Цифровая система передачи непрерывных сообщений (стр. 1 из 7)
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Структурная схема и характеристики цифровой системы передачи непрерывных сообщений
1.1 Источник сообщений
1.2 АЦП и ЦАП
1.3 Кодер и декодер корректирующего кода
1.4 Модулятор и демодулятор
1.5 Канал связи
2. Расчет параметров АЦП и ЦАП
3. Расчет информационных характеристик источника сообщений и первичных сигналов
3.1 Расчет информационных характеристик источника непрерывных сообщений
3.2 Расчет информационных характеристик сигнала на выходе АЦП
4. Расчет помехоустойчивости демодулятора дискретной модуляции
5. Выбор корректирующего кода и расчет помехоустойчивости системы связи с кодированием
7. Расчет эффективности системы связи
Заключение
цифровой непрерывный сообщение демодулятор помехоустойчивость
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время тяжело представить себе жизнь людей без систем передачи информации. С помощью систем передачи информации соединяются в одну структуру компьютерные, телефонные и другие сети различных структур, городов и предприятий. С каждым днем растут потребности в скорости передачи информации, а главное в степени ее защищенности. Использование цифровых линий передачи информации значительно повысило и скорость передачи информации, и степень ее защищенности за счет использования в них оптического волокна и меньшей восприимчивости к помехам цифровых сигналов. Существенное преимущество цифровых систем также в простоте их подключения к ЭВМ, что позволяет существенно расширить применение вычислительной техники в исследовании систем связи и в управлении ими. Для исследования систем связи современная теория связи использует как детерминированные модели сигналов, так и вероятностные модели для передаваемых сообщений, соответствующих им сигналов и помех (шумов) в канале. Вероятностный подход учитывает случайный (для получателя) характер передачи сообщений и помех в канале и позволяет определить оптимальные приемные устройства (обеспечивающие максимально возможное качество) и предельные показатели систем передачи сообщений (систем связи).
1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи (рис.1.1).
Рисунок 1.1 – Структурная схема ЦСП.
Важнейшими показателями работы системы связи являются скорость передачи (пропускная способность – так как эти две величины во всех системах связи связаны соотношением: пропускная способность > скорость передачи) и помехоустойчивость. Под помехоустойчивостью понимают способность системы противостоять вредному влиянию помех на передачу сообщений. Максимальное количество информации, которое может быть передано двоичным символом, получило название бит. Существуют и многие другие параметры, характеризующие с различных точек зрения качества системы связи. К ним относятся скрытность связи, надежность системы, габаритные размеры и масса аппаратуры, стоимость оборудования, эксплуатационные расходы и т. п.
Дадим описание каждого блока структурной схемы цифровой системы передачи непрерывных сообщений.
1.1 Источник сообщений
Совокупность знаков содержащих ту или иную информацию называют сообщением. Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используются различные знаки, позволяющие выразить (представить) ее в некоторой форме.
Источник сообщения генерирует сигнал, предназначенный для дальнейшей передачи в канале связи. Этот сигнал должен содержать случайную составляющую, иначе он не будет нести никакой информации. В данной работе источник сообщений представляется в виде случайного процесса с нормальным распределением плотности вероятности мгновенных значений.
Кроме распределения плотности вероятности мгновенных значений основными характеристиками сигнала являются длительность сигнала Tc, его динамический диапазон Dc и ширина спектра Fc. Длительность сигнала Tc является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон — это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Он выражается обычно в децибелах. Ширина спектра сигнала Fc – этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Спектр сигнала, в принципе, может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. Можно также ввести более общую и наглядную характеристику – объем сигнала:
Vc=TcDcFc(1.1)
Объем сигнала Vc дает общее представление о возможностях сигнала как переносчика сообщений, т.е. чем больше объем сигнала, тем большее количество информации можно поместить в этот сигнал и тем труднее такой сигнал передать по каналу связи [3].
1.2 АЦП и ЦАП
Рис 1.1. Структурная схема АЦП.
Рис 1.2. Структурная схема 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. АЦП по средствам импульсно кодовой модуляции переводит сигнал из аналоговой формы в цифровую представленную в виде последовательности m-ичных кодовых комбинаций. На приемной стороне ЦАП восстанавливает исходное сообщение по принятым кодовым комбинациям. Более подробно АЦП и ЦАП будут рассмотрены в пункте 2.
1.3 Кодер и декодер корректирующего кода
На выходе АЦП наш сигнал является цифровым и представлен в двоичном коде. Однако этот код не является помехоустойчивым, поэтому между АЦП и модулятором включен кодер корректирующего кода, а между демодулятором и ЦАП - декодер корректирующего кода, для повышения помехозащищенности кода .
При кодировании происходит процесс преобразования элементов сообщения в соответствующие им числа (кодовые символы). Каждому элементу сообщения присваивается определенная совокупность кодовых символов, которая называется кодовой комбинацией. Совокупность кодовых комбинаций, обозначающих дискретные сообщения, образует код. Правило кодирования может быть выражено кодовой таблицей, в которой приводятся алфавит кодируемых сообщений и соответствующие им кодовые комбинации. Множество возможных кодовых символов называется кодовым алфавитом, а их количество m — основанием кода. Число разрядов n, образующих кодовую комбинацию, называется значностью кода, или длиной кодовой комбинации.
Декодирование состоит в восстановлении сообщения по принимаемым кодовым символам. Устройство, осуществляющее кодирование и декодирование, называют кодеком.
1.4 Модулятор и демодулятор
Так как сигнал является широкополосным и не приспособленным к передачи в канале связи то его моделируют и делают более приспособленным к передаче в канале связи. Модуляция производится путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений.
При дискретной модуляции закодированное сообщение, представляющее собой последовательность кодовых символов, преобразуется в последовательность элементов (посылок) сигнала путем воздействия кодовых символов на переносчик. Посредством модуляции один из параметров переносчика изменяется по закону, определяемому кодом. При непосредственной передаче переносчиком может быть постоянный ток, изменяющимися параметрами которого являются величина и направление тока. Обычно в качестве переносчика, как и в непрерывной модуляции, используют высокочастотный переменный ток (гармоническое колебание). В этом случае можно получить АМ, ЧМ и ФМ.
В данной системе используется четырех позиционная ОФМ-4 модуляция.
Переданное сообщение в приемнике обычно восстанавливается в такой последовательности. Сначала сигнал демодулируется. В системах передачи непрерывных сообщений в результате демодуляции восстанавливается первичный сигнал, отображающий переданное сообщение. Этот сигнал затем поступает на воспроизводящее или записывающее устройство. В системах передачи дискретных сообщений в результате демодуляции последовательность элементов сигнала превращается в последовательность кодовых символов, после чего эта последовательность преобразуется в последовательность элементов сообщения, выдаваемую получателю. Это преобразование называется декодированием. Операции демодуляции и декодирования – не просто операции обратные модуляции и кодированию. В результате различных искажений и воздействия помех пришедший сигнал может существенно отличаться от переданного. Поэтому всегда можно высказать несколько предположений о том какое именно сообщение передавалось. Задачей приемного устройства и является принятие решения о том, какое из возможных сообщений действительно передавалось источником.Та часть приемного устройства, которая осуществляет анализ приходящего сигнала и принимает решение о переданном сообщении, называется решающей схемой.
На рисунке 1.3-1.5 представлена модель передачи сигнала с помощью ОФМ-4 модуляции. Устройство модулятора состоит из Элемента XOR , который сравнивает текущий и предыдущий биты. Он меняет значения с 1 и -1 или наоборот, если на текущий бит=1, и не меняет значения, если текущий бит=0. Далее сигнал накладывается на синусоиду. Демодулятор осуществляет детектирование, затем перемножение с сигналом, задержанным на длину 1 бита, результат фильтрует. Фиксируем результат в начале битового интервала и по его значению определяем значение передаваемого бита.