Передача аналогового сообщения по цифровой линии связи

8



Министерство общего и профессионального образования

Российской федерации

Уральский Государственный Технический Университет

Кафедра РТС

















Курсовая работа по теме:

“Передача аналогового сообщения по цифровой линии связи"

по курсу "Основы радиотехнических систем"



























г. Екатеринбург, 2000г.


Работа 1



Цель работы



В данной работе изучается:

принцип кодирования аналогового сообщения, основанный на счётно-импульсном методе;

принцип весового декодирования и демодуляции;

использование избыточного кодирования для повышения помехоустойчивости системы связи;

влияние помехи в линии связи на качество передачи сообщения.



Расчётное задание



1. Необходимо рассчитать зависимость кв(n) при передаче гармонического сообщения, а также результирующую ошибку при вероятности ошибки в канале связи pош=10-25*10-1 для 5-разрядного кода.



; 



kпx – пик-фактор сообщения;

Nкв – число уровней квантования;







Так как сообщение представляет собой синусоиду, то пик-фактор сообщения равен , поэтому получим:






n

5

4

3

2

1

кв(n)

0.0255

0.0510

0.1021

0.2041

0.4082



 



pош

10-2

4*10-2

7*10-2

10-1

4*10-1

5*10-1

общ

0.1032

0.2016

0.2658

0.3173

0.6330

0.7076



2. Предложить алгоритм выделения из экспериментальных зависимостей величин отдельных составляющих искажений и оценки вероятности ошибки в эксперименте.

Относительная среднеквадратическая ошибка (ОСКО) передачи сообщения определяется как:

для случая без действия помех 2 = 2кв + 2м-д

для случая с помехами в линии связи 2 = 2кв + 2ш + 2м-д

Величину относительной среднеквадратической ошибки модуляционно-демодуляционных искажений м-д найдём из соотношения:



м-д = (2 - 2кв)1/2,



где 2кв – рассчитанное значение; 

2 - ОСКО, полученная для случая без коррекции ошибок.

Ошибку, обусловленную помехами в линии связи, ш найдём из выражения:



ш = (2 - 2кв - 2м-д)1/2,


здесь 2 - ОСКО, полученная для случая с коррекции ошибок.

Вероятность ошибки при приёме отдельного элемента цифровой последовательности при действии помех в линии связи на сигнал найдём из следующих соотношений. Средняя мощность ошибки сообщения Pош на входе декодера равна:



Pош  pошX2m/3; 

Px = X2m/2;

2 = Pош/ Px = 2кв + 2ш + 2м-д.



Итого, имеем:



pош = 1,52,



где 2 - ОСКО, полученная для случая без коррекции ошибок.



Описание лабораторной установки



Лабораторная установка состоит из преобразователя аналог-код типа Ф706; линии связи, обеспечивающей параллельную передачу 5-разрядного кода, сигналов синхронизации и контрольного разряда, а также формирование помех; преобразователя код-аналог типа Ф706; осциллографа С1-20, измерителя нелинейных искажений типа ИНИ-12.

В лабораторной установке имеются следующие возможности изменения параметров и режимов, позволяющие оценить их влияние на качество передачи сообщения – измерить величину искажений:

ручной набор выходного напряжения датчика сообщения;

передача гармонического сигнала с частотой 50 Гц;

изменение частоты дискретизации сообщения 200, 500, 1000Гц («Частота запуска»);

изменение шага квантования – последовательное отключение разрядов в принятой кодовой комбинации (на входе детектора);

сравнение качества передачи сообщения избыточным кодом и безызбыточным кодом при изменении вероятности ошибки в линии связи.



Экспериментальная часть



В ходе выполнения лабораторной работы мы ознакомились с измерительным оборудованием, назначением регулировок и переключателей на приборах установки для установления необходимого режима исследования; качество передачи контролировалось по осциллографу. Нами были сняты следующие зависимости:

зависимость искажений от величины шага квантования (числа разрядов) kf(n) при постоянной частоте дискретизации 500Гц.



Таблица 1

n

5

4

3

2

1

Kf, %

7.8

11

14

23

32



зависимость искажений от частоты дискретизации при постоянном числе разрядов n=5.



Таблица 2

fд, Гц

1000

500

100

10

Kf, %

4

7.8

23

>90



зависимость искажений от вероятности ошибки в линии связи без коррекции и с коррекцией ошибок при n=5 и Fд=500 Гц (kf(pощ)).




Таблица 3

pош

32-1

16-1

8-1

4-1

2-1

Kf, %

11

16

22

29

40

Kfкор, %

8.6

10

15

18

22



Обработка результатов эксперимента



Найдём ш и вероятность ошибки pош при коэффициенте деления делителя 4, n = 5 и Fд = 500 Гц, используя выведенные ранее соотношения:



м-д = (2 - 2кв)1/2 = ((0.078)2 – (0.0255)2)1/2  0.073



ш = (2 - 2кв - 2м-д)1/2 = ((0.18)2 – (0.0255)2 – (0.073)2)1/2  0.1625



pош = 1,52 = 1,5((0.0255)2+(0.1625)2+(0.073)2) = 4.8610-2



Анализ полученных результатов



В данной лабораторной работе нами изучались: принцип кодирования аналогового сообщения, основанный на счётно-импульсном методе; принцип весового декодирования и демодуляции; использование избыточного кодирования для повышения помехоустойчивости системы связи; влияние помехи в линии связи на качество передачи сообщения.

Из полученных результатов можно сделать следующие выводы:

В соответствии с теорией при изменении величины шага квантования изменяется и величина искажений, т.е. чем больше шаг квантования (меньше число разрядов), тем выше уровень искажений: 7.8% при n=5 и 32% при n=1. Это происходит потому, что с ростом шага квантования растёт относительная среднеквадратическая ошибка квантования. Можно отметить, что для передачи аналогового сообщения с минимумом искажений нужно вполне определённое число уровней квантования.

Также в соответствие с теорией при изменении величины частоты дискретизации изменяется и величина искажений: их тем больше, чем она меньше (т.к. в этом случае увеличивается ОСКО модуляционно-демодуляционных искажений), причём, существует вполне определённая минимально допустимая (с точки зрения искажений) частота дискретизации. Тем не менее, согласно теореме Котельникова для точной передачи аналогового сообщения вполне достаточно использовать частоту дискретизации, в два раза превышающую верхнюю граничную частоту спектра сообщения; в нашем случае для передачи «сообщения» частотой 50Гц достаточно частоты дискретизации в 100Гц, при этом величина искажений составляет порядка 20%.

Использование коррекции ошибок (контроля чётности) при передаче сообщения уменьшает общую ОСКО.

Таким образом, цель лабораторной работы можно считать достигнутой.




Работа 2



Цель работы: исследовать асинхронную адресную систему связи с импульсно-временным кодированием и проанализировать основные показатели качества данной системы. 



Функциональная схема лабораторной установки









Экспериментальная часть



Производилось снятие зависимости числа ложных импульсов на выходе схемы совпадений от интенсивности ХИП. Результаты эксперимента сведены в таблице 1.



Таблица 1

Положение потенциометра

1

2

3

4

5

Z/с 

758

1230

2185

2565

3404

Zлож (3х-имп. код) за 30с

1

-1

632

1049

1488

Zлож (3х-имп. код)/с

0.033

-0.033

21.07

34.97

49.6

Zлож (2х-имп. код) за 30с

-1

182

1072

2553

3725

Zлож (2х-имп. код)/с

-0.033

6.07

35.73

85.1

124.17

2 (3х-имп. код)

2.7*10-4

2.7*10-4

0.171

0.283

0.402

2 (2х-имп. код)

2.7*10-4

0.049

0.289

0.689

1.006



Расчётная часть







Ниже приведён расчёт относительной величины искажений в спектре ВИМ.







Результаты расчётов также сведены в таблице 1. По полученным в расчётах результатам и экспериментальным данным построены соответствующие зависимости: интенсивности ложных импульсов и относительной величины искажений от интенсивности потока (соответственно рис.1 и рис.2 для 2х и 3х-импульсного кода).

Также были сняты осциллограммы в точках 5, 6 и 7 (см. функциональную схему), они приведены ниже, соответственно на рис.3-рис.5.







Выводы



В данной лабораторной работе была исследована зависимость числа ложных импульсов от интенсивности хаотической импульсной помехи ХИП, то есть, сколько образуется ложных адресов при разном количестве абонентов и разной длине кода (3-х и 2-х импульсная система кодирования). Оказалось, что чем больше абонентов, тем больше ложных адресов, что удовлетворяет теоретическим сведениям, а трёхимпульсный код лучше двух-импульсного. Также было рассчитано число ожидаемых ложных адресов (измерения проводились в течение 30 секунд), результаты сведены в таблице 2. 



Таблица 2.

Положение потенциометра

1

2

3

4

5

Z

758

1230

2185

2565

3404

3-х имп. за 30с

0.98

4.187

23.471

37.97

88.746

2-х имп. за 30с

172.369

453.87

1432

1974

3476



Видно, что теоретическая интенсивность в большинстве своём получилась меньше, чем было получено в эксперименте. Это объясняется тем, что в эксперименте адрес считается ложным, если произошло хотя бы частичное наложение импульсов, тогда как в теории мы приняли считать адрес ложным, если произошло полное совпадение импульсов. Поэтому надо стремиться к тому, чтобы импульсы не перекрывались, этого можно достигнуть, максимально уменьшая длительность импульсов.




Контрольные вопросы



Вопрос № 1: объяснить принцип частотно–временного кодирования и сформулировать условия, при которых адреса ЧВК ортогональны.

Ответ: для работы многоканальных адресных систем передачи информации используется принцип разделения каналов абонентов по структуре сигнала–адреса, причем передаваемая информация заключена в изменении либо амплитуды, либо временного положения адреса. В данном случае адрес используется в виде частотно–временного кода (ЧВК). ЧВК задается частотно–временной матрицей.





Общее число адресов, возможное при ЧВК, определяется так:







Адрес выглядит как пачка импульсов с заполнением поднесущими частотами, код образует комбинация поднесущих. Импульсная последовательность с различным частотным заполнением переносится на несущую частоту передатчика. Несколько передатчиков могут использовать одну несущую. Приемник разделяет поднесущие частоты, детектирует их и формирует импульсы отдельных частотных каналов. Код ЧВК широкополосный, сетка частот выбирается также, как и для ЧРК. 

Условия ортогональности: взаимно-корреляционная функция  0

Ширина полосы радиолинии выбирается исходя из заданного качества разделения каналов.

Вопрос: Какие дополнительные искажения в передачу сообщения вносятся дискретной линией задержки?

Ответ: В передачу сообщения вносятся дополнительные искажения кодирующей линией задержки, т.к. она не идеальна: в лабораторной установке используется её дискретный вариант, реализованный на регистрах сдвига. Для получения необходимого разноса по времени применены 2 четырёхразрядных регистра, соединённых последовательно; очевидно, что на передачу сообщения оказывает влияние быстродействие применяемых регистров, так недостаточно быстродействующие ИМС вызывают, например, затягивания фронтов импульсов и т.д. Лучшие показатели по быстродействию имеют аналоговые линии задержки с необходимыми отводами, их применение позволило бы существенно снизить искажения, обусловленные влиянием линии задержки.