Курсовая работа
по дисциплине «Модемы и кодеки радиосистем»
РАСЧЕТ ПРИЕМНИКА МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Задание и методические указания
1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Разработать структурную схему системы связи, предназначенной для передачи данных и передачи аналоговых сигналов методом ИКМ для заданного вида модуляции и способа приема сигналов. Рассчитать основные параметры системы связи. Указать и обосновать пути совершенствования разработанной системы связи.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
Вариант № ... .
Способ модуляции - (ДАМ, ДЧМ, ДФМ, ОФМ, см. таблицу вариантов).
Способ приема - (КГ, НКГ — см. пояснения под таблицей вариантов).
Мощность сигнала на входе демодулятора приемника Рс = ... мВт.
Длительность элементарной посылки Т = ... мкс.
Помеха - белый шум с гауссовским законом распределения.
Спектральная плотность мощности помехи N0 = 0,001 мкВт/Гц.
Вероятность передачи сигнала "1" p(1) = ... .
Число уровней квантования N = ... .
Пик-фактор аналогового сигнала П = ... .
Таблица 1 - Таблица вариантов
(номер варианта соответствует двум последним цифрам номера студ. билета)
|
Первая цифра номера варианта |
Способ модуляции |
Pc, мВт |
T, мкс |
Последняя цифра номера варианта |
p(1) |
N |
П |
|
0 |
ДЧМ |
2,8 |
5,0 |
0 |
0,10 |
128 |
3 |
|
1 |
ДФМ |
2,2 |
6,0 |
1 |
0,75 |
256 |
2,5 |
|
2 |
ДАМ |
2,4 |
8,0 |
2 |
0,80 |
512 |
2,7 |
|
3 |
ОФМ |
3,2 |
4,0 |
3 |
0,15 |
128 |
2,9 |
|
4 |
ДЧМ |
4,0 |
3,4 |
4 |
0,20 |
1024 |
3,1 |
|
5 |
ДАМ |
3,2 |
6,0 |
5 |
0,70 |
256 |
2,5 |
|
6 |
ДЧМ |
6,0 |
3,0 |
6 |
0,25 |
512 |
3,2 |
|
7 |
ДФМ |
3,6 |
4,0 |
7 |
0,90 |
128 |
2,2 |
|
8 |
ДАМ |
2,6 |
10,0 |
8 |
0,85 |
512 |
3,0 |
|
9 |
ОФМ |
1,1 |
12,0 |
9 |
0,30 |
256 |
2,6 |
Способы приема сигналов:
Для нечетных вариантов, в случае ДАМ или ДЧМ — некогерентный способ приема, в случае ОФМ — способ сравнения фаз.
Для четных вариантов, в случае ДАМ, ДЧМ — когерентный способ приема, в случае ОФМ — способ сравнения полярностей.
Способ приема ДФМ в любом варианте — когерентный.
3. Методические указания по выполнению курсовой работы
Пояснительная записка должна содержать задание на курсовую работу (п. 1), исходные данные к работе (п. 2.) и все разделы, перечисленные в п. 3.
Структурная схема системы связи
Дать определение системы связи. Описать структурную схему системы связи и назначение основных блоков (подробно). На схеме предусмотреть два входа и два выхода соответственно для передачи аналоговых сигналов методом ИКМ и для передачи данных (предполагается поочередная передача этих сигналов). В канале передачи данных предусмотреть наличие кодопреобразователей для помехоустойчивого или оптимального (статистического) кодирования.
Выбор схемы приемника (демодулятора)
Привести и подробно описать алгоритм работы и структурную схему приемника для заданного вида модуляции и заданного способа приема. Изобразить и описать виды сигналов при заданном виде модуляции, изобразить спектр этих сигналов для случая модуляции прямоугольными импульсами со скважностью 2. Предполагается, что приемник не является оптимальным и эффективная полоса пропускания канальных фильтров fэф = 2/T.
Расчет вероятности ошибки на выходе приемника
Привести выражение для вероятности ошибки на выходе приемника, (для заданного вида модуляции и заданного способа приема), дать определение всех входящих в нее величин.
Вычислить мощность помехи и отношение мощности сигнала к мощности помехи на входе приемника.
Вычислить вероятность ошибки при передаче дискретной информации.
Рассчитать и построить зависимость вероятности ошибки от мощности сигнала (5-6 точек). Мощность сигнала изменять от 0 до такого значения, при котором получается настолько малая вероятность ошибки, что имеющихся таблиц не хватает для ее нахождения. Все вычисления данной зависимости свести в таблицу. На графике значения мощности сигнала откладывать в линейном масштабе, а значения вероятностей ошибок - в логарифмическом.
График располагается под осью абсцисс в четвёртом квадранте. Самая верхняя точка (начало координат) соответствует вероятности, равной единице. Чем меньше вероятность ошибки, тем ниже на оси ординат располагается соответствующее значение вероятности. На графике особо указать точку, соответствующую заданной мощности сигнала Рс (это - мощность на входе демодулятора, после усиления сигнала высокочастотными усилителями входных цепей приемника).
В приведенных выше расчетах вероятность ошибки вычисляется без учета помехоустойчивого или статистического кодирования.
Сравнение выбранной схемы приемника с оптимальным приемником
Оптимальный приемник — это такой приемник, который обеспечивает максимальную помехоустойчивость при данном способе передачи (данном виде сигнала) и данном виде помех. Различают оптимальный приемник полностью известных сигналов и оптимальный приемник неполностью известных сигналов, когда приемник использует не все параметры сигнала, например, не учитывает фазу несущего колебания. В первом случае приемник обеспечивает максимально возможную (потенциальную) помехоустойчивость (приемник Котельникова, или "идеальный" приемник).
В работе дать определение оптимального приемника, привести алгоритм его работы и структурную схему в самом общем виде, пояснить физический смысл алгоритма приемника.
Помехоустойчивость приемника определяется вероятностью ошибки при заданном отношении сигнал/помеха. Для разных видов модуляции помехоустойчивость различна. Привести сравнительный анализ помехоустойчивости ДАМ, ДЧМ, ДФМ. Показать с помощью векторных диаграмм величину энергетического выигрыша при переходе от ДАМ к ДЧМ и ДФМ.
Привести формулу для вероятности ошибки в идеальном приемнике в самом общем виде (выразив ее через "эквивалентную энергию") и затем формулы конкретно для трех видов модуляции.
Преобразовать алгоритм приемника Котельникова применительно к заданному способу модуляции и привести соответствующую структурную схему приемника, дать ее подробное описание и пояснить, какой энергетический выигрыш дает этот приемник по сравнению с заданным (неоптимальным) приемником.
Вычислить отношение энергии сигнала к спектральной плотности мощности помехи для заданного варианта и определить вероятность ошибки при использовании оптимального приемника.
Отметить, что потенциальную помехоустойчивость можно получить не только с помощью оптимального приемника Котельникова, но также с помощью любого когерентного приемника при условии использования в его схеме оптимального фильтра, обеспечивающего оптимальную фильтрацию.
Подробно описать сущность оптимальной фильтрации: что является критерием оптимальности, как определяется отношение сигнал/помеха на выходе оптимального фильтра, как связаны комплексный коэффициент передачи оптимального фильтра и его импульсная характеристика с сигналом, для которого фильтр является оптимальным, какую форму сигнала и помехи (в общем виде) дает оптимальный фильтр на выходе.
Пояснить, почему оптимальный фильтр называется "согласованным", с чем согласуется оптимальный фильтр.
Привести схему оптимального фильтра, согласованного с прямоугольным импульсом и форму сигнала на выходе. Пояснить, какие меры применяются для устранения межсимвольной интерференции при применении согласованного фильтра.
Передача аналоговых сигналов методом ИКМ
Подробно описать сущность ИКМ, сущность дискретизации и квантования сигналов. Определить число разрядов применяемого двоичного кода по заданному количеству уровней квантования N. Проиллюстрировать графиками временных диаграмм преобразование отсчетов непрерывного сигнала произвольной формы с помощью ИКМ для определенного выше числа разрядов.
Определить отношение мощности сигнала к мощности шума квантования. Описать преимущества и недостатки ИКМ.
Помехоустойчивое кодирование
При передаче дискретных сигналов для уменьшения вероятности ошибок можно применить помехоустойчивое кодирование.
Описать сущность помехоустойчивого кодирования, принцип обнаружения и исправления ошибок. Дать классификацию помехоустойчивых кодов. Дать определение кодового расстояния. Привести формулы, поясняющие связь кодового расстояния с кратностью обнаруживаемых или исправляемых ошибок. Выбрать простейший код для обнаружения однократных ошибок, описать его сущность. Определить избыточность кода и вероятность необнаружения ошибки для вычисленной вероятности искажения элемента кода. При этом предполагается, что при применении помехоустойчивого кодирования длительность посылок Т остается прежней (см. таблицу вариантов).
Статистическое кодирование
Цели помехоустойчивого и статистического кодирования различны. При помехоустойчивом кодировании увеличивается избыточность за счет введения дополнительных элементов в кодовые комбинации. При статистическом кодировании, наоборот, уменьшается избыточность, благодаря чему повышается производительность источника сообщений.
В работе необходимо дать определение количества информации и энтропии источника дискретных сообщений и вычислить энтропию для источника Вашего варианта с учетом вероятностей передачи элементов "1" и "0" и его производительность (длительность каждого элемента сообщений задана). Далее, с целью повышения производительности источника, необходимо закодировать источник с использованием неравномерного кода по методу Шеннона-Фано или близкого этому методу – методу Хаффмена, что практически более удобно. Описать, в чем заключается идея оптимального статического кодирования и почему при этом повышается производительность источника сообщений.
Пропускная способность двоичного канала связи
Вычислить пропускную способность двоичного канала связи с учетом длительности посылок Т и вероятности искажения посылок, считая канал связи симметричным.
Сравнить производительность Вашего источника с пропускной способностью и сделать заключение о возможности или невозможности передачи информации по Вашему каналу связи (если производительность источника выше пропускной способности Вашего канала связи, передача информации от Вашего источника невозможна).
Рассмотреть два случая (без оптимального кодирования и с оптимальным кодированием).
Заключение
Обсуждение полученных результатов. Пути совершенствования разработанной системы связи (применение более эффективных методов приема, оптимальной фильтрации, многоуровневых сигналов, большей разрядности сигналов ИКМ, нелинейного кодирования сигналов ИКМ, временного уплотнения каналов связи).
Литература
Привести список использованной литературы в соответствии с ГОСТом.
Содержание (оглавление)
Дата и личная подпись студента