Расчет характеристик системы передачи сообщений

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Структурная схема системы связи и назначение ее элементов

Данная курсовая работа посвящена расчету основных характеристик системы передачи сообщений - совокупности технических средств, обеспечивающих формирование канала передачи, и является важным практическим шагом на пути освоения курса Теории Электрической Связи, а значит и на пути формирования технического образования студентов.

Каналом передачи называют совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу электрических сигналов с ограниченной мощностью и в ограниченной полосе частот (т.е. с ограниченной скоростью), электрическим сигналом в общем смысле называется изменяющееся во времени и пространстве параметры электромагнитного поля. Под модуляцией понимается процесс изменения тех или иных параметров одного сигнала под воздействием каких-либо параметров другого. В случае если в качестве передаваемого сигнала используется синусоидально изменяющееся напряжение или ток, его параметрами можно считать амплитуду и полную фазу, содержащую в себе частоту и начальную фазу.

Аналитически сигналы есть функции от времени и бывают дискретными и непрерывными или аналоговыми. Если сигнал как функция u(t) принимает только определенные дискретные значения и (например, 0 и 1), то он называется, дискретным по состояниям. Если же сигнал может принимать любые значения в некотором интервале, то он называется аналоговым или непрерывным по состояниям. Под дискретным по времени сигналом необходимо понимать сигнал, заданный не на всей области значений времени, а только в определенные моменты t_u. Рисунок поясняет эти отличия. Здесь а - сигнал непрерывный по времени и по состояниям, б - дискретный по состояниям и по времени сигнал, в-непрерывный по состояниям и дискретный по времени сигнал, г - сигнал дискретный и по состояниям, и по времени.

Поскольку заранее известный (детерминированный) сигнал не может нести никакой информации, то все сигналы, рассматриваемые нами в курсе ТЭС и работе, являются случайными процессами.

Длительностью сигнала Т_с будем считать интервал времени в пределах которого он существует, его динамическим диапазоном Dc - отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. За ширину спектра сигнала F_c примем диапазон частот, в пределах которого сосредоточена основная его энергия. В технике связи спектр сигнала часто сознательно сокращают, т. к. аппаратура и линии связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот. Сокращение спектра осуществляется исходя из допустимых норм искажений сигнала. Так, например, в качестве частотного диапазона речевого сигнала в связи полагаем полосу от 300 Гц до 3.4 кГц.

Под термином сообщение мы будем понимать совокупность знаков (символов), содержащих ту или иную информацию, подлежащую передачи на расстояние

Источник сообщений - это некий объект или система (подразумевается либо человек, либо ЭВМ, либо автоматическое устройство или что-либо другое), информацию о состоянии или поведении которого следует передать на определенное расстояние. Информация передаваемая от ИС является непредвиденной для получателя. Поэтому количественную меру передаваемой по системе связи (СС) информации в теории электрической связи выражают через вероятностные характеристики сигналов (сообщений). Сообщение - это форма представления информации. Например информация может быть представлена в изменении тока или напряжения на выходе какого-либо устройства под действием порождающих факторов.

В ФНЧ (фильтре нижних частот) сообщение (сигнал) вначале фильтруется с целью ограничения его спектра некоторой верхней частотой . Полученный таким образом сигнал в дальнейшем необходим для представления его в виде последовательности отсчетов , k=0,1,2…, наблюдаемых на выходе дискретизатора. Далее отсчеты сообщения квантуются по уровню в АЦП. Уровень квантования зависит от разрядности АЦП. Чем больше разрядность АЦП, тем с большей достоверностью преобразуется исходный аналоговый сигнал, действующий на вход АЦП. Например, на практике используют не более 16-ти разрядные АЦП, т. к. с увеличением разрядности увеличивается и время преобразования в кодовую комбинацию на выходе АЦП. Квантовые уровни затем кодируются двоичным безызбыточным кодом.

Образовавшаяся последовательность кодовых комбинаций образует сигнал ИКМ, который подводится к модулятору-устройству, предназначенному для согласования ИС с используемой линией связи. В модуляторе формируется сигнал , способный распространятся по линии связи в виде электрического или электромагнитного колебания.

В данной курсовой работе в модуляторе происходить дискретная амплитудная модуляция (ДАМ), формируется сигнал .

Для необходимого отношения мощностей сигнала и помехи (шума) на входе приемника сигнал, прошедший по каналу связи с источником помех, фильтруется и усиливается в выходных каскадах ПДУ (передающего устройства).

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление в канале, когда передаваемый сигнал резко затухает или исчезает

Сигнал с выхода ПДУ поступает в линию связи, где на него накладывается помеха и на вход ПРУ (приемного устройства) воздействует смесь переданного сигнала и помехи . В нем принятый сигнал фильтруется и подается на детектор.

В результате демодуляции, из принятого сигнала выделяется закон изменения информационного параметра, который в нашем случае пропорционален сигналу ИКМ.

В данной курсовой работе демодулятор настроен на когерентный прием.

Для регистрации переданных двоичных символов к выходу демодулятора подключено решающее устройство (РУ). В условиях действия помех в НКС РУ принимает решения неоднозначно, что в свою очередь может привести к двум возможным ошибкам (при передаче двоичных сигналов или 1):

При определенном значении - порога срабатывания РУ не смотря на то, что сигнал отсутствует, шум может превысить установленное значение порога и примется ошибочное решение о наличие сигнала. Так происходит при наличии помехи положительной полярности, т.е. помехи, которая складывается с сигналом. Это, так называемая, ошибка первого рода.

При определенном значении - порога срабатывания РУ несмотря на то, что сигнал и присутствует, но установленное значение порога решающего устройства не будет превышено и примется решение об отсутствии сигнала. Так происходит при наличии помехи отрицательной полярности, т.е. помехи которая вычитается из сигнала. Это ошибка второго рода.

Все эти ошибки вызывают несоответствия переданных и принятых кодовых комбинаций.

Наконец, для восстановления переданного непрерывного сообщения принятые кодовые комбинации подвергаются декодированию, интерполяции и низкочастотной фильтрации. При этом в декодере по двоичным кодовым комбинациям восстанавливаются ичные уровни , ,

2. Источник сообщений

Источник выдает сообщение a(t), представляющее собой непрерывный стационарный процесс, мгновенные значения которого в интервале от до равновероятны, а основная доля мощности сосредоточена в полосе частот от 0 до .

Требуется:

1) Записать аналитическое выражение и построить график одномерного закона распределения плотности вероятности мгновенных значений случайного процесса а(t).

2) Найти математическое ожидание и дисперсию D процесса а(t).

1. Для нахождения одномерной плотности вероятности мгновенных значений случайного процесса а(t) учтем, что все его мгновенные значения в заданном интервале равновероятны, и, следовательно. Плотность вероятности будет постоянна в этом интервале и равна нулю вне этого интервала.

Значение плотности вероятности внутри интервала от до определим из условия нормировки:

; ; ;

.

Таким образом, аналитическое выражение для плотности распределения вероятности случайного процесса а(t) имеет вид:



Тогда построим график одномерного закона распределения плотности вероятности мгновенных значений случайного процесса а(t):

График одномерного закона распределения плотности вероятности мгновенных значений случайного процесса а(t)

2. Найдем математическое ожидание М случайного процесса а(t):

Так как W(а) вне интервала от до равно 0, то получим:



То есть получили, что среднее значение случайного процесса a(t) равно 4,6В.

Найдем дисперсию или математическое ожидание квадрата D случайного процесса a(t):

; ;

3. Дискретизатор

Дискретизация - первый шаг при преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму. Передача аналоговых сигналов цифровыми методами сопровождается шумом квантования, возникающим из-за деления динамического диапазона кодека на конечное число дискретных величин (ступеней квантования).

Передача информации от источника осуществляется по дискретной системе связи. Для этого сообщение a(t) в дискретизаторе квантуется по времени и по уровню равномерным шагом. Шаг квантования по уровню .

Требуется:

1) Определить шаг квантования по времени .

2) Определить число уровней квантования L.

3) Рассчитать относительную мощность шума квантования, определив ее как отношение средней мощности шума квантования Р_шк к средней мощности сигнала, т.е. дисперсии у².

4) Рассматривая дискретизатор, как дискретный источник информации с объемом алфавита L, определить его энтропию Н и производительность Н? (отсчеты, взятые через интервал , считать независимыми).

1. Шаг квантования по времени определим из теоремы Котельникова:

2. Число уровней квантования L при равномерном шаге =0,15 определятся как частное от деления размаха сигнала (a_max-a_min) на шаг квантования .

3. Для нахождения средней мощности шума квантования надо знать закон распределения шума - . Так как мгновенные значения равновероятны в заданном интервале, то закон распределения шума в интервале будет равномерным и не будет зависеть от номера интервала.

Следовательно, средняя мощность шума квантования будет равна:

Закон определения шума определим из условия нормировки:

; ;

Тогда средняя мощность шума квантования:

Относительную величину мощности шума квантования получим, взяв отношение Р_шк к дисперсии случайного процесса a(t):

4. Энтропия - это математическое ожидание количества информации или мера неопределенности сообщений.

При заданном законе распределения мгновенных значений процесса a(t) все уровни квантования равновероятны. Для этого найдем вероятность j-го уровня квантования, что равносильно вероятности попадания a(t) в интервал .



Видно, что не зависит от j.

Тогда энтропия будет определяться как энтропия дискретного источника независимых сообщений, все символы которого вероятны:

бит/символ

Производительностью такого источника будет суммарная энтропия сообщений, переданных за единицу времени:

4. Кодер

Шифратор (кодер) - это устройство, представляющее собой преобразователь позиционного кода в двоичный. В позиционном коде число определяется позицией единиц в серии нулей, или позицией нуля в серии единиц. Например, если в серии десять нулей, имеется вот такой код 0001000000, то это эквивалентно числу 7 (счет ведется справа налево от нуля). Такой код служит для включения объектов или передачи данных на них.

Позиционный код	Двоичный код
8	7	6	5	4	3	2	1	22	21	20
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1
0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1
0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0
0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1
0	1	0	0	0	0	0	0	1	1	0
1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1

В кодере процесс кодирования осуществляется в два этапа. На 1-ом этапе производится безызбыточное (примитивное) кодирование каждого уровня квантованного сообщения a(t₁) к-разрядным двоичным кодом. На 2-ом этапе к полученной к-разрядной двоичной кодовой комбинации добавляется один проверочный символ, формируемый простым суммированием по модулю 2 всех информационных символов. В результате этих преобразований на выходе кодера образуется синхронная двоичная случайная последовательность b(t) (синхронный случайный телеграфный сигнал), состоящая из последовательности биполярных импульсов единичной высоты, причем положительные импульсы в ней соответствуют нулевым символам кодовой комбинации, а отрицательные - единичным.

Требуется:

1) Определить минимальное значение к, необходимое для кодирования всех L уровней квантованного сообщения a(t₁).

2) Определить избыточность кода с одной проверкой на четность Р_к.

3) Записать двоичную кодовую комбинацию, соответствующую передаче a_j-го уровня, считая, что при примитивном кодировании на 1-м этапе a_j-му уровню ставится в соответствие двоичная кодовая комбинация, представляющая собой запись числа в двоичной системе.

4) Определить число двоичных символов, выдаваемых кодером в секунду V_к и длительность двоичного символа Т.

1. Найдем минимальное значение к, необходимое для кодирования всех L уровней квантованного сообщения a(t₁).

2. Определим избыточность кода с одной проверкой на четность.



3. Представим число j=42 в двоичной системе счисления:

42=1·2⁵+0·2⁴+1·2³+0·2²+1·2¹+0·2⁰

Следовательно к-6 информационных символов кодовой комбинации будут иметь вид:

Определим проверочный символ путем суммирования по модулю 2 всех к-5 информационных символов:

Учитывая, что правило суммирования по модулю 2 имеет вид:

1+1=0; 0+0=0; 0+0=0; 0+1=1

Получим, что =1

Таким образом, искомая комбинация, соответствующая передаче уровня квантованного сообщения, будет иметь вид:

4. Число двоичных символов, выдаваемых кодером в секунду , определяется числом отсчетов (1/Дt) и числом двоичных символов n=k+1, приходящихся на один отсчет.

Длительность двоичного символа определяется как величина, обратная



5. Модулятор

В модуляторе синхронная двоичная случайная последовательность биполярных импульсов осуществляет манипуляцию гармонического переносчика .

Параметры несущего сигнала:

- амплитуда несущего сигнала;

- частота несущего сигнала;

Выражения для модулированных сигналов:

s₀=0,

s₁=2U₀cos(2рf₀t)

Требуется:

1) Изобразить временные диаграммы модулирующего и манипулированного сигналов, соответствующих передаче -го уровня сообщения .

2) Привести выражение и начертить график корреляционной функции модулирующего сигнала .

3) Привести выражение и начертить график спектральной плотности мощности модулирующего сигнала .

4) Определить условную ширину энергетического спектра модулирующего сигнала из условия .Отложить полученной значение на графике .

5) Записать аналитическое выражение модулированного сигнала .

6) Привести выражение и построить график энергетического спектра модулированного сигнала .

7) Определить условную ширину спектра модулированного сигнала . Отложить полученное значение на графике .

1. Временные диаграммы модулирующего и манипулированного сигналов.

2. Для определения функции корреляции рассмотрим два сечения в моменты и , и найдем математическое ожидание произведения .

Если , то эти сечения принадлежат разным тактовым интервалам и произведение может с равной вероятностью принимать значения +1 и -1, так что его математическое ожидание равно 0.

Если , то возможны два варианта: случай А, когда они принадлежат одному интервалу и, следовательно, =1, и случай В, когда они принадлежат разны тактовым интервалам и может с равной вероятностью равняться +1 и -1. Поэтому при математическое ожидание равно вероятности р(а) того, что оба сечения оказались в одном интервале. Случай А имеет место, если первое из двух сечений отстоит от начала тактового интервала на более чем , а вероятность этого равна .

Тогда функция корреляции имеет вид:

3. Найдем выражение для спектральной плотности мощности модулированного сигнала по теореме Винера-Хинчина:

;

Так как - функция четная, то

;

Возьмем интеграл по частям:

4. Найдем условную ширину спектра сигнала. Под условной шириной спектра сигнала понимают полосу частот, в которой сосредоточена основная доля мощности сигнала.

Ширину спектра сигнала можно найти двумя способами:

1) Пусть б=2

;

;

Возьмем этот интеграл по частям

; ; ; ;

;

- интегральный синус; .

Определим долю мощности, сосредоточенную в полосе частот от 0 до .

;

Рассмотрим по отдельности числитель и знаменатель этого выражения.

Возьмем этот интеграл по частям

; ; ; ;

- интегральный синус; ;

; ; .

Аналогично получим, что

; ;

То есть получили, что 95% всей мощности сигнала приходится на полосу частот от 0 до

5. После перекодировки последовательности и b(t) в последовательность C(t) по правилу нулевому символу соответствует, единичному -.

В дальнейшем происходит модулирование сигнала s(t) по правилу:

,

где m - глубина модуляции. Пусть C_n-1(t)=0 и m=1, тогда

при b(t)=0, C(t)=1и ;

6. При ДАМ выражение энергетического спектра модулированного сигнала имеет вид:



7. Условная ширина энергетического спектра будет в 2 раза больше условной ширины энергетического спектра модулирующего сигнала:

6. Канал связи

Характеристики системы связи в значительной мере зависят от параметров канала вязи, который используется для передачи сообщений. Исследуя пропускную способность канала, считается, что его параметры сохраняются постоянными. Однако большинство реальных каналов обладают переменными параметрами. Параметры канала, как правило, изменяются во времени случайным образом. Случайные изменения коэффициента передачи канала m вызывают замирания сигнала, что эквивалентно воздействию мультипликативной помехи.

Однородный симметричный канал связи полностью определяется алфавитом передаваемого сообщения, скоростью передачи элементов сообщения u и вероятностью ошибочного приема элемента сообщения р (вероятностью ошибки).

Условие К. Шеннона должно выполняться, то есть производительность источника должно быть меньше пропускной способности канала, что позволит передавать информацию по данному каналу связи. Для некодированного источника это условие выполняется также, так как производительность некодированного источника меньше производительности оптимально закодированного источника.

Передача сигналов s(t) осуществляется по неискаженному каналу с постоянными параметрами и аддитивной флуктуационной помехой n(t) с равномерным энергетическим спектром G₀ (белый шум).

Сигнал на выходе такого канала можно записать следующим образом:

;

Требуется:

1) Определить мощность шума в полосе частот .

2) Найти отношение средней мощности сигнала к мощности шума.

3) Найти по формуле Шеннона пропускную способность канала в полосе F_k.

4) Определить эффективность использования пропускной способности канала K_с, определить её как отношение производительности источника H? к пропускной способности канала С.

7. Демодулятор

В демодуляторе осуществляется оптимальная по критерию максимального правдоподобия когерентная обработка принимаемого сигнала z(t)=s(t)+n(t).

Требуется:

Записать правило решения демодулятора, оптимального по критерию максимального правдоподобия.

Записать алгоритм работы и нарисовать структурную схему оптимального демодулятора для заданного вида модуляции и способа приема.

Вычислить вероятность ошибки р оптимального демодулятора.

Определить как нужно изменить энергию сигнала, чтобы при других видах модуляции и заданном способе приема обеспечить вычисленное значение вероятности ошибки р.

Так как все символы передаются равновероятно, то правило максимального правдоподобия имеет вид:

Л_i>Л_j, (7.1)

при i?j

где - отношение правдоподобия

W (z|в_i) - функция правдоподобия i-ой гипотезы

W (z|ш) - функция правдоподобия, что никакой сигнал не передавался

Для когерентного приема при ДАМ алгоритм работы оптимального по критерию максимального правдоподобия, может быть представлен в виде:

Так как в работе рассматривается двоичная система, то алгоритм работы можно записать следующим образом:

Если

, (7.2)

то принятым считается сигнал s₁(t) и регистрируется символ «1».

Иначе,

, (7.3)

то принятым считается сигнал s₀(t) и регистрируется символ «0».

Приходящий сигнал s(t) можно представить как:

 (при передаче 0) (7.3.1)

(при передачи 1) (7.3.2)

Структурная схема оптимального демодулятора изображена на рис. 7.1

Здесь блоки: АД - амплитудный детектор, РУ решающее устройство, ЗУ запоминающее устройство, Г - генератор тактовых импульсов. РУ устройство принимает решения (на тактовых интервалах Т) о кодовых символах S_n^k/.Принятые решение передаются на запоминающее устройство

В работе реализована система с пассивной паузой (это система, у которой один сигнал нулевой), поэтому алгоритм когерентного приема (8.2), (8.3) (соответственно его реализация) упрощается - отпадает необходимость в вычитающих устройствах:

(7.4)

Вероятность ошибки оптимального когерентного демодулятора для канала с аддитивным белым шумом при передаче двоичных сообщений определяется следующим выражением:

8. Декодер

Дешифратор (декодер) - устройство, преобразующее двоичный код в позиционный (или иной). Другими словами, дешифратор осуществляет обратный перевод двоичных чисел. Единице в каком-либо разряде позиционного кода соответствует комбинация нулей и единиц в двоичном коде, а отсюда следует, что для преобразования необходимо иметь не только прямые значения переменных, но еще и инверсии.

На схеме показаны всего четыре логических элемента и, хотя их должно быть восемь. Три инвертора создают инверсии переменных. Линий подводят сигналы прямого и инверсного кода к остальным четырем элементам. Если разрядов будет четыре, то элементы будут четырехвходовыми, понадобится четыре инвертора и 16 элементов И.

пВ декодере процесс декодирования осуществляется в 2 этапа. На 1-м этапе производится обнаружение ошибок в кодовой комбинации. Если ошибок в кодовой комбинации не обнаружено, то на 2-м этапе из нее сначала выделяются к-информационных двоичных символов, а затем к-разрядная двоичная кодовая комбинация преобразуется в импульс, высота которого соответствует квантованному уровню переданного сообщения. В случае обнаружения ошибки в кодовой комбинации исправляется наиболее ненадежный символ. Информация о степени надежности символов в кодовой комбинации поступает в кодер из демодулятора.

Требуется:

1) Оценить обнаруживающую и исправляющую способности кода (n, n-1) с одной проверкой на четность.

2) Записать алгоритм обнаружения ошибок.

3) Определить вероятность не обнаружения ошибки .

4) Предложить метод определения наименее надежного символа из п символов двоичной комбинации.

1. Обнаруживающая и исправляющая способности кодов определяются минимальным кодовым по Хеммингу между кодовыми комбинациями

Данный код обнаруживает все нечетные ошибки, т. к. это код с проверкой на четность.

Код гарантировано обнаруживает q₀<а-1=1 ошибку, а гарантировано исправляет q_u<(d-1)/2=0.5.

2. При кодировании уровней квантованного сообщения был использован простейший систематический код (n, n-1), который получался путем добавления к комбинации k=n-l информационных символов одного проверочного, образованного в результате суммирования по модулю 2 всех информационных символов. После этого получается кодовая комбинация с четным числом единиц, т.е. комбинация с четным весом. Данный код способен обнаружить лишь ошибки нечетной кратности. Для этого в принятой комбинации подсчитывается число единиц и проверяется на четность. Если в принятой комбинации обнаружена ошибка (нечетный вес), то комбинация считается запрещенной.

3. Вероятность не обнаружения ошибки при декодировании с одной проверкой на четность при условии, что мы ничего не исправляем, равна:

Вероятность обнаружения ошибки при таком алгоритме декодирования равна:

4. При демодуляции в РУ результат операции



сравнивается с 0 (если >0, то передавалась 1, если0, то 0). Наименее надежным будет символ, у которого модуль этого выражения будет наименьшим. Иными словами, у которого разность фаз между соседними сигналами s(t) будет более остальных близка к р/2. Для регистрации наименее надежного символа в РУ следует поместить которое фиксировало бы наименьший модуль выражения из всех n символов и отправляло бы в декодер информацию о номере наименее надежного символа. Такая бы операция повторялась бы для каждых n символов.

9. Фильтр-восстановитель

Фильтр-восстановитель представляет собой фильтр нижних частот с частотой среза Fср.

Требуется:

1) Определить F_ср.

2) Изобразить идеальные амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики фильтра-восстановителя.

3) Найти импульсную реакцию g(t) идеального фильтра-восстановителя. Начертить график g(t).

1. Частоту среза фильтра-восстановителя найдем по теореме Котельникова:

2. Идеальная АЧХ фильтра-восстановителя имеет вид:

Идеальная ФЧХ фильтра-восстановителя имеет вид:

3. Найдем импульсную реакцию фильтра-восстановителя

Пусть

10. Принципиальная схема ДАМ модулятора

Амплитудный модулятор, имеющий хорошую линейность, теоретически может работать при частоте модулирующего сигнала, равной частоте несущей (рис11.1) [3]. Транзистор Q1 разделяет модулирующее входное напряжение на два противофазных разнополярных сигнала. Выключатели на транзисторах Q2 и Q3 пропускают соответственно положительные и отрицательные полупериоды прямоугольной несущей. Прерванные модулированные сигналы (точки С и D) суммируются при помощи резисторов R5 и R6.

Амплитудный модулятор, схема которого представлена на фигуре, имеет хорошую линейность и работает при изменении частоты модулирующего сигнала от нуля до половины частоты несущей. Линейность схемы сохраняется вплоть до коэффициента модуляции 97,5%. Связь между отдельными каскадами осуществляется гальванически без применения индуктивностей или больших емкостей.

Транзистор Q1 является расщепителем фазы модулирующего сигнала, при этом сигнал на эмиттере Q1 имеет фазовый сдвиг и амплитуду, несколько меньшую входного уровня. Постоянная составляющая модулирующего сигнала равна приблизительно -5 В на эмиттере транзистора Q1 и +5 В на его коллекторе, где фаза сигнала сдвинута на 180° по отношению к входу. Быстродействующие переключатели на транзисторах Q2 и Q3 попеременно изменяют свое состояние от насыщения до запирания под действием входного сигнала несущей. Этот сигнал, предпочтительно прямоугольной формы, поступает на базы транзисторов Q2, Q3 соответственно через резисторы R1, R2 и диоды D1, D2. Диоды защищают транзисторы от повышенного обратного напряжения база-эмиттер, которое может возникнуть при большом уровне несущей. Конденсаторы C1 и С2 служат для уменьшения времени переключения транзисторов Q2, Q3.

Коллекторы транзисторов Q2, Q3 соединены с выходами фазорасщепителя Q1 через резисторы R3 и R4. Эти резисторы используются для развязки схем модулирующего и модулируемого сигналов. В каждом положительном полупериоде несущей модулирующий сигнал на коллекторе транзистора Q1 переключается от своего среднего значения 5 В до нуля транзистором Q2. В результате этого на коллекторе транзистора Q2 формируется прерывистый модулирующий сигнал. Аналогично модулирующий сигнал на эмиттере транзистора Q1 прерывается транзистором Q3, причем переход транзистора Q3 из запертого состояния в состояние насыщения происходит в течение каждого отрицательного полупериода несущей.

Положительные и отрицательные прерывистые модулирующие сигналы смешиваются в простой суммирующей цепи, состоящей из резисторов R5 и R6. При суммировании компоненты с частотой прерываний, присутствующие в прерывистых модулирующих сигналах, взаимно компенсируются. Таким образом, в случае идеального баланса в спектре выходного модулированного сигнала отсутствуют компоненты с частотой модуляции и присутствуют только боковые составляющие модуляции. Теоретически при этом можно увеличивать частоту модулирующего сигнала до верхнего предела, равного половине частоты несущей, не применяя сложной фильтрации. Огибающая модулированного сигнала находится в этом случае в противофазе по отношению к входному модулирующему сигналу.

Выходное напряжение схемы представляет собой амплитудно-модулированный прямоугольный сигнал, который сам по себе содержит нечетные гармоники основной частоты. (Спектр выходного сигнала можно записать в виде (nw_c±w_m), где wc-частота несущей, w_m - частота модулирующего сигнала, а n=1; 3; 5;….) Чтобы получить синусоидальную несущую, выходной сигнал необходимо отфильтровать. Для выделения основной частоты несущей и ее боковых составляющих можно применить фильтр нижних частот, поскольку спектр выходного сигнала не содержит компоненту с частотой модуляции. Однако для выделения какой-либо гармоники w_с необходимо использовать полосовой фильтр.

Частотные свойства модулятора в основном зависят от быстродействия переключающих транзисторов. Для транзисторов, показанных на фигуре, верхняя частота модулированного выходного сигнала составляет 1 МГц. Сам модулятор имеет плоскую частотную характеристику и сохраняет линейность до модулирующей частоты 250 кГц, после чего искажения огибающей становятся заметны даже на глаз. При частоте несущей 100 кГц и частоте модуляции 1 кГц можно получить линейную модуляцию с глубиной до 95%.

В режиме с разомкнутым выходом максимальный размах выходного модулированного сигнала равен 7,4 В при размахе входного модулирующего сигнала 14 В. Минимальный размах несущей на входе модулятора для получения выходного прямоугольного сигнала составляет 2,8 В. Увеличение уровня несущей относительно номинального значения не приводит к появлению каких-либо нежелательных эффектов. Форма модулирующего сигнала может быть произвольной.

В качестве несущей можно использовать также синусоидальный сигнал, однако при этом ухудшается процесс прерывания. Минимальный размах синусоидальной несущей равен 4 В. При частоте несущей 10 кГц и размахе модулирующего сигнала 14 В можно осуществить линейную модуляцию с глубиной до 97,5%.

Минимальный возбуждающий уровень несущей почти не изменяется при более низкой ее частоте. В то же время технические характеристики модулятора несколько ухудшаются на верхних частотах-максимальная глубина линейной модуляции уменьшается и становится равной 94% на 500 кГц и ' 88% на частоте 1 МГц. На верхних частотах также уменьшается уровень выходного сигнала. Для расширения частотного диапазона можно использовать более быстродействующие ключевые транзисторы и уменьшить импедансы каскадов схемы.

Предотвратить уменьшение выходного сигнала на высоких частотах можно также путем повышения питающих напряжений. Максимальная глубина модуляции теоретически ограничена напряжением насыщения прерывающих транзисторов; это напряжение не оказывает столь сильного влияния при высоких питающих напряжениях. Применение подобранных с большой точностью пар резисторов (R3-R4, R5-R6, R7-R8) обеспечивает равенство положительных и отрицательных мгновенных значений выходных модулирующих сигналов.

Вывод

В данной работе были проведены исследования основных характеристик системы передачи сообщений. При расчете модулятора и демодулятора одним из основных параметров является ДAМ-модуляция, используемая во многих приборах. Работа содержит структурные и принципиальные схемы элементов системы передачи с пояснениями, по которым можно разобрать принцип работы того или иного устройства

В курсовой работе разработана система связи, предназначенная для передачи данных и передачи аналоговых сигналов с использованием дискретной амплитудной модуляции когерентного способа приема сигналов. Двоичный канал пригоден для передачи информации, т. к. производительность источника меньше пропускной способности канала.

Рассматривается канал с постоянными параметрами и аддитивной помехой типа гауссовского белого шума. Такие (гауссовские) каналы являются достаточно хорошей моделью многих реальных каналов передачи цифровой информации, в частности, кабельных, оптических, радиорелейных, космических и других.

Список источников

1. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В., под ред. Кловского Д.Д. Теория электрической связи, - М.: Радио и связь, 1999 г.

2. Уточкин Г.В., Гончаренко И.В. Амплитудный детектор. Авт. св. СССР №1672552., опубл. 23.08.91. Бюл. №31

сигнал сообщение передача кодер

Размещено на Allbest.ru

...