Расчет параметров АЦП и выходного канала АЦП

Структурная схема системы передачи информации

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ СВЯЗИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

УКРАИНЫ

Запорожский национальный технический университет

к курсовой работе по дисциплине

«Теория электрической связи»

для студентов специальности 6.050903 Телекоммуникации”

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория

электрической связи» для студентов специальности 6.050903

“Телекоммуникации”

Составитель: доц., к.ф.– м.н. В.П.Бондарев

Ответственный за выпуск: доц., к.ф.– м.н. В.П.Бондарев

Утверждено на заседании кафедры

“Радиотехники и телекоммуникаций”

Протокол № от 21.06.11

Рецензент: доц., к.т.н. Б.Н.Бондарев

СОДЕРЖАНИЕ

1. Структурная схема системы передачи…………………………………….3

2. Расчет параметров АЦП и выходного канала АЦП……………………....6

3. Расчет модулятора в системе передачи……………………………………8

4. Оптимальный прием дискретных сигналов………………………………10

5. Расчет информационных характеристик системы передачи…………….15

6. Основные правила оформления курсовой работы………………………..18

7. Перечень ссылок…………………………………………………………….22

Информация в любой форме является объектом хранения, передачи и преобразования. Формой представления информации является сообщение. Сообщения в общем случае не могут быть непосредственно переданы в системе электросвязи в соответствующий адрес и дополнительно преобразовываются в сигнал.

Сигналы характеризуются определенными числовыми параметрами, основными из которых являются динамический диапазон D, который характеризует пределы изменения мгновенной мощности или амплитуды и определяется выражением:

D = 10lg(P_max/P_min) = 20lg(А_max/А_min)

и коэффициентом амплитуды сигнала КА, который определяется как отношение

К_А = 10lg(P_max/P_с) = 20lg(А_max/А₀),

где P_с – средняя мощность сигнала; А_с – среднее значение сигнала.

Для передачи непрерывных сообщений можно воспользоваться дискретным каналом. При этом необходимо преобразовать непрерывное сообщение в цифровой сигнал, т.е. в последовательность символов, сохранив содержащуюся в сообщении существенную часть информации. Типичными примерами цифровых систем передачи непрерывных сообщений являются системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ).

Для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используются операции дискретизации и квантования. Полученная таким образом последовательность квантованных отсчетов кодируется и передается по дискретному каналу как всякое дискретное сообщение. На приемной стороне непрерывное сообщение после декодирования восстанавливается (с той или иной точностью).

Основное техническое преимущество цифровых систем передачи перед непрерывными системами состоит в их высокой помехоустойчивости.

Перейдем теперь к рассмотрению структурной схемы цифрового канала передачи непрерывных сообщений, в структурную схему которого входят источник непрерывных сообщений, дискретизатор, квантователь, кодер, передатчик, линия связи, приемник, декодер, фильтр, получатель сообщений.

В отличие от непрерывного канала передачи в составе цифрового канала предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму – аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на передающей стороне и устройства преобразования цифрового сигнала в непрерывный – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на приемной стороне.

Преобразование аналог – цифра состоит из трех операций как показано на рисунке 1: сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени через интервалы Δt = Tд (рис.1,а); полученные отсчеты мгновенных значений u(kΔt) квантуются (рис.1,б); наконец, полученная последовательность квантованных значений u(kΔt) передаваемого сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности m – ичных кодовых комбинаций (рис.1,в). Такое преобразование называется импульсно-кодовой модуляцией. Чаще всего кодирование здесь сводится к записи номера уровня в двоичной системе счисления. В дальнейшем будем рассматривать цифровые системы, в которых непрерывное сообщение преобразовано в последовательность кодовых комбинаций, составленных из двоичных символов.

Полученный с выхода АЦП сигнал ИКМ поступает или непосредственно в линию связи или на вход передатчика (модулятора), где последовательность двоичных импульсов преобразуется в радиоимпульсы.

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 отсчетов, и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям.

где k=0,1,2,…,

Δt = T_д = 1/2F_m;

F_m – максимальная частота в спектре сигнала u(t);

Рисунок 1.1 – Преобразование непрерывного сообщения в

последовательность импульсов

Функции

называются функциями отсчета. Они имеют одинаковую форму типа sinx/x и отличаются друг от друга временным сдвигом на kΔt.

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). Выбрав малый шаг квантования, можно обеспечить эквивалентность по заданному ε – критерию исходного и квантованного сообщений. Погрешность (ошибку) квантования, представляющую собой разность между исходным сообщением и сообщением, восстановленным по квантованным отсчетам, называют шумом квантования.

Задание.

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.

Указания. См.([1],с.10-22, 242-248, [2], с.8-20, 279-282). За основу структурной схемы системы связи с ИКМ можно взять схему, приведенную на рис. 8.1 в [1].

Одной из причин, приводящих к отличию принятого сообщения от переданного в системе с ИКМ, является шум квантования, другой – помехи в канале, которые накладываются на передаваемые символы кодовых комбинаций и могут вызвать ошибки. Ошибки в символах (при отсутствии избыточности) приводят к ошибочному декодированию всей кодовой комбинации.

В результате ошибочного декодирования символа действительно переданное дискретное значение сообщения заменяется другим возможным (не обязательно ближайшим); погрешность зависит от того, какие из символов кодовой комбинации приняты с ошибкой. Назовем эту составляющую шума шумом ложных импульсов. Таким образом, при оценке помехоустойчивости необходимо учитывать суммарный шум как за счет квантования, так и за счет ложных импульсов при декодировании.

Шум квантования не связан с помехами в канале и целиком определяется выбором числа уровней квантования. Его можно сделать сколь угодно малым, увеличивая число уровней. При этом придется увеличивать число кодовых символов, приходящихся на каждый отсчет, а следовательно, сокращать длительность символа и расширять спектр сигнала в канале. Таким образом, так же, как и при помехоустойчивых аналоговых видах модуляции, снижение этого шума достигается за счет расширения спектра сигнала.

Шум ложных импульсов является аномальным. Он полностью определяется помехами в канале и видом модуляции несущей. При расширении спектра сигнала мощность аномального шума, как правило, возрастает.

Количественными мерами помехоустойчивости передачи непрерывного сигнала цифровыми методами являются среднеквадратическая разность между непрерывным сообщением и приближенным квантованным, полученном при округлении отсчетов до ближайшего разрешенного уровня или отношение сигнал/шум ρдоп на выходе АЦП, который можно определить из следующей формулы

ρ_доп = Р_c / Р_ш = 3 (L – 1)² / К² _А = 3 (2ⁿ – 1)² / К² _А,

где Р_c – средняя мощность сигнала; Р_ш – средняя мощность шума квантования; L – число уровней квантования сигнала;

К_А – коэффициент амплитуд (пик-фактор) сигнала;

n – разрядность кодовых комбинаций двоичного кода (число символов

кода, приходящихся на один отсчет).

Длительность символа кодовой комбинации определяется из соотношения

Тс = Δt / n,

где Δt – интервал дискретизации;

ширина спектра ИКМ сигнала

Δf = 1 / Tc.

Задание.

По заданной максимальной частоте Fm спектра первичного сигнала, коэффициенту амплитуды К_А, допустимому отношению сигнал/шум квантования ρ_доп, среднему значению мощности сигнала Рс=32мкВт определить параметры АЦП и сигнала на его выходе. Для этого необходимо рассчитать следующие параметры:

- минимально допустимое число уровней квантования L_доп и выбрать L > L_доп, 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);

- значение сигнала для заданного уровня квантования;

- скорость модуляции В на выходе АЦП, считая, что длительность кодовой комбинации равняется интервалу дискретизации.

Указания. См. [1, с.246-248; 2, с.282-286]. В [1] коэффициент амплитуды обозначен ‘П’. При проведении расчетов воспользуйтесь рис.1.1, а заданное отношение сигнал/шум квантования необходимо представить в разах:

ρ = 10 ^{0,1ρ (дБ)}.

Дата добавления: 2014-12-07