Теория электрической сети

РЕФЕРАТ

 

Данная курсовая работа содержит 32 страниц, 5 рисунков и 1 таблицу.

Цель курсовой работы заключается в том, что бы сформировать структурную схему системы передачи, произвести расчет параметров АЦП и выходного канала АЦП, а также модулятора в системе передачи и информационных характеристик системы передачи, в том числе энтропия, избыточность, производительность источника и пропускная способность каналов. Вычислить оптимальный прием дискретных сигналов в данной системе передач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ДАННЫЕ ЗАДАНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ  Структурная схема системы передачи информации  Расчет параметров АЦП и выходного канала АЦП Расчет  модулятора  в системе передачи Оптимальный прием дискретных сигналов Расчет информационных характеристик системы передачи ЗАКЛЮЧЕНИЕ  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4 7 10 10 12 15 17 23 28 30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДАННЫЕ ЗАДАНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Вариант 48

 

№ п	Fmax, кГц	КА	ρдоп, дБ	Уровни квантов.	Метод модул.	Способ прием	Ао, В	Nо, Вт/Гц
48.	16	8	50	126	ОФМн	когер.	0,25	4Е-08

 

Задание 1. Структурная схема системы передачи.

Изобразить полную структурную  схему заданной системы передачи. Схема должна содержать в себе источник и приемник сообщений, АЦП и ЦАП,  кодер и декодер, модулятор и демодулятор, линию связи и источник помех. Объяснить назначение каждого блока.

 

Задание 2. Расчет параметров АЦП и выходного канала АЦП.

По заданной максимальной частоте Fm спектра первичного сигнала, коэффициенту амплитуды КА, допустимому отношению сигнал/шум квантования ρдоп, среднему значению сигнала А0 определить параметры АЦП и сигнала на его выходе. Для этого необходимо рассчитать следующие параметры:

- минимально допустимое число уровней квантования Lдоп и выбрать L > Lдоп, которое должно равняться целой степени числа 2;

• интервал дискретизации  Δt ;                                                                                     
• объяснить физический смысл теоремы Котельникова;
• отношение сигнал/шум квантования  ρ при выбранном L в (дБ);                                   
• улучшение отношения сигнал/шум при выбранном L по сравнению с заданным допустимым в (дБ);
• длину кодовой комбинации  АЦП  n;
• длительность символа  Тс;                                                                                          
• ширину спектра ИКМ сигнала;  
• максимальное значение сигнала  Аmax;                                                                                  
• шаг квантования Δ (квантование равномерное);                                                      
• скорость модуляции В на выходе АЦП, считая, что длительность кодовой комбинации равняется интервалу дискретизации.

 

Задание 3. Расчет модулятора в системе передачи.

Цифровым сигналом с выхода кодера модулируется гармоническое несущее колебание с частотой Fн = 1000Fmax и средним значением амплитуды А₀ в соответствии с методом модуляции. Необходимо:

• привести  структурную  схему модулятора;  

          -    записать аналитическое выражение для сигнала на выходе модулятора;

• вычислить ширину спектра модулированного сигнала и сравнить ее с

     шириной  спектра первичного сигнала.

Ширину спектра сигнала Fс на выходе модулятора можно вычислить по формулам для АМн, ФМн и ОФМн Fс = 1,5/Tс , а для ЧМн по формуле Fс = 2,5/Tс,  где Tс - длительность символа на входе модулятора, определенная выше. 

 

Задание 4. Оптимальный прием дискретных сигналов.

Необходимо:                                                                                                                

- вычислить вероятность ошибки символа на выходе оптимального демодулятора при заданном методе модуляции и способе приема.

- вычислить вероятность ошибки символа на выходе оптимального демодулятора при увеличении  и уменьшении амплитуды сигнала  А0 в 1,41 раза;                                                                                                       

-  вычислить  вероятность  ошибки  символа  на  выходе  оптимального демодулятора при увеличении и уменьшении скорости  модуляции В в 2  раза;                                                                                                       

-   сделать выводы  по полученным результатам вычислений;                         

-   привести алгоритм приема и структурную схему демодулятора для заданных метода модуляции и способа приема, дать необходимые пояснения о принципе работы выбранного алгоритма и схемы.

 

Задание 5. Расчет информационных характеристик системы передачи.

Необходимо:                                                                                                                    

- рассчитать производительность  источника сообщений H¹ (A) как скорость прихода информации с выхода АЦП, считая, что символы 1 и 0 равновероятны;                  

- вычислить пропускную  способность С непрерывного канала связи, которым передается модулированный сигнал, считая, что полоса пропускания канала связи равна ширине спектра сигнала, определенного в пункте 4;                                            

- сравнить производительность источника и пропускную способность канала связи, что утверждает теорема Шеннона для канала с помехами при таком их соотношении;

- рассчитать коэффициенты  η, β, γ, которые определяют  эффективность системы передачи, считая, что потерями информации  в канале можно пренебречь и скорость передачи равняется производительности  источника сообщений.                 

                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Теория электрической  связи (ТЭС) является неотъемлемой частью общей теории связи и представляет собой единую научную дисциплину, основу которой составляют: теория сигналов, теория помехоустойчивости и теория информации. Принципы и методы курса ТЭС являются теоретической основой для развития инженерных методов расчёта и проектирования аналоговых и цифровых систем связи.

Современный инженер  при разработке, проектировании и  эксплуатации систем связи различного назначения, удовлетворяющим конкретным техническим требованиям, должен уметь  оценивать, насколько полно реализуются в них потенциальные возможности выбранных способов передачи, модуляции, кодирования и определять пути улучшения характеристик систем связи для приближения их к потенциальным.

Правильная эксплуатация систем связи также требует знания основ теории передачи сигналов, выбора оптимального режима работы, критериев оценки достоверности передачи сообщений, причин искажения сигналов и т.д.

Курс ТЭС относится  к числу фундаментальных дисциплин  подготовки высококвалифицированных  инженеров, владеющих современными методами анализа и синтеза систем и устройств связи различного назначения. Целью курса является изучение основных закономерностей и методов передачи сообщений по каналам связи, для чего в курсе решаются задачи анализа и синтеза систем связи. В курсе рассматриваются способы математического представления сообщений сигналов и помех, методы формирования и преобразования сигналов в электрических цепях, вопросы анализа помехоустойчивости и пропускной способности систем электросвязи, методы экономного и помехоустойчивого кодирования, оптимального приёма сообщений, принципы многоканальной передачи и распределения информации в сетях связи, основы цифровой обработки сигналов, вопросы оптимизации систем связи.

Излагаются основные закономерности и методы передачи сообщений по каналам связи. Рассматриваются способы математического представления сообщений, сигналов и помех, методы формирования и преобразовании сигналов в системах (каналах) электрической связи, вопросы помехоустойчивости и пропускной способности систем электросвязи, методы экономного и помехоустойчивого кодирования, оптимального приема сообщений, принципы многоканальной передачи и распределения информации в сетях связи, основы цифровой обработки сигналов, вопросы оптимизации систем связи.

Введение способа измерения  количества информации К. Шенноном в  конце 40-х годов привело к формированию самостоятельного научного направления под названием “Теория информации”. Параллельно на основе работ В.А. Котельникова развивалось другое научное направление - теория помехоустойчивости.

Теория информации решала задачу максимизации средней скорости передачи. Главной задачей теории помехоустойчивости является отыскание таких способов передачи и приема, при которых обеспечивалась бы наивысшая достоверность принятого сообщения. Обе задачи являются, по сути различными сторонами одного и того же процесса обработки информации при ее передаче и приеме.

В 1946 и 1956 гг. В.А. Котельниковым  были опубликованы работы по оптимальным методам приема и потенциальной помехоустойчивости. Использование результатов этих работ дало возможность судить  о том, насколько данная конкретная аппаратура близка к идеальной по своей способности выделять сигнал из смеси его с помехами.

Существенным шагом  в становлении новой теории передачи информации явилась “Математическая теория связи” К.Шеннона. В этой работе доказана теорема о пропускной способности канала связи. Оказалось, что при скоростях передачи, меньших пропускной способности канала, существуют методы передачи (кодирования) и приема (декодирования), позволяющие восстановить передаваемый сигнал со сколь угодно малой вероятностью ошибки, несмотря на наличие помех.

Работы В.А. Котельникова и К. Шеннона создали  фундамент теории передачи сигналов, которая получила дальнейшее развитие благодаря работам многих ученых по отдельным ее разделам.

В данной курсовой работе рассмотрены вопросы систем передач информации, расчета параметров АЦП и выходного канала АЦП, оптимального приема дискретных сигналов, а также расчета информационных характеристик передачи, в том числе энтропия, избыточность, производительность источника и пропускная способность каналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

1. СТРУКТУРНАЯ  СХЕМА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

 

Общая задача системы  связи состоит в передаче сообщений от человека или технического устройства, другому человеку или устройству, не имеющему возможности получить нужные сведения из непосредственных наблюдений. Наблюдаемая материальная система вместе с наблюдателем представляет собой источник информации, а человек или устройство, которому передаются результаты наблюдения, получатель (потребитель) информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Структурная схема системы передачи информации

 

Непрерывное сообщение A(t), реализация стационарного гауссовского случайного процесса, заданное функцией корреляции B(t), с выхода источника сообщений поступает на вход ФНЧ для ограничения занимаемой им полосы частот. Затем сигнал X(t) дискретизируется во времени в дискретизаторе, далее квантуется по уровню и затем квантованные уровни кодируются. Для передачи полученного ИКМ-сигнала  необходимо использовать один из видов дискретной модуляции, в нашем случае ДОФМ. В передающем устройстве (ПДУ) системы на основе аналого-цифрового преобразования (АЦП) сообщение преобразуется в первичный цифровой сигнал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), в результате при использовании ДОФМ формируется канальный сигнал S(t). При передаче сигнала по узкополосному непрерывному каналу связи (НКС), на сигнал воздействует аддитивная помеха N(t). Далее в приемном устройстве ПРУ, полученная смесь сигнала и помехи Z(t) = S(t) + N(t) подвергается при детектировании когерентной обработке. Далее происходит восстановление сигнала на основе цифро-аналогового преобразования (ЦАП) с последующей низкочастотной фильтрацией.