Министерство общего и профессионального образования
Российской федерации
Уральский Государственный Технический Университет
Кафедра РТС
Курсовая работа по теме:
“Передача аналогового сообщения по цифровой линии связи"
по курсу «Основы радиотехнических систем»
г. Екатеринбург, 2000г.
Работа 1
Цель работы
В данной работе изучается:
принцип кодирования аналогового сообщения, основанный на счётно-импульсном методе;
принцип весового декодирования и демодуляции;
использование избыточного кодирования для повышения помехоустойчивости системы связи;
влияние помехи в линии связи на качество передачи сообщения.
Расчётное задание
1. Необходимо рассчитать зависимость dкв(n) при передаче гармонического сообщения, а также результирующую ошибку при вероятности ошибки в канале связи pош=10-2¸5*10-1 для 5-разрядного кода.
/>; />
kпx – пик-фактор сообщения;
Nкв – число уровней квантования;
/>
Так как сообщение представляет собой синусоиду, то пик-фактор сообщения равен />, поэтому получим:
/>
n
5
4
3
2
1
dкв(n)
0.0255
0.0510
0.1021
0.2041
0.4082
/>/>
pош
10-2
4*10-2
7*10-2
10-1
4*10-1
5*10-1
dобщ
0.1032
0.2016
0.2658
0.3173
0.6330
0.7076
2. Предложить алгоритм выделения из экспериментальных зависимостей величин отдельных составляющих искажений и оценки вероятности ошибки в эксперименте.
Относительная среднеквадратическая ошибка (ОСКО) передачи сообщения определяется как:
для случая без действия помех d2S = d2кв + d2м-д
для случая с помехами в линии связи d2S = d2кв + d2ш + d2м-д
Величину относительной среднеквадратической ошибки модуляционно-демодуляционных искажений dм-д найдём из соотношения:
dм-д = (d2S — d2кв)1/2,
где d2кв – рассчитанное значение;
d2S — ОСКО, полученная для случая без коррекции ошибок.
Ошибку, обусловленную помехами в линии связи, dш найдём из выражения:
dш = (d2S — d2кв — d2м-д)1/2,
здесь d2S — ОСКО, полученная для случая с коррекции ошибок.
Вероятность ошибки при приёме отдельного элемента цифровой последовательности при действии помех в линии связи на сигнал найдём из следующих соотношений. Средняя мощность ошибки сообщения Pош на входе декодера равна:
Pош » pош×X2m/3;
Px = X2m/2;
d2S = Pош/ Px = d2кв + d2ш + d2м-д.--PAGE_BREAK--
Итого, имеем:
pош = 1,5×d2S,
где d2S — ОСКО, полученная для случая без коррекции ошибок.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из преобразователя аналог-код типа Ф706; линии связи, обеспечивающей параллельную передачу 5-разрядного кода, сигналов синхронизации и контрольного разряда, а также формирование помех; преобразователя код-аналог типа Ф706; осциллографа С1-20, измерителя нелинейных искажений типа ИНИ-12.
В лабораторной установке имеются следующие возможности изменения параметров и режимов, позволяющие оценить их влияние на качество передачи сообщения – измерить величину искажений:
ручной набор выходного напряжения датчика сообщения;
передача гармонического сигнала с частотой 50 Гц;
изменение частоты дискретизации сообщения 200, 500, 1000Гц («Частота запуска»);
изменение шага квантования – последовательное отключение разрядов в принятой кодовой комбинации (на входе детектора);
сравнение качества передачи сообщения избыточным кодом и безызбыточным кодом при изменении вероятности ошибки в линии связи.
Экспериментальная часть
В ходе выполнения лабораторной работы мы ознакомились с измерительным оборудованием, назначением регулировок и переключателей на приборах установки для установления необходимого режима исследования; качество передачи контролировалось по осциллографу. Нами были сняты следующие зависимости:
зависимость искажений от величины шага квантования (числа разрядов) kf(n) при постоянной частоте дискретизации 500Гц.
Таблица 1
n
5
4
3
2
1
Kf, %
7.8
11
14
23
32
зависимость искажений от частоты дискретизации при постоянном числе разрядов n=5.
Таблица 2
fд, Гц
1000
500
100
10
Kf, %
4
7.8
23
>90
зависимость искажений от вероятности ошибки в линии связи без коррекции и с коррекцией ошибок при n=5 и Fд=500 Гц (kf(pощ)).
Таблица 3
pош
32-1
16-1
8-1
4-1
2-1
Kf, %
11
16
22
29
40
Kfкор, %
8.6
10
15
18
22
Обработка результатов эксперимента
Найдём dш и вероятность ошибки pош при коэффициенте деления делителя 4, n = 5 и Fд = 500 Гц, используя выведенные ранее соотношения:
dм-д = (d2S — d2кв)1/2 = ((0.078)2 – (0.0255)2)1/2 » 0.073
dш = (d2S — d2кв — d2м-д)1/2 = ((0.18)2 – (0.0255)2 – (0.073)2)1/2 » 0.1625
pош = 1,5×d2S = 1,5×((0.0255)2+(0.1625)2+(0.073)2) = 4.86×10-2
Анализ полученных результатов
В данной лабораторной работе нами изучались: принцип кодирования аналогового сообщения, основанный на счётно-импульсном методе; принцип весового декодирования и демодуляции; использование избыточного кодирования для повышения помехоустойчивости системы связи; влияние помехи в линии связи на качество передачи сообщения.
Из полученных результатов можно сделать следующие выводы:
В соответствии с теорией при изменении величины шага квантования изменяется и величина искажений, т.е. чем больше шаг квантования (меньше число разрядов), тем выше уровень искажений: 7.8% при n=5 и 32% при n=1. Это происходит потому, что с ростом шага квантования растёт относительная среднеквадратическая ошибка квантования. Можно отметить, что для передачи аналогового сообщения с минимумом искажений нужно вполне определённое число уровней квантования. продолжение
--PAGE_BREAK--
Также в соответствие с теорией при изменении величины частоты дискретизации изменяется и величина искажений: их тем больше, чем она меньше (т.к. в этом случае увеличивается ОСКО модуляционно-демодуляционных искажений), причём, существует вполне определённая минимально допустимая (с точки зрения искажений) частота дискретизации. Тем не менее, согласно теореме Котельникова для точной передачи аналогового сообщения вполне достаточно использовать частоту дискретизации, в два раза превышающую верхнюю граничную частоту спектра сообщения; в нашем случае для передачи «сообщения» частотой 50Гц достаточно частоты дискретизации в 100Гц, при этом величина искажений составляет порядка 20%.
Использование коррекции ошибок (контроля чётности) при передаче сообщения уменьшает общую ОСКО.
Таким образом, цель лабораторной работы можно считать достигнутой.
Работа 2
Цель работы: исследовать асинхронную адресную систему связи с импульсно-временным кодированием и проанализировать основные показатели качества данной системы.
Функциональная схема лабораторной установки
/>
/>
Экспериментальная часть
Производилось снятие зависимости числа ложных импульсов на выходе схемы совпадений от интенсивности ХИП. Результаты эксперимента сведены в таблице 1.
Таблица 1
Положение потенциометра
1
2
3
4
5
ZS/с
758
1230
2185
2565
3404
Zлож (3х-имп. код) за 30с
1
-1
632
1049
1488
Zлож (3х-имп. код)/с
0.033
-0.033
21.07
34.97
49.6
Zлож (2х-имп. код) за 30с
-1
182
1072
2553
3725
Zлож (2х-имп. код)/с
-0.033
6.07
35.73
85.1
124.17
d2 (3х-имп. код)
2.7*10-4
2.7*10-4
0.171
0.283
0.402
d2 (2х-имп. код)
2.7*10-4
0.049
0.289
0.689
1.006
Расчётная часть
Ниже приведён расчёт относительной величины искажений в спектре ВИМ.
Результаты расчётов также сведены в таблице 1. По полученным в расчётах результатам и экспериментальным данным построены соответствующие зависимости: интенсивности ложных импульсов и относительной величины искажений от интенсивности потока (соответственно рис.1 и рис.2 для 2х и 3х-импульсного кода).
Также были сняты осциллограммы в точках 5, 6 и 7 (см. функциональную схему), они приведены ниже, соответственно на рис.3-рис.5.
Выводы
В данной лабораторной работе была исследована зависимость числа ложных импульсов от интенсивности хаотической импульсной помехи ХИП, то есть, сколько образуется ложных адресов при разном количестве абонентов и разной длине кода (3-х и 2-х импульсная система кодирования). Оказалось, что чем больше абонентов, тем больше ложных адресов, что удовлетворяет теоретическим сведениям, а трёхимпульсный код лучше двух-импульсного. Также было рассчитано число ожидаемых ложных адресов (измерения проводились в течение 30 секунд), результаты сведены в таблице 2.
Таблица 2.
Положение потенциометра
1
2
3 продолжение
--PAGE_BREAK--
4
5
ZS
758
1230
2185
2565
3404
3-х имп. за 30с
0.98
4.187
23.471
37.97
88.746
2-х имп. за 30с
172.369
453.87
1432
1974
3476
Видно, что теоретическая интенсивность в большинстве своём получилась меньше, чем было получено в эксперименте. Это объясняется тем, что в эксперименте адрес считается ложным, если произошло хотя бы частичное наложение импульсов, тогда как в теории мы приняли считать адрес ложным, если произошло полное совпадение импульсов. Поэтому надо стремиться к тому, чтобы импульсы не перекрывались, этого можно достигнуть, максимально уменьшая длительность импульсов.
Контрольные вопросы
Вопрос № 1: объяснить принцип частотно–временного кодирования и сформулировать условия, при которых адреса ЧВК ортогональны.
Ответ: для работы многоканальных адресных систем передачи информации используется принцип разделения каналов абонентов по структуре сигнала–адреса, причем передаваемая информация заключена в изменении либо амплитуды, либо временного положения адреса. В данном случае адрес используется в виде частотно–временного кода (ЧВК). ЧВК задается частотно–временной матрицей.
/>
Общее число адресов, возможное при ЧВК, определяется так:
/>
Адрес выглядит как пачка импульсов с заполнением поднесущими частотами, код образует комбинация поднесущих. Импульсная последовательность с различным частотным заполнением переносится на несущую частоту передатчика. Несколько передатчиков могут использовать одну несущую. Приемник разделяет поднесущие частоты, детектирует их и формирует импульсы отдельных частотных каналов. Код ЧВК широкополосный, сетка частот выбирается также, как и для ЧРК.
Условия ортогональности: взаимно-корреляционная функция ®
Ширина полосы радиолинии выбирается исходя из заданного качества разделения каналов.
Вопрос: Какие дополнительные искажения в передачу сообщения вносятся дискретной линией задержки?
Ответ: В передачу сообщения вносятся дополнительные искажения кодирующей линией задержки, т.к. она не идеальна: в лабораторной установке используется её дискретный вариант, реализованный на регистрах сдвига. Для получения необходимого разноса по времени применены 2 четырёхразрядных регистра, соединённых последовательно; очевидно, что на передачу сообщения оказывает влияние быстродействие применяемых регистров, так недостаточно быстродействующие ИМС вызывают, например, затягивания фронтов импульсов и т.д. Лучшие показатели по быстродействию имеют аналоговые линии задержки с необходимыми отводами, их применение позволило бы существенно снизить искажения, обусловленные влиянием линии задержки.