Цифровая система передачи непрерывных сообщений (стр. 2 из 7)
Рис 1.3 Модель модулятора и демодулятора для передачи сигнала с помощью ОФМ-4.
Рисунок 1.4 – Переданный и принятый сигналы.
Рисунок 1.5 – Модулированный сигнал.
1.5 Канал связи
Линией связи называется среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. В системах электрической связи — это кабель или волновод, в системах радиосвязи — область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.
Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до точки В (рис. 1.1). Точки А и В могут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Если сигналы, поступающие на вход канала и снимающиеся с его выхода, являются дискретными (по состояниям), то канал называется дискретным. Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными, то и канал называется непрерывным. Встречаются также дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы, на вход которых поступают дискретные сигналы, а с выхода снимаются непрерывные, или наоборот. Видно, что канал может быть дискретным или непрерывным независимо от характера передаваемых сообщений. Более того, в одной и той же системе связи можно выделить как дискретный, так и непрерывный каналы. Все зависит от того, каким образом выбраны точки А и В входа и выхода канала.
Непрерывный канал связи можно характеризовать так же, как и сигнал, тремя параметрами: временем Tk, в течение которого по каналу ведется передача, динамическим диапазоном Dk и полосой пропускания канала Fk. Также в канале связи на сигнал накладываются помехи, обусловленные различными характеристиками среды распространения.
2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АЦП И ЦАП
Исходные данные для расчетов:
- максимальная частота спектра первичного сигнала
=6,5 кГц;- плотность вероятности мгновенных значений первичного сигнала p(b) –двухстороннее экспоненциальное распределение;
- средняя мощность первичного сигнала
=0,07 Вт;- коэффициент амплитуды первичного сигнала
=9;- допустимое отношение сигнал/помеха на входе получателя
=30 дБ;- допустимое значение сигнал/шум квантования
=33 дБ;- в АЦП производится равномерное квантование.
Требуется:
- составить и определить структурные схемы АЦП и ЦАП ;
- определить интервал дискретизации
и частоту дискретизации 
;- определить число уровней квантования L и значность двоичного кода n;
- рассчитать длительность двоичного символа
;- рассчитать отношение сигнал/шум квантования
при выбранных параметрах АЦП;- рассчитать допустимую вероятность ошибки символа
в канале связи (на входе ЦАП).В составе цифрового канала предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму – аналогово-цифровой преобразователь на передающей стороне и устройство преобразования цифрового сигнала в непрерывный – ЦАП на приемной стороне. Структурные схемы АЦП и ЦАП приведены на рисунке 1.1,1.2.
Входной ФНЧ в схеме АЦП необходим для ограничения спектра первичного сигнала. Это связано с тем, что у большинства первичных сигналов спектр является медленно убывающей функцией, и величина
не есть частота, выше которой спектр равен нулю, а является граничной частотой полосы, которую необходимо передать из условия достижения заданного качества воспроизведения первичного сигнала ( определяется требуемой разборчивостью речи, четкостью изображения и т.д.).На приемной стороне линии связи последовательность импульсов после демодуляции и регенерации в приемнике поступает на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, назначение которого состоит в обратном преобразовании (восстановлении) непрерывного сообщения по принятой последовательности кодовых комбинаций. В состав ЦАП входят декодирующее устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантованную последовательность отчетов, и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям.
Преобразование аналог-цифра состоит из трех операций (рис.2.2): сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени через интервалы Δt (рис.2.2, а); полученные отсчеты мгновенных значений b(kΔt) квантуются (рис.2.2,б); наконец, полученная последовательность квантованных значений bкв(kΔt) передаваемого сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности т-ичных кодовых комбинаций (рис.2.2,в). Такое преобразование называется импульсно-кодовой модуляцией.
Рисунок 2.2 – Преобразование непрерывного сообщения в последовательность двоичных импульсов.
Преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму в системах ИКМ, как отмечалось, сопровождается округлением мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Возникающая при этом погрешность представления является неустранимой, но контролируемой (так как не превышает половины шага квантования) (рис.2.2,г). Погрешность (ошибку) квантования, представляющую собой разность между исходным сообщением и сообщением, восстановленным по квантованным отсчетам, называют шумом квантования.
Интервал дискретизации по времени
выбираем на основе теоремы Котельникова: функция времени, спектр которой ограничен сверху некоторым значением частоты Fmaxполностью определяется своими отсчетами, сделанными с частотой fкв³2Fmax.Итак, частота дискретизации
выбирается из условия 
(2.1) 
кГц 
кГц.Увеличение частоты дискретизации позволяет упростить входной фильтр АЦП, ограничивающий спектр первичного сигнала, и выходной (интерполирующий) ФНЧ ЦАП, восстанавливающий непрерывный сигнал по отчетам. Но увеличение частоты дискретизации приводит к уменьшению длительности двоичных сигналов на выходе АЦП, что требует нежелательного расширения полосы частот канала связи для передачи этих символов. Обычно параметры входного ФНЧ АЦП и выходного ФНЧ ЦАП выбирают одинаковыми.
Для того чтобы ФНЧ не вносили линейных искажений в непрерывный сигнал, граничные частоты полос пропускания ФНЧ должны удовлетворять условию
(2.2)Для того чтобы исключить наложение спектров
и 
(см. приложение А), а также обеспечить ослабление восстанавливающим ФНЧ составляющих , граничные частоты полос задерживания ФНЧ должны удовлетворять условию 
.(2.3)Чтобы ФНЧ не были слишком сложными, отношение граничных частот выбирают из условия
.(2.4)После учета этих условий, т.е. формулы (2.2), (2.3), (2.4) выбираем
fД =15 кГц, f1 =6,5 кГц, f2=8,5 кГц.
Интервал дискретизации по времени
(2.5) 
.Средняя мощность шума квантования
 |
:
. (2.6)Заданное в децибелах отношение сигнал/помеха необходимо представить в разах