,... - последняя цифра номера группы.

Дисперсия шума s 2 находится из соотношения

s 2 = A 2 (0,10 + 0,008N ) (Вт).

Априорная вероятность передачи символа "1" p(1) задается из соотношения



Значения отсчетов принятой смеси сигнала и помехи находятся из соотношений

Z(t0)= (0,25 +s )А,

Z(t1)= Z(t0), Z(t2)= 0,6 Z(t0), Z(t3)=1,1 Z(t0).

Величина V задается соотношением V = 1000 M× N Бод.

Максимальная амплитуда аналогового сигнала определяется выражением

bmax = 2 + 0,3N (В).

Пик-фактор аналогового сигнала определяется выражением

П = 1,5 + 0,1N.

Вид дискретной последовательности S1(t) задан в табл.2 в восьмеричной форме (для компактности записи). При переводе S1(t) в двоичную форму необходимо заменить символы "0" на "-1".

Сигнал S2 (t) = - S1 (t).

Примечание: В разделе "Приложение" привести только сами расчеты без каких-либо подзаголовков и других словесных пояснений. Например:.


Таблица 2

Варианты дискретных последовательностей длиной 7, 9, 11 элементов
(в восьмеричной форме)

Уважаемый студент дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Теория связи
Вид работы: Курсовая работа
Оценка:Хорошо
Дата оценки: хх.05.2020
Рецензия:Уважаемый хххххххххххххххххх,

Калачиков Александр Александрович