1. Расчет параметров системы1.1 Расчет параметров преобразования сообщений1.1.1Параметры сообщения
Прикодировании непрерывных сообщений с помощью ДИКМ возникают ошибки временнойдискретизации δ1, ограничения динамического диапазона δ2,квантования сообщения δ3.
При заданнойплотности вероятности мгновенных значений W(x), ошибки, вызваннойограничением динамического диапазона δ2, не будет. Т.к. W(x) ограниченная функция,со следующими параметрами:
— Математическое ожидание
/> (1.1)
— Величину xm – максимальное значение,которое может принять процесс W(x), найдем из уравнения:
/> (1.2)
тогда />; />;
полученныерезультаты показывают, что пик фактор сообщения /> значит, компрессиядинамического диапазона не будет применяться.
1.1.2Выбор ошибок преобразования
Для расчетаосновных параметров требуется выбрать соотношение между ошибкамипреобразования.
— Ошибкавременной дискретизации δ1:
РезультатомДИКМ является цифровой сигнал, несущий информацию о величине и знаке приращениямежду двумя соседними отсчетами сообщения или разность между истинным ипредсказанным значением отсчета по ограниченному числу предыдущих значенийсообщения.
Эта операцияприводит к резкому уменьшению разрядности сигнала, но и к повышению частоты дискретизации,которая вычисляется по формуле:
/>, (1.3)
где Fв – верхняя частотаспектра сообщения после ограничения, которая находится по формуле, полученнойпреобразованием формулы (4.2.1.) [1].
/> (1.4)
в итоге,задавая значения δ1, получим значения Fd.
— Ошибкаквантования сообщения δ3.
Шагквантования будет определяться заданной ошибкой квантования δ3.(4.2.2) [1].
/>, значит /> (1.5)
задаваязначения δ3, получим значения hk.
Результатомправильного выбора ошибок преобразования, должна явится минимизация полосычастот радиолинии Dfрл=min, что в достигается в основном, при максимальнойдлительности разряда цифрового сигнала tn =max. (формула 4.2.9. [1]).Из формулы видно что это условие достигается, при неизменности прочих условий (Nc), минимизацией Fd, и максимизацией hк,(это следует извыражения 4.2.4., 4.2.9. [1]),Эти условия позволяют определиться с выбором ошибок, даже не зная Nc.
Произведемрасчет Fв, Fd и hk для разных вариантов распределения ошибок используя формулы (1.3– 1.5). Учтем, что распределение ошибок выбирается из условия:
/> (1.6)
Полученныерезультаты сведем в таблицу 1.
Таблица 1Вариант распределения между ошибками
Fв [Гц]
Fd [Гц]
hk
/> 102,7 868 1,6
/> 106,4 825 1,7
/> 100,4 965 1,4
Полученныерезультаты позволяют выбрать следующие значения:
δ1=0.0164
δ3=0.0251
Fd=825 Гц,
Fв=106.4 Гц,
hk=1.7
Итак,исходное сообщение является узкополосным.
1.1.3 Параметрыпреобразованных сообщений
Проведемдальнейший расчет основных параметров:
- эквивалентнаяполоса частот w0э, определяемая из уравнения:
/>
- числоуровней квантования m:
/>, возьмем m=3,
- числоразрядов двоичного кода n:
/>, значит n=2,
- длительностьканального сигнала Тк.
Ткопределяется частотой следования отсчетов оцифрованного сигнала, дляправильного восстановления сообщения на приемной стороне.
/>
- длительностьразрядного импульса τп:
/> (1.7)
где:
N=6 – количество датчиковна объекте.
Nc=13 – количествослужебных бит, включающих:
6 бит – адресобъекта. Разрядность адреса находится из максимально допустимой нагрузки насистему А (Эрл/ч), котораянаходится при заданной вероятности отказа Pотк=0.04, из графика [1]:
/> (1.8.), отсюда
/> (1.9)
значит,система может обеспечивать работу 43 шаров-зондов.
Тогдаразрядность адреса составит 6 бит.
3 бита — помехоустойчивое кодирование сообщения.
4 бита –служебная информация, содержащая расстояние до объекта.
— скоростьпередачи цифрового сигнала, объем передаваемой информации
/>
/>
скоростьпередачи системы будет больше чем у систем передачи речи.
- полосачастот группового сигнала ΔfΣ.
/>
- Параметрымодуляции во второй ступени.
Во второйступени модуляции используется двухпозиционная ЧМн. Выберем девиацию частоты />
- полосачастот радиолинии Δfрл.
Вразрабатываемой системе используется адресный метод доступа к радиоканалу. Т.е.используются кодирование функциями Уолша, тогда:
/>
где γ=2– коэффициент, зависящий от формы импульса и способа обработки сигнала вприемнике.
Коэф.=1.1 –коэф. Учитывающий взаимной нестабильности несущей частоты излучаемого сигнала ичастоты настройки приемника и доплеровского сдвига, который в данной системесоставит Δfдопл=20 Гц, при максимальнойскорости объекта v=10 м/с.
Nw = 9 – максимальный порядокфункции Уолша, применяемой при передачи. Т.к. при использовании функций Уолшакаждый бит передаваемой информации передается Nw количеством эфирных бит.В проектируемой системе функция Уолша 1-го порядка не используется, дляскрытности работы системы.
Хотяиспользование функций Уолша и расширяет спектр сообщения, тем не менее системабудет узкополосной.1.2Расчет энергетических характеристик
Качествовыделения информации приемным устройством цифровой системы передачи информации,связано с вероятностью ошибки приёма разряда сообщения. Связь между допустимымзначением вероятности ошибки Рд и пороговым отношением мощностисигнала к мощности шума h2пор =q2 для двухпозиционной ЧМн при некогерентном приемеможет быть представлена в виде:
/>, (1.10)
из данноговыражения выделим пороговое отношение h2пор:
/> (1.11)
h2пор позволяет рассчитатьнеобходимую мощность сигнала на входе приемника, если известна мощность егошумов. Но из — из флюктуаций сигнала в точке приема меняется во временислучайным образом. Характер изменения таков, что плотность вероятности мощностиблизка к плотности вероятности Релея.
Опираясь наформулы (4.3.3, 4.3.6. [1]), найдем h2раб.
/> (1.12)
полученноезначение h2раб, обеспечивает заданную надежность связи.
Найдеммощность шума, приведенную ко входу приемника, используя выражение (4.3.8 [1].)
/> (1.13)
где N0– спектральная плотностьшумов, приведенных к входу приемника.
Спектральнаяплотность шума состоит из следующих составляющих, найденных из рис.1 [1]. для f=600МГц:
/> (1.14)
где N01 – минимальные космическиешумы.
N02 – шумы параметрическихусилителей.
Расчеттребуемой мощности излучаемого сигнала
Найдем рабочеезначение удельной средней мощности передатчика. (4.3.9. [1]).
/> (1.15)
где:
GA — – коэффициентнаправленного действия передающей антенны, находится по формуле с учетом рис. 1:
/> (1.16)
Sэф – эффективная площадьприемной антенны.
/>, (1.17)
Рраб– рабочая мощность сигнала на входе приемника.
/> (1.18)
Рпор– пороговая мощность сигнала на входе приемника
/> (1.19)
η=0.2–коэффициент потерь энергии сигнала в антенно-фидерных трактах приемника ипередатчика и при распространении радиоволн.
a,b- ширина диаграммы направленности антенны вгоризонтальной и вертикальной плоскости в градусах. (Рис. 1)
Получивзначение удельной средней мощности передатчика, найдем рабочую мощностьпередатчика, при условии, что в антенной системе используется 75 Ом фидер.
/> (1.20)
Требуемаямощность не велика, значит источники питания на объектах будут работать долго,сокращая эксплуатационные расходы системы.
Расчетвероятности ошибки приёма кодовой группы при независимых ошибках приёмаразрядов можно провести, используя равенство (4.3.10. [1]):
/> (1.21)
Расчетотносительной с.к.о. воспроизведения сообщения, вызванной действием шумовойпомехи на цифровой сигнал, можно выполнить по формуле (4.3.12. [1]):
/> (1.22)
Найдем эффективноезначение результирующей относительной ошибки сообщения на выходе системы сучетом действия шумовой помехи;
/> (1.23)
Полученное значениепоказывает, что наибольшие искажения при оцифровке непрерывных сообщений спомощью ДИКМ, а ошибки, возникающие при передачи сообщения незначительны.
Значит,система некритична к шумам, действующим в приемопередающем тракте.
1.3 Помехоустойчивое кодирование
Вразрабатываемой системе для защиты передаваемой информации используетсяизбыточное блочное кодирование. Применяется систематический код (25;22).
Оценкавозможностей данного кода.
Систематическиекоды различаются по минимальному кодовому расстоянию dmin, которое определяется изследующих условий:
- Необходимоеусловие (Граница Хейминга) (стр.182 [2])
/>, (1.24),
где r=3 – количествопроверочных бит.
- Достаточноеусловие (Граница Варшамова-Гильберта).
/> (1.25),
Тогдаподбирая значения dmin, добьемся выполнения условий (1.24, 1.25). Этовыполняется при dmin=6.
Корректирующиекоды можно одновременно использовать для обнаружения и исправления ошибок.Разрядность этих ошибок определяется из условия:
/> (1.26)
где a – разрядностьисправляемых ошибок.
b – разрядностьобнаруживаемых ошибок, при условии что b>a.
Тогда выберемследующие значения:
a=2,
b=3.
Итакданный код способен одновременно обнаруживать двухразрядные и обнаруживатьтрехразрядные ошибки.
Определимвероятность не обнаружения ошибок данным кодом, которая вычисляется по формуле(8.28 [2]).
/> (1.27)
Полученноезначение, показывает, что при заданной РД ошибки кратности 4 и вышене возникают.
Определимвероятность появления ошибок, которые код обнаруживает, но не может исправить.Т.е. ошибки кратности 3 по формуле (8.27 [2]).
/> (1.28)
Полученнаявероятность ошибки пренебрежительно мала.
Полученныерезультаты позволяют сделать вывод:
- полученныйсистематический код обнаруживает все ошибки.
- исправляетпрактически все из обнаруженных ошибок.
- Всемэтим обеспечивается очень высокая помехоустойчивость передачи.
Поэтомув рассматриваемой системе будет реализован следующий способ коррекции:
Неправильнопринятые пакеты будут стираться.
1.4Основные параметры приемной и передающей антенн
Нацентральном пункте и на объекте применяются приемопередающие антенныпредставляющие собой элементы Гюгенса со следующими диаграммами направленности:
/>
/>
Определимпараметры антенн:
- Коэффициентнаправленного действия. Ga=2
- Коэффициентполезного действия ηа=0,8
Итак, впроектируемой системе антенны на объекте и на ЦП одинаковые.Сводные результаты расчета ивыбора параметров функциональных устройств
- ошибкавременной дискретизации — δ1=0.0164
- ошибкаквантования сообщения — δ3=0.0251
- пикфактор сообщения — Пх=2
- частотадискретизации — Fд=825Гц
- верхняячастота спектра сообщения после ограничения — Fв=106.4 Гц,
- шагквантования — hk=1.7
- длительностьпакета данных — Тк=1,2*10-3
- длительностьразрядного импульса — τп=48мкс
- девиациячастоты при ЧМн — Δfd=10КГц
- полосарадиолинии — Δfрл=413КГц
- рабочаячастота — f=600МГц
- пороговоеотношение сигнал/шум — h2пор=24
- рабочееотношение сигнал/шум — h2раб=478
- КНДантенны — Ga=2
- Эффективнаяплощадь антенны — Sэф=0,04м2
- Мощностьизлучаемого сигнала — Рпер=15Вт
- вероятностиошибки приёма кодовой группы — Рош=4.8*10-6
- относительнаяс.к.о. воспроизведения сообщения — δ=0,031
3. Временные диаграммы процессов3.1Структура канала трафика (передача информации с объекта на ЦП)/> Рис. 3.Структура канала трафика3.2 Структура прямого канала управления (с ЦП наобъект)
/>Рис. 4.Структура прямого канала управления
Библиографическийсписок
1. Методические указания изадания к курсовой работе по РЭСТК. УПИ 2001 г. 15 с
2. Пенин П.И. Системыпередачи цифровой информации. М.: Сов. Радио, 1976. 368 с.
3. Радиосистемы передачиинформации / под ред. И.М. Теплякова. М.: Радио и связь, 1982. 264 с.