Добавлен: 15.11.2018
Просмотров: 2703
Скачиваний: 7
6
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Основы теории связи» (ОТС) является базовой для изуче-
ния специальных дисциплин: «Сети связи и системы коммутации», «Организа-
ция технологических сетей связи», «Цифровые системы оперативно-
технологической связи» и др. Задача дисциплины ОТС – изложить в доступной
форме и научить использовать основные понятия, положения и характеристики
разделов: теория детерминированных и случайных сигналов, теория модуляции
и детектирования‚ теория информации и кодирования, теория оптимального
приема сигналов и др. Курсовой проект является завершающим этапом освое-
ния и систематизации материала ОТС.
Особое внимание в проекте уделяется способам преобразования анало-
говых сигналов в цифровую форму (АЦП) и цифровым методам их обработки и
передачи. Это связано с широким внедрением на железнодорожном транспорте
цифровых методов, оборудования и систем передачи информации, используе-
мых в цифровых интегральных сетях.
Для согласования цифровых сигналов с аналоговым каналом линии свя-
зи используются различные виды аналоговой и дискретной модуляции (мани-
пуляции). Требуемая помехоустойчивость передачи сигналов по каналу связи
может быть обеспечена выбором вида модуляции, помехоустойчивым кодиро-
ванием, типом приемника и другими методами.
В данных методических указаниях изложены основные теоретические
сведения и соотношения, необходимые для выполнения расчетов, приведен ал-
горитм выполнения курсового проекта, требования по его оформлению. Изло-
жена последовательность выполнения расчетов и указана необходимая для ра-
боты литература.
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1.
Цели курсового проекта
Курсовой проект ставит цели систематизировать, закрепить и углубить
теоретические знания студентов, привить навыки проведения анализа и синтеза
отдельных устройств и системы связи в целом, освоить технику расчета пара-
метров систем связи. Это достигается в процессе обоснования и выбора видов
сигналов, используемых в системах передачи информации, обоснования спосо-
ба модуляции сигналов в канале связи, выбора и обоснования способов кодиро-
вания, построения схемы оптимального приемника, расчета оценок помехо-
устойчивости и пропускной способности каналов связи, а также погрешности
при восстановлении принятого сигнала (сообщения).
1.2.
Задание на курсовой проект
При выполнении курсового проекта в соответствии с индивидуальным
заданием (исходными данными) студент должен продемонстрировать умение
пользоваться основными расчетными соотношениями по разделам дисциплины
7
«
Общая теория связи», используя полученные знания, а также учебную, мето-
дическую и справочную литературу.
Каждый студент должен выполнить курсовой проект в соответствии с
индивидуальным заданием, форма которого приведена в Приложении 1, и ис-
ходными данными из таблицы 1. Номер задания (№
ИД
) определяется по двум
последним цифрам шифра студента (n
2
n
1
)
из соотношений:
№
ИД
=
�
n
2
n
1
, если 01 ≤ n
2
n
1
≤ 40;
n
2
n
1
− 40, если 41 < n
2
n
1
≤ 80;
n
2
n
1
− 80, если 81 < n
2
n
1
≤ (1)00.
1.3.
Содержание и объем курсового проекта
Курсовой проект состоит из описательной и расчетной частей. Описа-
тельная часть включает в себя обоснование выбранной в соответствии с инди-
видуальным заданием структурной схемы системы связи, сделанное с исполь-
зованием рекомендованной и иной литературы. В расчетной части приводятся
математические выражения и результаты выполнения расчетов. В проекте
должны быть приведены используемые графики, рисунки, структурные и
функциональные схемы системы передачи информации и отдельных устройств.
Пояснительная записка курсового проекта, объемом не менее 25 страниц
текста, должна содержать:
Титульный лист (Приложение 2);
Содержание (Приложение 3);
Индивидуальное задание (Приложение 1);
Введение;
Основную часть, включающую в себя:
–
обоснование выбранной схемы системы связи;
–
расчет энергетических характеристик информационного сигнала;
–
расчет среднеквадратичной погрешности фильтрации информаци-
онного сигнала;
–
описание элементов системы передачи информации (АЦП и др.);
–
структурную схему и расчет параметров АЦП;
–
результаты кодирования μ-разрядных последовательностей двоич-
ным безизбыточным кодом;
–
расчет спектра сигнала с дискретной модуляцией;
–
расчет параметров гауссовского непрерывного канала связи;
–
функциональную схему демодулятора приемника сигналов с дис-
кретной модуляцией;
–
расчет параметров дискретного канала связи;
Заключение;
Список использованной литературы;
Приложение, содержащее структурную схему спроектированной систе-
мы связи.
8
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ
СООТНОШЕНИЯ
2.1.
Общие указания
Данные методические указания предлагают основные пути выполнения
курсового проекта. Студенты могут выбирать иные методы решения задач, по-
ставленных в курсовом проекте, приводящие к правильному результату.
В разделах курсового проекта должно быть отражено следующее.
В содержании перечисляются в соответствующем порядке пункты вы-
полненного проекта с указанием номеров страниц.
Во введении необходимо обосновать возможность и целесообразность
применения проектируемой системы передачи информации на железнодорож-
ном транспорте, используя материал дисциплины «Общая теория связи» и дру-
гие источники.
В основной части следует привести:
1)
определение системы передачи информации (СПИ), классификацию СПИ
по используемым сообщениям, сигналам, линиям связи, числу используемых ка-
налов связи и др., структурную схему проектируемой системы связи;
2)
обоснование выбранных структурных и функциональных схем, ре-
зультаты расчетов требуемых величин и характеристик, выполненных на ос-
новании известных математических выражений.
В заключении следует привести обобщающие выводы по предыдущим
пунктам, отметить, в чем преимущество выбранной схемы, указать пути повы-
шения эффективности работы элементов канала связи и всей СПИ в целом.
В списке литературы необходимо привести рекомендованную, дополни-
тельную и иную литературу, которая была использована в курсовом проектировании.
В приложении приводится структурная схема спроектированной систе-
мы связи, выполненная в виде чертежа с соблюдением требований ЕСКД
(
ГОСТ 2.105-95; ГОСТ 2.701-2008, ГОСТ 2.702-75, ГОСТ 2.710-81;
ГОСТ 2.721-74 и др.).
2.2. Исходные данные
Непрерывное сообщение c(t), создаваемое источником сообщений (ИС),
представляет собой реализацию стационарного гауссовского случайного процесса с
нулевым средним значением и известной функцией корреляции В
с
(
τ). Первичный
преобразователь осуществляет линейное преобразование сообщения в первичный
электрический сигнал g(t), несущий информацию (сообщение) и имеющий такие же
статистически характеристики. Этот сигнал необходимо передать получателю по
смешанной, аналого-цифровой системе передачи информации (СПИ).
В передающем устройстве (ПДУ) смешанной системы передачи инфор-
мации аналого-цифровой преобразователь АЦП преобразует первичный сигнал
в цифровой сигнал b
k
µ
, который модулирует один из информационных пара-
метров гармонического переносчика (несущей) u
н
(t
). В результате формируется
линейный сигнал s(t, b
k
µ
)
с дискретной амплитудной модуляцией (ДАМ), дис-
9
кретной частотной модуляцией (ДЧМ) или дискретной относительной фазовой
модуляцией (ДОФМ).
Сигнал с соответствующей дискретной модуляцией (манипуляцией) пе-
редается по гауссовскому непрерывному каналу связи (НКС).
В приемном устройстве (ПРУ) системы связи принятая аддитивная
смесь сигнала и шума z(t) = χS(t) + n(t) подвергается когерентной (КП) или не-
когерентной (НП) обработке с последующим поэлементным принятием реше-
ния о поступившем сигнале методом однократного отсчета. Прием сигнала с
ДОФМ может осуществляться методами сравнения фаз (СФ) или сравнения по-
лярностей (СП).
Решение о том, какой сигнал, несущий сообщение, был передан (оценка пе-
реданного сигнала по принятому с искажениями цифровому сигналу), получается
путем детектирования, декодирования и цифро-аналогового преобразования (ЦАП)
выходного сигнала приемника с последующей низкочастотной фильтрацией.
В курсовом проекте необходимо получить оценки пропускной способности
канала связи и погрешности при восстановлении принятого сигнала (сообщения).
Исходные данные для расчетов приведены в таблице 1, где использова-
ны следующие обозначения:
►
Р
g
=
σ
g
2
,
В
2
–
мощность переменной составляющей (дисперсия) первич-
ного сигнала сообщения на сопротивлении 1 Ом;
►
β,
m
с
-1
–
показатель затухания функции корреляции B
c
(
τ);
►
α – коэффициент повышения частоты дискретизации;
►
f
0
,
МГц
–
несущая частота в системе с АМ и ОФМ;
►
f
1
и f
2
,
МГц
–
значения несущей частоты в системе с ЧМ;
►
N
0
,
мВт/Гц
–
спектральная плотность мощности шума в непрерывном ка-
нале связи;
►
h
2
–
требуемое отношение сигнал/шум (С/Ш) по мощности на входе детектора;
►
δ
2доп
–
допустимая относительная среднеквадратическая ошибка (СКО)
восстановления сообщения.
В курсовом проекте необходимо:
2.2.1 Изобразить структурную схему смешанной системы связи и пока-
зать сигналы в различных ее сечениях (точках);
2.2.2 Рассчитать:
–
спектр плотности мощности G
g
(f)
первичного сигнала (сообщения), по-
строить графики В
c
(
τ) и G
g
(f);
–
среднеквадратическую ошибку (СКО) фильтрации сообщения ????????
ф
2
���;
–
мощность Р
х
= σ
х
2
,
частоту f
д
= 2αf
g
и интервал Δt
д
временной дискрети-
зации выходного сигнала ФНЧ при подаче первичного сигнала на его вход.
Считать, что первичный сигнал имеет ширину спектра f
g
,
а ФНЧ идеальный с
частотой среза f
ср
= f
g
;
–
интервал квантования Δ
u
,
пороги квантования u
i
, i
∈ {1, ????????
�����}, выходные
уровни v
j
,
∈ {1, ???????? + 1
����������}, и разрядность μ АЦП;
–
СКО квантования ????????
????????
2
��� в АЦП;
10
Таблица 1
Исходные данные для расчетов (индивидуальные задания)
№
задан.
Источник
сообщений
Передающее устройство
Канал
связи
Приемное
устройство
ЦАП
Функция
P
g
,
В
2
β, mс
-1
α
Способ
передачи
Частота, МГц
N
0
,
мВт⋅с
h
2
Способ
приёма
δ
2доп
корреляции сообщения
f
0
(f
2
)
f
1
B
c
(
τ)
1
1,0
13
1,5
АМ
20
0,0001
14,5
КО
0,1
P
g
∙ e
−β|τ|
,
−∞ < τ < ∞,
f
g
= 2
β.
2
1,5
14
2,0
ЧМ
21
22,5
0,001
8,5
НО
0,12
3
2,0
15
2,5
ОФМ
22
0,0028
4,3
СФ
0,14
4
2,5
16
3,0
АМ
23
0,0002
15,0
НО
0,16
5
3,0
17
3,5
ЧМ
24
25,5
0,0011
9,0
КО
0,18
6
3,5
18
3,5
ОФМ
25
0,0029
5,2
СП
0,2
�P
g
cos
2
(πβτ), |τ| ≤ 1/2β;
0, |τ| > 1/2β;
,
f
g
= 1,5β.
7
1,2
29
3,0
АМ
26
0,0003
15,5
КО
0,09
8
2,7
30
2,5
ЧМ
27
28,8
0,0012
9,5
НО
0,11
9
2,2
31
2,0
ОФМ
28
0,003
4,6
СФ
0,13
10
2,7
32
1,5
АМ
29
0,0004
16,0
НО
0,15
11
3,2
33
1,5
ЧМ
30
31,5
0,0013
10,0
КО
0,17
P
g
∙ e
−0,5β
2
τ
2
,
−∞ < τ < ∞;
f
g
= β.
12
3,7
34
2,0
ОФМ
31
0,0031
4,9
СП
0,19
13
1,4
17
2,5
АМ
32
0,0005
16,5
КО
0,1
14
1,9
18
3,0
ЧМ
33
34,5
0,0014
10,5
НО
0,12
15
2,4
19
3,5
ОФМ
34
0,0032
5,5
СФ
0,14
16
2,9
20
3,5
АМ
35
0,0006
17,0
НО
0,16
P
g
⋅
sin(2πβτ)
2πβτ
,
−∞ < τ < ∞;
f
g
=
β
17
3,4
21
3,0
ЧМ
36
37,5
0,0015
11,0
КО
0,18
18
3,9
22
2,5
ОФМ
37
0,0033
5,8
СП
0,2
19
4,0
5
2,0
АМ
38
0,0001
17,5
КО
0,09
20
4,2
6
1,5
ЧМ
39
40,5
0,0007
11,5
НО
0,11