Помехоустойчивость систем связи

Оглавление.

1.     Введение.

2.     Задание на курсовую работу.

3.     Исходные данные.

4.     Структурная схема системы связи.

5.     Временные и спектральные диаграммы на выходах функциональных блоков системы связи.

6.     Структурная схема приемника.

7.     Принятие решения по одному отсчету.

8.     Вероятность ошибки на выходе приемника.

9.     Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении оптимального приемника.

10. Максимально возможная помехоустойчивость при заданном виде сигнала.

11. Принятие решения приемником по трем независимым отсчетам.

12. Вероятность ошибки при использовании метода синхронного накопления.

13. Расчет шума квантования при передаче сигналов методом ИКН.

14. Использование сложных сигналов и согласованного фильтра.

15. Импульсная характеристика согласованного фильтра.

16. Схема согласованного фильтра для приема сложных сигналов. Форма сложных сигналов на выходе СФ при передаче символов “1” и “0”.

17. Оптимальные пороги решающего устройства при синхронном и асинхронном способах принятия решения при приеме сложных сигналов согласованным фильтром.

18. Энергетический выигрыш при применении согласованного фильтра.

19. Вероятность ошибки на выходе приемника при применении сложных сигнал согласованного фильтра.

20. Пропускная способность разработанной системы связи.

21. Заключение.

Введение.

Задачей данной курсовой работы является описание системы связи для передач непрерывного сообщения дискретными сигналами.

Передача информации занимает высокое место в жизнедеятельности современного общества. Самая главная задача, при передаче информации – это передача её без искажений. Наиболее перспективным в этом направлении является передача аналоговых сообщений дискретными сигналами. Этот метод дает большое преимущество в помехоустойчивости линий информации. Все современные информационные сети строятся на этом принципе.

Кроме этого дискретный канал связи прост в эксплуатации и, по нему можно передавать любую информацию, т.е. он обладает универсальностью. Все это делает такие каналы связи наиболее перспективными в данный момент.

1.   Задание на курсовую работу.

Разработать обобщенную структурную схему системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами, разработать структурную схему приемника и структурную схему оптимального фильтра, рассчитать основные характеристики разработанной системы связи и сделать обобщающие выводы по результатам работы.

2.   Исходные данные.

1)     Номер варианта N=1.

2)    Вид сигнала в канале связи  DAM.

3)     Скорость передачи сигналов V=6000 Бод.

4)     Амплитуда канальных сигналов   А=3 мВ.

5)     Дисперсия шума x*x=0.972 мкВт.

6)     Априорная вероятность передачи символов “1”  p(1)=0.09.

7)     Способ передачи сигнала  КГ.

8)     Полоса пропускания реального приемника Df=12 кГц.

9)     Значение отсчёта Z(t0)=0.75 мВ

                                   df=12 кГц.

10)Значение отсчётов      Z(t1)=0.75мВ

                                          Z(t2)=0.45мВ

                                          Z(t3)=0.83мВ.

11)Максимальная амплитуда на выходе АЦП     b max=2.3 В.

12)Пик фактор  П.=1,6.

13)Число разрядов двоичного кода n=8.

14)Вид дискретной последовательности сложного сигнала

1 -1  1 -1 -1 -1  1  1 -1

3.   Структурная схема системы связи.

Система связи представляет собой совокупность радиотехнических средств, обеспечивающих передачу информации от источника к получателю. Рассмотрим схему системы связи.

Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим устройством, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, приемным устройством.

Рассмотрим передающее устройство:

Фильтр нижних частот ограничивает спектр исходного сообщения, чтобы он удовлетворял теореме Котельникова, что необходимо для дальнейшего преобразования.

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует непрерывное сообщение в цифровую форму. Это преобразование состоит из трех операций: сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени через интервал; полученные отсчеты мгновенных значений квантуются (Квант.); полученная последовательность квантованных значений передаваемого сообщения представляется в виде последовательности двоичных кодовых комбинаций посредством кодирования.

Полученный  выхода АЦП сигнал поступает на вход Амплитудного модулятора, где последовательность двоичных импульсов преобразуется в радиоимпульсы, которые поступают непосредственно в канал связи.

На приемной стороне канала связи последовательность импульсов после демодуляции в демодуляторе поступает на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), назначение которого состоит в восстановлении непрерывного сообщения по принятой последовательности кодовых комбинаций. В состав ЦАП входит Декодер, предназначенный для преобразования кодовых комбинаций в квантовую последовательность отсчетов, и сглаживающий фильтр (ФНЧ), восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям.

4.   Временные и спектральные диаграммы на выходах   функциональных блоков системы связи.

1)     Непрерывное сообщение.

2)     Фильтр низких частот.

3)     Дискретизатор.

4)     Квантователь.

5)     Кодер.

6)     Модулятор.

7)     Канал связи.

8)     Демодулятор.

9)     Декодер.

10)Фильтр нижних частот.

11)Получатель.

5.   Структурная схема приёмника.

При когерентном приеме применяется синхронный детектор, который устраняет влияние ортогональной составляющей вектора помехи. Составляющая  x=Eп·cosj  имеет нормальный закон распределения и мощность . Поэтому вероятность искажения посылки р(0/1) и вероятность искажения паузы р(1/0) будут равны

Сигнал  Z(t)  поступает на перемножитель, где происходит его перемножение с сигналом, пришедшим с линии задержки. Далее сигнал подвергается интегрированию, после чего он поступает на решающее устройство, где выносится решение в пользу сигнала S1(t)  или  S2(t).

6.   Принятие решения по одному отсчёту.

Сообщения передаются последовательностью двоичных символов  «1» и «0», которые появляются с априорными вероятностями соответственно P(1)=0.09 и P(0)=0.91.

Этим символам соответствуют начальные сигналы S1 и S2,которые точно известны в месте приема. В канале связи на передаваемые сигналы воздействует Гауссовский шум с дисперсией  D=0.972 мкВт. Приёмник, оптимальный по критерию идеального наблюдателя принимает решения по одному отсчету смеси сигнала и помехи на интервале сигнала длительностью Т.

Для принятия «1» по критерию идеального наблюдателя необходимо выполнение неравенства:

в противном случае принимается «0».

Для применения критерия идеального наблюдателя необходимо выполнение трех условий:

Чтобы сигналы были полностью известны.

1)     Чтобы в канале связи действовали помехи с Гауссовским законом распределения.

2)     Чтобы были известны априорные вероятности сигналов.

Плотности вероятностей найдём по формулам:

Для вычисления плотности распределения помехи применим формулу:

Так как

(0.096<10.1), то на выходе решающего устройства будет зарегистрирован “0”.

Рассчитаем таблицы и построим графики для:

График плотностей распределения W(Z/1) и W(Z/0).

График плотности распределения помехи.

7.   Вероятность ошибки на выходе приемника.

Рассчитаем вероятность неправильного приема двоичного символа в рассматриваемом приемнике

Для сигналов вида ДАМ  КГ приема вероятность ошибки вычисляется следующим образом:

Рош.=,

где    – отношение сигнал / шум,

а  Ф(z)-интеграл вероятностей(табулированный).

Полоса пропускания реального приемника, определяется шириной спектра двоичных сигналов и равна:

Df=2/T=2/0.00016=12 кГц

Вычислим отношение сигнал/шум:

Вычислим Рош:

Рош.=

Построим график P(h) и укажем на нем точку h=2.152 соответствующую Рош=0,064:

8.   Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении          оптимального приемника.

В предположении оптимального приема (фильтрации) сигналов определим:

a)    
Максимально возможное отношение сигнал/шум.

где Ес-энергия принимаемых посылок;

Т-длительность элемента сигнала; А-амплитуда сигнала; No-спектральная плотность помехи.

Тогда:

b)   
Выигрыш в отношении сигнал/шум оптимального приемника по сравнению с рассчитанным получается:

9.   Максимально возможная помехоустойчивость                                   при заданном виде сигнала.

Для определения потенциальной помехоустойчивости приема символов определим среднюю вероятность ошибки при оптимальном приеме для заданного вида сигнала (ДАМ):

Котельников В.А. определил потенциальную помехоустойчивость как максимально возможную помехоустойчивость при заданном характере помех. Максимальная помехоустойчивость достигается при оптимальной фильтрации сигналов, т.е. при максимальном отношении сигнал/шум и, соответственно, при минимальной Рош. Эта помехоустойчивость называется потенциальной, т.к. она не может быть превзойдена никаким другим приемником. Для любого реального приемника помехоустойчивость может быть определена расчетным или экспериментальным путем. Ее сравнение с потенциальной помехоустойчивостью позволяет установить, сколь совершенен данный приемник и целесообразно ли его улучшение.

10.         Принятие решения приемником по трем                            независимым отсчетам.

Определим какой символ будет зарегистрирован на приеме при условии, что решение о переданном символе принимается по совокупности трех некоррелированных(независимых) отсчетов Z1=0.75 мВ; Z2=0.45 мВ; Z3=0.83 мВ.

Для вычисления отношения правдоподобия найдем совместную плотность распределения трех отсчетов для каждого из сигналов. С учетом некоррелированности:

Сравним полученное l с пороговым lо, т.к. l<<lо, то приемник примет решение в пользу “0”.

11.         Вероятность ошибки при использовании                                       метода синхронного накопления.

Для повышения помехоустойчивости приема дискретных двоичных сообщений решения о переданном символе принимается не по одному отсчету на длительности элемента сигнала 0£t£T, а по нескольким, в нашем случае по трем некоррелированным отсчетам Z1(t),Z2(t),Z3(t) принимаемой смеси сигнала и помехи(метод дискретного накопления). При этом отсчеты берутся через интервал Dt, равный интервалу корреляции помехи tоx, т.е. они будут некоррелированными.

Прием методом многократных отсчетов позволяет по сравнению с принятием решения по одному отсчету увеличить позволяет увеличить отношение сигнал/шум в данном случае в три раза. Это обусловлено тем, что мощность сигнала возрастает в n²(3³), а мощность помехи- только в n(3) раза.

Страницы: 1, 2