Алматинский институт энергетики и связи

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

 

Теория электрической  связи

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов  заочной формы обучения специальности 050719 –Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2006

 

 

 

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Г.С. Казиева.У.И.Медеуов. Теория электрической свя     зи. Методические указания к выполнению курсовой работы (для студентов  заочной формы обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации).- Алматы: АИЭС, 2006. – 29 с.

 

 

Методические указания содержат общие положения по выполнению курсовой работы по теории электрической связи. Методические указания содержат индивидуальные задания, рекомендации по расчету. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Ил. 6, табл.13, библиогр. - 9 назв.

 

 

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры АЭС К.Х. Туманбаева.

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 год.

 

 

 

 

            © Алматинский институт энергетики и связи, 2006

 

 

 

Введение

 

История развития человеческого общества непрерывно связана с обменом  между людьми информацией, что является такой же необходимостью, как еда, воздух, вода и т. д. Техника передачи информации прошла длительный путь развития от простейших устройств до весьма совершенных технологий. По мере развития человеческого общества неуклонно растет объем передаваемой информации. Эффективность народного хозяйства в большой степени зависит от информационной обеспеченности, наличия средств быстрой и надежной передачи информации- средств связи.

Значительная часть информации в современном обществе передается электрическими сигналами с помощью радиотехнических средств в системах связи различного назначения. Поэтому системы связи играют все большую роль в жизни людей. Последние годы отмечены не только интенсивным развитием волоконно-оптических систем связи, но и заметным развитием систем радиосвязи. Помимо традиционных радиорелейных и спутниковых систем радиосвязи, быстро развиваются сети мобильных цифровых сотовых систем радиосвязи. Разработки систем связи последнего времени используют не только возможности современных технологий, но и достижения современной теории связи, позволяющие повысить не только объемы передаваемой информации, но и качество передачи сообщений (верность связи).

В системах электрической связи имеют место различные преобразования сигналов. Одним из важнейших преобразований является модуляция – изменение параметров некоторого сигнала- переносчика («несущего сигнала») по закону изменения мгновенных значений первичного информационного сигнала. Так образуется на выходе модулятора модулированный сигнал, способный с лучшим качеством передаваться по заданной линии связи.

Знание принципов и способов преобразования сигналов, классических видов модуляции необходимо специалисту по электро- и радиосвязи не только на стадии разработки систем связи, но и при их эксплуатации, так как позволяет правильно организовать борьбу с помехами для достижения требуемого качества и скорости передачи информации. Вопрос выбора вида модуляции и вида несущего сигнала для системы связи решается не только с точки зрения эффективности прохождения сигнала по линии связи (по каналу) и простоты операций модуляции и демодуляции, но в первую очередь с точки зрения способности вида модуляции обеспечить заданное качество передачи сообщений (по верности и скорости передачи) при наличии помех.

Целью данного методического указания к выполнению курсовой работы является обобщение теоретического материала по вопросам модуляции, изложенным в разнообразной учебной литературе по электро- и радиосвязи и изложение этих вопросов с учетом опыта чтений лекций по дисциплине «Теория электрической связи» для студентов направления «Радиоэлектроника и телекоммуникации».

          1 Общие положения по выполнению курсовой работы

 

1.1 Основные требования к курсовой работе

 

Оформление курсовой работы должно отвечать следующим основным требованиям:

           - объем не должен превышать 50 рукописных листов стандартного формата А4 (210х297 мм);

           - текст должен быть написан четко без помарок и исправлений с надлежащей расстановкой знаков препинания;

           - чертежи выполняются на миллиметровой бумаге черным фломастером, карандашом или на кальке – тушью, должны иметь название и номер, проставляемый под рисунком;

- таблицы рассчитанных или заимствованных величин должны иметь нумерацию и названия, написанные сверху каждой таблицы.

 

1.2 Порядок выполнения курсовой работы

 

Каждая курсовая работа должна содержать следующие разделы:

а) титульный лист;

б) содержание;

в) введение;

г) общее задание;

д) исходные данные по вариантам;

е) отдельные главы соответственно общему заданию;

ж) заключение;

з) список литературы.

 

Текст общего задания переписывается полностью, из данных выбирается тот вариант, который соответствует последним двум цифрам номера студенческого билета, и выписываются все исходные данные, касающиеся выполнения задания, а также предпоследние цифры студенческого билета и начальная буква фамилии.

2  Задание на выполнение курсовой работы

          2.1 Общее понятие о модуляции. Виды модуляции

Первичные сигналы, поступающие из источника сообщений (преобразование сообщения в сигнал осуществляется в самом источнике), как правило, не могут быть непосредственно переданы по каналу (например, электрический сигнал по радио- или оптическому каналу) или могут быть переданы, но с большой степенью искажений, из-за чего качество передачи снижается. Чаще всего это происходит из-за низкочастотности первичных сигналов.

Чтобы осуществить эффективную передачу сигналов в какой-нибудь направляющей среде, необходимо использовать сигналы соответствующие параметрам этой среды (в большинстве случаев по частотному диапазону). Такие сигналы называют несущими сигналами (сигналами-переносчиками) u_нес(t). Они способны распространяться по данной линии связи наилучшим образом. Для введения сообщения, переносимого первичным информационным сигналом, в несущий сигнал используют процесс модуляции.

Модуляция – это процесс изменения одного или нескольких параметров несущего сигнала по закону изменения мгновенных значений первичного информационного (модулирующего) сигнала, воздействующего на него.

В подавляющем большинстве случаев используется изменение одного из параметров несущего сигнала при постоянстве остальных его параметров.

Параметр несущего сигнала, изменяющийся во времени под воздействием модулирующего сигнала, называется информационным, так как в его изменении заложено передаваемое сообщение, несущее информацию. Первичный информационный сигнал u_инф(t) является модулирующим сигналом, устройство, осуществляющее модуляцию модулятором. Вторичный сигнал, полученный в результате модуляции несущего сигнала, модулированный сигнал u_мод(t).  

Любой модулятор (рисунок 1.1) имеет два входа и один выход. Здесь: u_инф(t)- первичный, информационный (модулирующий) сигнал, несущий сообщение (информацию); u_нес(t)- несущий сигнал (сигнал-переносчик), параметры которого соответствуют параметрам линии (канала); s_мод(t)- вторичный модулированный ВЧ сигнал.

                              u_инф(t)                       s_мод(t)

От источника

                   сообщений            

       

          u_нес(t)

       От генератора

    несущего сигнала

Рисунок 1 -Структурная схема модулятора

 

Таким образом, назначение модуляции с информационной точки зрения- введение передаваемого сообщения, несущего информацию, в несущий сигнал, соответствующий параметрам линии (канала).

Кроме того, главной особенностью любой модуляции является преобразование спектра информационного модулирующего сигнала в процессе модуляции, из-за чего модуляторы часто называют преобразователями частоты. В общем случае происходит расширение спектра, а при гармоническом несущем сигнале спектр информационного сигнала переносится  в окрестность частоты несущего сигнала (обычно из НЧ диапазона в ВЧ диапазон).

Модулированные сигналы и виды модуляции различаются по виду несущего сигнала и по модулируемому (информационному) параметру. Наиболее часто в качестве несущего сигнала используются:

- гармонический сигнал (при аналоговой и дискретной модуляциях);

- периодическая последовательность видеоимпульсов (при импульсной модуляции). В таблице 1 дана общая классификация видов модуляции по виду несущего  и модулирующего сигналов.

 

Таблица 1- Общая классификация видов модуляции 

 

Даже при гармоническом несущем сигнале теоретически возможно бесконечное число видов модуляции. Практически в настоящее время в системах связи используется более пятидесяти видов модуляции и число их продолжает расти. Это связано с тем, что различные виды модуляции имеют разную помехоустойчивость, ширину спектра и сложность реализации модуляторов и демодуляторов.

Вопрос выбора вида модуляции и вида несущего сигнала для системы связи решается не только с точки зрения эффективности прохождения сигнала по линии связи (по каналу) и простоты операций модуляции и демодуляции, но в первую очередь с точки зрения способности вида модуляции обеспечить заданное качество передачи сообщений (по верности и скорости передачи) при наличии помех.

 

 

 

 

  2.1.1Выбор варианта

 

Задания на курсовую работу включают в себя 100 вариантов. Номер варианта выбирается в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки (Таблицы 2,3).

-   титульный лист оформляется в соответствии с правилами оформления расчетно-графических работ;

-каждый студент выполняет  2 задания, которые включают в себя задачи по модуляции и кодированию.

    Задание 1

  Задача 1

В таблицах 1 и 2 приведены параметры А₀,f₀, θ₀ несущего колебания а(t)= А₀ cos (ω₀*t+ θ₀)  и модулирующего сигнала e(t)=E cos (λ*t+γ),

где А₀ – амплитуда несущего колебания;

      f₀ – частота несущего колебания;

θ₀ – начальная фаза несущего колебания;

Е – амплитуда модулирующего колебания;

λ – частота модулирующего колебания;

γ – начальная фаза модулирующего колебания.

Требуется:

а) в соответствии с вариантом записать аналитическое выражение амплитудно-модулированного колебания с коэффициентом глубины модуляции М; частотно-модулированного колебания с девиацией частоты f_g; фазо-модулированного колебания с индексом модуляции m.

Для АМ, ЧМ, ФМ колебаний изобразить качественно графики модулирующего и модулированного сигналов (временные диаграммы колебаний);

б) рассчитать и построить амплитудно-частотный и фазо-частотный спектры АМ, ЧМ и ФМ колебаний.

Таблица 2

Предпоследняя цифра номера студенческой зачетной книжки		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
А0	В	3,4	1,2	2,6	1,5	0,8	0,7	0,4	0,2	0,1	3,2
f0	мГц	0,8	0,2,	0,3	0,36	0,42	0,51	0,62	0,71	0,41	0,22
θ0	рад	π/10	π/4	π/3	π/5	π/6	π/8	π/12	π/18	π/9	π/7
Е	В	1,3	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,4	0,7	1,2
λ	кГц	1,8	0,4	0,6	0,8	1,2	2,4	4,2	2,6	5,2	3,6
γ	рад	0	π/10	π/9	π/8	π/7	π/6	π/5	π/4	π/3	π/2

 

 

 

 

Таблица 3

Последняя цифра номера студенческой зачетной книжки		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
девиация частоты	кГц	21,6	1,2	2,4	4,0	7,2	16,8	33,6	23,4	52	39,6
индекс модуляции	рад.	12	3	4	5	6	7	8	9	10	15
коэффициент глубины  модуляции	%	50	30	40	50	60	70	80	20	30	40

 

Методические указания к задаче 1:

 

Литература: [1, 2].

В гармоническом несущем колебании

                                a(t)=F cos (wt+θ)                                       (1)

можно изменять пропорционально модулирующему колебанию s(t), однозначно связанному с передаваемым сообщением, амплитуду

                                A(t)=А₀+k_АМ s(t),                                       (2)

начальную фазу

                                θ(t)= θ₀+k_ФМ s(t),                                       (3)

частоту

                                w(t)= w₀+k_ЧМ s(t).                                              (4)

В соответствии с этим получаем амплитудно-модулированные (АМК), фазо-модулированные (ФМК) и частотно-модулированные колебания (ЧМК).

Полная фаза АМК  θ(t)=w₀t+θ₀,                                                (5)

                    ФМК  θ(t)=w₀t+θ₀+k_ФМ s(t),                                  (6)

                    ЧМК   θ(t)=w₀t+θ₀+k_ЧМ s(t).                       (7)

Аналитическое выражение АМК в общем случае

                                a(t)=[A₀+k_AMs(t)] cos (w₀t+θ₀),                           (8)

ФМК

                                a(t)=A₀ cos [w₀t+θ₀+ k_ФМ s(t)],                            (9)

ЧМК

                                a(t)=A₀ cos [w₀t+θ₀+k_ЧМ s(t)].                   (10)

Мгновенная частота АМК w(t)=w₀                                          (11)

 

ФМК                       w(t)=,                          (12)

ЧМК                        w(t)=w₀+k_ЧМs(t).                                       (13)

 

В случае тональной модуляции

s(t)=S₀ cos (Wt+g)                                              (14)

 

аналитическое выражение АМК  

 

                                a(t)=[1+Мcos(Wt+g)]cos(w₀t+θ₀),              (15)

 

где                           М=,                                                 (16)

ФМК                       a(t)=A₀ cos [w₀t+θ₀+ mcos(Wt+g)],            (17)

 

где  m=k_ФМS₀.

 

ЧМК                        a(t)=A₀ cos [w₀t+θ₀+ msin(Wt+g)],             (18)

 

где  m=.                                                               (19)

 Для построения спектров выражения (15),(17) и (18) целесообразно  представить в развернутом виде

 

a(t)=A₀ cos(w₀t+θ₀)+cos[(w₀-W)t+θ₀+g)]+

                              +cos [(w₀-W)t+ θ₀+g)],                      (20)

        

                   a(t)=A₀ SJ_n(m)cos[(w₀+nW)t+ng+θ₀)]                                       (21),

 

где Jn(m) – функция Бесселя первого рода порядка n с индексом модуляции m в качестве аргумента. Значение функций Бесселя для разных n и m приведены в Приложениях А и Б. Следует учитывать, что:

-         для нечетных n                                       J_n(m)=-J_n(m);                   (22)  

-         для четных n                                           J_-n(m)=J_n(m).                   (23)

 

 

        Задача 2

Разработать структурную схему кодера для циклического кода, исправляющего одиночные  ошибки:

а) определить минимальное кодовое расстояние d₀, количество проверочных элементов кода r и общую длину кодовой комбинации n при заданном  количестве информационных элементов – k;

б) составить кодовую комбинацию циклического кода F(r) для заданной кодовой комбинации простого кода Q(r);

в) составить таблицу синдромов С(0,1) циклического кода при одиночной ошибке в различных разрядах;

г) проверить будет ли исправлена одиночная ошибка на приеме при ошибке в i-м разряде и обнаружена двукратная ошибка при ошибках в  i-м и j-м разрядах;

д) построить схему кодера данного циклического кода.

Номер варианта определяется по двум последним цифрам номера зачетной книжки.

 Таблица 4

Последняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
k Кодовая комбинация простого кода	4     1010	5     11011	6     011001	4     0110	5     10001	6     101010	4     1100	5     01110	6     110011	4     1110

 

 Таблица 5

Предпоследняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
i                    j	1   6	2   5	3   4	4   1	1   2	4   6	3   6	4   5	2   4	3   5

 

          Методические указания  к задаче 2:

      

а) для определения количества проверочных элементов кода с d○=3 можно использовать соотношение 2≥k+r+1;

б) после составления кодовой комбинации циклического кода F(0,1) проверьте правильность ее составления путем деления на образующий полином Р(0,1);

в) таблицу синдромов С(0,1) составить путем деления различных векторов одиночных ошибок на образующий полином Р(0,1);

г) синдром при одиночных ошибках в составленной кодовой комбинации циклического кода должен соответствовать синдрому таблицы при ошибке в этом разряде. Синдром при двукратной ошибке не должен совпадать ни с одним из табличных синдромов при одиночной ошибке;   

д) построить структурную схему кодера. Необходимо составить таблицу состояний ячеек кодера на каждом из тактов кодирования.

 

 

 

 

 

         Задача 3

Исследовать эффективность статистического двоичного кодирования и определить выигрыш, полученный от него:

а) закодировать свою фамилию равномерным двоичным кодом, используя буквы в таблице 6;

б) используя статистические данные вероятностей передачи букв в таблице 5, закодировать свою фамилию двоичным кодом так, чтобы средняя длина кодовой комбинации буквы (кодового слова)была минимальной;

в) рассчитать среднюю длину кодового слова при передаче только букв своей фамилии (без использования и с использованием разделительных символов);

г) рассчитать выигрыш даваемой статистическим кодированием по сравнению с равномерным кодированием;

д) закодировать свою фамилию, используя код Шеннона-Фано или Хаффмена. Рассчитать среднюю длину кодового слова при передаче только букв своей фамилии этим кодом. Рассчитать выигрыш даваемой кодированием таким кодом по сравнению с равномерным кодированием. Построить кодовое дерево (граф) этого кода для букв своей фамилии.

 

Таблица 6

Буква	Вероятность передачи буквы Рi•10-²		Буква	Вероятность передачи буквы Рi•10-²		Буква	Вероятность передачи буквы Рi•10-²
А	6,1		Л	3		Х	0,5
Б	1,2		М	2		Ц	0,3
В	3,3		Н	4,2		Ч	1,2
Г	1,1		О	8		Ш	0,6
Д	1,9		П	1,7		Щ	0,2
Е	5,8		Р	3,9		Ы	0,9
Ж	0,6		С	3,7		Ь	0,9
З	1		Т	2,9		Э	0,1
И	4,3		У	2,1		Ю	0,5
Й	1,3		Ф	0,2		Я	1,2
К	3,2

 

Методические указания к задаче 3:

а) длина кодовой комбинации буквы при равномерном кодировании общего количества используемых букв-31 (таблица 6). Необходимо составить (произвольно) кодовые комбинации всех букв, а затем закодировать свою   фамилию   последовательностью кодовых комбинаций букв, входящих в нее;

б) для кодирования 31 буквы алфавита использовать кодовые комбинации двоичного кода:

1) обе кодовые комбинации длиной к=1;

2) все четыре кодовые комбинации длиной к=2;

3) все восемь кодовых комбинаций длиной к=3;

4) все шестнадцать кодовых комбинации длиной к=4;

5) одну кодовую комбинацию длиной к=5Þ10101.

Наиболее вероятным буквам присваиваются наиболее короткие кодовые комбинации. Составить кодовые комбинации всех букв (таблица 1), а затем закодировать свою фамилию последовательностью кодовых комбинаций букв, входящих в нее. Для разделения кодовых комбинаций букв использовать кодовый символ "-1".

в) средняя длина кодового слова без разделительных символов равна:

                          ē =  Σe_i P_i;

     где, e_i-длина кодовой комбинации i-ой буквы;

            P_i-вероятность передачи i-ой буквы;

            N-число букв в фамилии.

г) выигрыш определяется экономией времени, требуемого для передачи сообщения (фамилии)статистическим кодом по сравнению с равномерным кодом. Это есть соотношение количества символов передаваемых тем и другим кодом при передаче сообщения (фамилии). Для равномерного кода средняя длина кодового слова совпадает с длиной кодовых слов (комбинации).

 

Задача 4

Дана  вольт-амперная характеристика амплитудного модулятора, аппроксимированная выражением

 

I_k=,                         (24)

 

где I_k – ток коллектора транзистора;

      U_б – напряжение на базе транзистора;

      S – крутизна характеристики;

      U₀ – напряжение отсечки.

Требуется:

         - объяснить назначение  модуляции несущей и описать различные виды модуляции;

         - изобразить схему транзисторного амплитудного модулятора, пояснить принцип ее работы и назначение ее элементов;

   - дать понятие статической модуляционной характеристики (СМХ);

         - рассчитать и построить СМХ при заданных s, u₀ и значения амплитуды входного высокочастотного напряжения V_m;

         - помощью статической модуляционной характеристики определить оптимальное смещение Е₀ и допустимую величину амплитуды V_W модулирующего напряжения V_Wcos Wt, соответствующие неискаженной      модуляции;

          - рассчитать коэффициент модуляции m_АМ для выбранного режима;

- построить спектральную и временную диаграмму АМ сигнала.

 

Значения S, U₀ и V_m приведены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7

Последняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
S,   mA/B	100	95	110	85	120	75	115	90	105	80

 

Таблица 8

Предпоследняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
U0,  B	0.35	0.45	0.55	0.65	0.75	0.40	0.50	0.60	0.70	0.80
Vm,  B	0.40	0.50	0.45	0.60	0.80	0.45	0.35	0.50	0.55	0.65

 

  Методическое указание к задаче  4:

 

  Литература: [2, 4].

 

  Статическую модуляционную характеристику следует построить для 7-10 значений Е на интервале от U₀-V_m до U₀+V_m. Для выбранного значения Е и заданных U₀ и V_m определить угол отсечки θ, с помощью которого определяется значение амплитуды первой гармоники тока коллектора I₁.

  Расчет статической модуляционной характеристики рекомендуется проводить с помощью программируемого калькулятора. Для этого следует составить программу расчета зависимости I₁(Е) в общем виде и произвести расчет для выбранных значений Е [6,7].

 

  Задача  5

  Вольт-амперная характеристика диода амплитудного детектора аппроксимирована отрезками прямых

 

I=.                             (25)

  На входе детектора воздействует амплитудно-модулированное колебание

 

                       U_АМ(t)=V_m(1+m_АМcos2pFt)cos2pf₀t.                   (26)

 

  Требуется:

         -  пояснить назначение детектирования модулированных колебаний;    

         - изобразить схему диодного детектора и описать принцип ее работы;

         - рассчитать необходимые значения сопротивления нагрузки детектора R_H для получения заданного значения коэффициента передачи детектора К_Д;

   -  выбрать значение емкости нагрузки детектора C_н при заданных f₀ и F;

         - рассчитать и построить спектры напряжений на входе и выходе детектора.

   Значения  S,  m_АМ,  Uk_Д  даны в таблице 9, а значения V_m, F и f₀- в таблице 10.

 

  Методические указания к задаче 5:

   а) литература: [2, 4];

   б) для расчета C_н следует воспользоваться выражениями (3,93) и (3,94) в [3].

K_g=cos θ и tg θ – θ=,                         (27)

    где θ – угол отсечки в радианах.

 

Таблица 9

Последняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
S,   mA/B	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
mАМ	0.8	0.85	0.9	0.7	0.75	0.5	0.55	0.6	0.65	0.7
КД	0.9	0.7	0.85	0.6	0.8	0.65	0.75	0.8	0.6	0.7

 

Таблица 10

Предпоследняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Vm,  B	1.0	1.2	1.4	1.6	1.8	1.1	1.3	1.5	1.7	1.9
f0    кГц	300	350	400	450	500	550	600	650	700	750
F,  кГц	3.4	5	6	4	5.5	7	4.5	6.5	5	6

 

 

    Задание 2 . Импульсная модуляция

 

Под потенциальной  помехоустойчивостью понимают  предельно достижимую  помехоустойчивость  при  заданных  сигналах  и  видах  помех. Ее  нельзя  превысить  никакими  способами  обработки  сигналов  при  существующей  помехе  в  заданной  системе  связи.

Приемник, обеспечивающий  максимальную (потенциальную) помехоустойчивость  приема, называют  оптимальным.

Помехоустойчивость  приема  дискретных  сигналов  оценивается  вероятностью  ошибки  при  приеме  заданных  сигналов. Она зависит от вида модуляции и от способа приема. Для передачи дискретных сигналов используют дискретные амплитудную (ДАМ), частотную (ДЧМ), фазовую (ДФМ), относительную фазовую (ДОФМ) модуляции.

Наибольшую потенциальную помехоустойчивость (возможную минимальную вероятность ошибки) дает система с ДФМ, затем идут системы с ДОФМ, ДЧМ, ДАМ. Использование ДФМ дает энергетический выигрыш по сравнению с ДЧМ в 2 раза (на 3дБм), а по сравнению с ДАМ в 4 раза (на 6дБм). ДОФМ использует преимущества ДФМ. Данный вид модуляции менее помехоустойчив , чем ДФМ и более помехоустойчив, чем ДАМ. По сравнению с ДЧМ ДОФМ более помехоустойчива при малых помехах и менее помехоустойчива при сильных помехах.

 ДЧМ используется при необходимости обеспечить помехоустойчивость в каналах с высоким уровнем помех, где ДОФМ и ДАМ дают меньшую помехоустойчивость. Используется чаще всего в радиоканалах с высоким уровнем помех при высокой скорости передачи.

Существуют два способа приема:

-  когерентный, где при демодуляции используется информация о фазе принимаемого сигнала, решения выносятся по мгновенным значениям напряжения сигнала;

- некогерентный, где сведения о фазе сигнала не используются,  решения о принимаемом сигнале выносятся по значениям его огибающей.

 Эти  способы  приема  могут  использоваться  для  любых  видов  модуляции.  Когерентные  методы  приема  требуют  значительного  усложнения  схем  приемника для  оценки  фазы  принимаемого  сигнала. Поэтому  здесь  целесообразно  использовать  ДФМ, дающую наибольшую  помехоустойчивость, а  некогерентный  прием  лучше  совмещать  с  ДАМ  и  ДЧМ, что  дает  преимущество  в  простоте схем приемников и менее  жесткие требования к стабильности частоты  сигнала.

  В каналах различного типа есть ограничения на вид модуляции и способы приема. В каналах с быстрыми флуктуациями фазы и частоты неэффективно использовать  ДФМ и  ДЧМ, так как это приводит к значительному усложнению схемы приемника, что не окупается достигнутым при этом увеличением  помехоустойчивости. Систему с ДФМ нельзя использовать при когерентном приеме, т.к. при ДФМ информация заложена в изменении  фазы сигнала, а при неизвестной или неопределенной фазе сигналов они не различимы.

 В  каналах с неопределенной фазой сигнала на приеме  приходится отказываться от применения когерентного метода приема даже в тех случаях, когда с помощью сложных устройств можно оценить начальную фазу принимаемого  нии, что начальная фаза принимаемого сигнала неизвестна,  т.е. некогерентный способ приема.

 Однако в каналах с медленными флуктуациями фазы путем ее оценкможно  достаточно  надежно  предсказать  ее  на  интервале  анализа. При  этом  можно реализовать оптимальный когерентный прием, т.к. фаза изменяется достаточно медленно к разности фаз между соседними единичными элементами, практически сохраняется. Здесь вполне возможен когерентный прием с применением ДОФМ. Тоже и с ДЧМ в каналах с медленными флуктуациями частоты.

 Оптимальный когерентный приемник ДЧМ сигналов является оптимальным в каналах с медленными флуктуациями фазы и частоты, позволяющими реализовать когерентность приема при требовании обеспечения высокой помехоустойчивости.

Исходные данные для выполнения задания приведены в таблицах 11, 12,13.

В задании необходимо выполнить следующее:

          а)  разработать структурную схему системы связи для заданного вида модуляции и способа приема;

          б)  предполагая, что передаваемый информационный сигнал является аналоговым с шириной спектра F, описать преобразования, которым он подвергается в АЦП при переходе к цифровому ИКМ сигналу. Число уровней квантования М, код двоичный;

           в)  определить тактовый интервал, где Тт -длительность единичного элемента кодовой комбинации и скорость передачи информации ИКМ сигнала в N-канальной цифровой системе передачи;

           г)  определить полосу пропускания канала системы связи;

           д)  нарисовать схемы модулятора и демодулятора  в соответствии с заданным видом модуляции и способом приема. Записать алгоритмы их работы;

 е)  нарисовать осциллограммы и спектральные диаграммы сигналов на входе и выходе модулятора и демодулятора;

 ж)  определить интервал дискретизации Тд сигнала, верхнюю частоту спектра аналогового сигнала взять равной Fg = F, квантование -равномерное, код-двоичной симметричный;

и)  учесть использование одного канального интервала для передачи синхросигнала;

к) полоса пропускания канала определяется, исходя из ширины спектра модулированного сигнала:

          F дам = Fдофм =2/Tт;  Fдчм = 4/Tт,

где Т_Т-длительность единичного элемента;

л) составить кодовые комбинации цифрового ИКМ сигнала, в соответствии с заданным числом уровней квантования М соответствующих уровням номера своего варианта с положительным знаком и половине номере варианта с отрицательным знаком. В случае превышения номера варианта над заданным количеством уровней квантования взять отсчеты, соответствующие уровням номера половины и четверти номера варианта.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11

Последняя цифра номера студенческой зачетной книжки	Вид модуляции и способ приема
1, 7                 2, 8                 3, 9                 4, 0                 5                   6	ДАМ, оптимальный когерентный прием ДАМ, неоптимальный прием ДЧМ, оптимальный когерентный прием ДЧМ, неоптимальный прием ДОФМ, оптимальный когерентный прием (сравнение полярности)  ДОФМ, неоптимальный прием (сравнение фаз)

 

  Таблица 12

Предпоследняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
F, кГц              М	3,4   64	5   128	20   256	600   512	20   64	10   128	1,5   256	3   512	15   64	100   128

 

  Таблица 13

Последняя цифра номера студенческой зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
N	1	3	6	8	10	20	18	15	17	13

 

Методические указания  к задаче 1:

 

        b(t)            U_a(t)          U_ц(t)         U_цк(t)          S(t)               S^/(t)

2

6

5

4

3

3

1

                     

                                                                                                              x(t)

8

7

Передатчик

 

14

13

12

11

10

9

           b^*(t)        U^*_a(t)      U^*_ц(t)         U^*_цк(t)        S^*(t)                      S^**(t)       

           

Приемник

Рисунок 2 - Структурная схема системы связи

 

1 - источник непрерывных сообщении (ИС);

2 - преобразователь непрерывных сообщении  b(t) в  непрерывный (аналоговый) первичный сигнал U_а(t):

3 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий аналоговый первичный сигнал U_а(t) в цифровой сигнал U_ц(t);

4 - устройство  кодирования  кодовых  комбинаций  простого  двоичного  кода  цифрового  числа помехоустойчивым  кодом  с  проверкой  на  четность (кодер);

5 - модулятор  для  преобразования  первичного  цифрового  сигнала – U_цк (t)  во  вторичный  высокочастотный  сигнал – S (t), лучше  проходящий  по  линии  связи. Это  дискретный  частотный  модулятор, в  котором  информация  вкладывается  в  изменение  частоты  несущего  гармонического  сигнала по  закону  изменения  значений  первичного, информационного  цифрового  сигнала;

.6 – выходное  устройство,  включающее  в  большинстве  случаев  усилитель  сигналов, полосовой  фильтр, ограничивающий  полосу  частот  сигнала  для  уменьшения  помех  взаимного  влияния  в  различных  каналах, согласующее  устройство  передатчика  с  линией  связи;

7– линия  связи, физическая  среда  для  передачи  сигнала;

8– источник  помех ξ (t), вызывающий  отклонения  принятых  сигналов  от  переданных (включая  искажение  сигнала).  S^**(t) = S′ (t) + ξ (t);

 9- входное  устройство , производящее  фильтрацию  входного  сигнала  для  уменьшения  уровня  помех  на  входе  демодулятора, усиление  сигнала  и  согласование  приемника  с  линией  связи;

10 – демодулятор, который служит  для  обратного  преобразования  вторичного  ВЧ  сигнала S^٭ (t) в  первичный  цифровой  НЧ  сигнал – Ũ_цк (t), несущий  информацию. Это  дискретный  частотный  демодулятор , в  котором  информационный  цифровой  сигнал выделяется  из  закона  изменения  частоты  модулированного  сигнала;

11 - Декодер, декодирует  кодовые  комбинации  помехоустойчивого  кода с  целью обнаружения  ошибок  в  ней. Код  с  проверкой  на  четность  обнаруживает  все  ошибки  нечетной  кратности;

12– цифро-аналоговый  преобразователь (ЦАП), который преобразует  цифровой  сигнал  U_ц (t) в  первичный  аналоговый  сигнал U^٭_а (t);

13 – преобразователь  аналогового (непрерывного)  первичного  сигнала     U^٭_а (t) в  непрерывное  сообщение  b^٭(t);

14 – получатель  непрерывных  сообщений. b^٭(t).

          Преобразование аналогового  сигнала  в  цифровой    сигнал  в  АЦП  осуществляется  последовательно в несколько этапов:

         а)  дискретизация  аналогового  сигнала  во  времени, то  есть  замена  исходного  аналогового  сигнала  U_a (t) его  дискретными  отчетами U_g (nT_g), взятыми через интервал времени (интервал  дискретизации  Т_g), который  выбирается  согласно  теореме  Котельникова: T_g ≤ 1/2F_в ,  где  F_в – верхняя  частота  в  спектре  аналогового  сигнала.

Для  НЧ  сигнала,  в  спектре  которого  есть  постоянная  составляющая,  T_g ≤ 1/2ΔF , где  ΔF –ширина  спектра  сигнала, Гц;

          б) квантование  дискретных  отсчетов  сигнала  по  амплитуде  (по  уровню), т.е. замена  значений  дискретных  отсчетов  U_g(nT_g) на  значение  ближайших  разрешенных  уровней  квантования – U_кв (nT_g);

           в) кодирование  номеров  уровней, соответствующих  значениям  квантованных  отсчетов  сигналов.  Кодирование  заключается  в  замене значений  квантованных  отсчетов  кодовыми  комбинациями  двоичного  кода  номера  уровня  квантования.                                                                                                  

                                                                                                                         

3

1

2

              U_a(t)                       U_g(nT_g)                    U_кв(nT_g)                 U_ц(t)=U_икм()

                                                                       U_кв(t)                

                                                                                                             

                   Аналоговый              Дискретные           Квантованные

                        сигнал                      отсчеты                     отсчеты   

                   

                                Рисунок 3 - Амплитудно-импульсный  модулятор (АИМ)

        ИКМ  сигнал – это  последовательность  К – разрядных  кодовых  комбинаций  двоичного  кода. Код  симметричный  двоичный, где  1-й  элемент  кодирует  знак  напряжения «1», отрицательное  напряжение - «0», а  последующие (К-1)  элементы  кодируют  номер  уровня  квантования.

        Количество  элементов  (разрядов)  кодовой  комбинации  определяется  числом  уровней  квантования –N.

                                                              K =log₂N+1.

        В  реальных  цифровых  системах  частоту  дискретизации  F_g  выбирают  большей,  чем  2ΔF-F_g>2ΔF  для  создания  полосы  расфильтровки  в  спектре  дискретного  АИМ  сигнала, облегчающего  восстановление  аналогового  сигнала  по  дискретным  отсчетам  на  приемной  стороне. Кроме  того,  F_g  выбирают  кратной  частоте  8 кГц  для  унификации  цифровых  систем  передачи.

 Интервал (период)  дискретизации  равен: T_g=1/F_g .

 Допустим  ΔF= 10 кГц ;

 N=512 ;  F_g > 2*10=20 кГц;  F_g =24 кГц;

 T_g =  1/24*10³ = 41,7*10^-6 с =41,7мкс;

 K =log₂ 512 +1=10 элементов;

U_g1=53 y.e.     U_g2= -26,5 y.e.    U_кв1= 52 y.e.     U_кв2= -26 y.e.

Кодовые  комбинации            Номера уровней         Соответствуюшие    

 номеров  уровней                                                  значения напряжений

 

       1000011011                               27                                 54     

       1000011010                                26                                 52

       1000011001                                25                                 50

         •                                              •                                    •

         •                                              •                                    •       

•                                              •                                    •                

       1000000010                                 2                                  4

       10 00000001                              1                                   2

       1000000000                               0                                   0

       00 00000001                              -1                                  -2

       0000000010                               -2                                   -4

•                                              •                                    •

         •                                              •                                    •       

•                                              •                                    •

        0000001100                              -12                                 -24

        0000001101                              -13                                 -26

        0000001110                              -14                                 -28

       Напряжения, номера уровней и кодовые комбинации номеров уровней соответсвенно отмечены на ординате нижепредставленного графика.

 

Δ

          U(t), y.e.             

54                                                                        Диапазон  возможных                                                                                          значений аналогового

52                                                                        сигнала 

50                             U_g1 = U_g (0)                      -512 y.e. ¸ 512  y.e.

  •                                                                         Шаг  квантования  Δ = 2 y.e.

4                                   U_кв1=U_кв (0)

2                                                     

                                                  41,7                                    83,4 

0            

-2                                                                                              t,мкс

-4                  

  •                                                                                     U_кв2 =U_кв(T_g)    

  •                         

-24                                                                                  U_g2 = U_g (T_g)

-26

-28               

         U_икм(t) = U_ц     

                                     

         1   0   0   0   0    1   1   0   1   0   0   0   0   0   0   0   1   1   0   1            

                                                                                                                       t,мкс

 0                                                     41,7                                          83,4           

                                         Рисунок 4 - Диаграмма ИКМ сигнала

г) при  кодировании  помехоустойчивым  (корректирующим)  кодом, с  проверкой  на  четность можно обнаружить  все  ошибки  нечетной  кратности; тогда к  информационной  кодовой  комбинации  длиной  «К»  элементов  добавляется  один  проверочный  элемент –r, доводящий  число  единиц  в  полной  кодовой  комбинации  до  четного  числа.

 Проверочный  элемент  ставится  в  конце  кодовой  комбинации  после  информационных  элементов. Длина  кодовой  комбинации  кода  с  проверкой  на  четность  равна  n =K+1 , где  К – длина  кодовой  комбинации  простого  кода.

  Проверочный  элемент  определяется  суммой  по  модулю  два

информационных   элементов  кодовой  комбинации  простого  кода.

       r = K₁ + K₂ …+K_k,   где  «+» Þ  сумма  по  модулю  два;

 К₁ , К₂ , …К_к – элементы  кодовой  комбинации  простого  двоичного  кода.

Например:для  кодовой  комбинации  1000011010

    r = 1+0+0+0+0+1+1+0+1+0 = 0

Полная  кодовая  комбинация  кода  с  проверкой  на  четность

10000110100  К=10,  n=11  Код  (11,10).

Для  кодовой  комбинации  0000001101 

   r = 0+0+0+0+0+0+1+1+0+1= 1.

Полная  кодовая  комбинация  кода  00000011011;

U_цк(t)

     

         1   0   0   0   0   1   1   0   1   0   0    0   0   0   0   0    0   1   1   0   1    1        

                                                                                                                           t,мкс

 0                                                          41,7                                                  83,4           

Рисунок 5 - Временная  диаграмма  цифрового  сигнала 

закодированного  кодом  с  проверкой  на  четность

 

                                К1   К2   К3   К4   К5   К6   К7   К8   К9   К10      RG1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

                                                                                                                     

                            

                                                                                       

                              

                                                                                                            

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

                        К1    К2   К3   К4   К5   К6   К7   К8   К9   К10    r        RG2    

Рисунок 6 - Структурная  схема  кодера  кода  с  проверкой  на  четность

д) длительность  единичного  элемента  кодовой  комбинации  цифрового  ИКМ  сигнала  с  проверкой  на  четность  определяется  исходя  из  величин  интервала  дискретизации – Т_j и  длины  кодовой  комбинации  кода  с  проверкой  на  четность  - n. Ее  называют  тактовым  интервалом – Т_такт, а  частоту  следования  элементов – тактовой  частотой – F_такт .

 

Т_такт = Т_g/n , c;   F_такт = 1/Т_такт , Гц        или   F_такт =nF_g, Гц  и  Т_такт = 1/F_такт , Гц

 

F_такт = 24*11 = 264 кГц;       Т_такт = 1/264*10³ = 3,8*10^-6 = 3,8 мкс

                  

 

 

 

Приложение А

        Таблица А1 - Функции Бесселя первого рода для малых индексов модуляции (0£m£2)

m	J0(m)	J1(m)	J2(m)	J3(m)	J4(m)
0	1.0000	0	0	0	0
0.1	0.9975	0.0499	0.0012	0	0
0.2	0.9900	0.0995	0.0050	0.0002	0
0.3	0.9776	0.1483	0.0112	0.0006	0
0.4	0.0604	0.1960	0.0197	0.0013	0.0001
0.5	0.9385	0.2423	0.0306	0.0026	0.0002
0.6	0.9120	0.2867	0.0437	0.0044	0.0003
0.7	0.8812	0.3290	0.0582	0.0069	0.0006
0.8	0.8463	0.3688	0.0758	0.0102	0.0010
0.9	0.8075	0.4059	0.0946	0.0144	0.0016
1.0	0.7652	0.4401	0.1149	0.0196	0.0025
1.2	0.6711	0.4983	0.1593	0.0329	0.0050
1.4	0.5669	0.5419	0.2073	0.0505	0.0091
1.6	0.4554	0.5699	0.2570	0.0725	0.0150
1.8	0.3400	0.5815	0.3061	0.0988	0.0232
2.0	0.2239	0.5767	0.3528	0.1289	0.0240

 

 

Приложение Б

Таблица Б1 - Функции Бесселя первого рода для больших индексов модуляции (m£21)

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы Б.1

n	Jn(15)	Jn(16)	Jn(17)	Jn(18)	Jn(19)	Jn(20)	Jn(21)
0	-0.014	-0.0175	-0.170	-0.013	0.147	0.167	0.037
1	0.205	0.090	-0.098	-0.188	-0.106	0.069	0.171
2	0.042	0.186	0.158	-0.008	-0.158	-0.160	-0.020
3	-0.194	-0.044	0.135	0.186	0.072	-0.099	-0.175
4	-0.119	-0.203	-0.111	0.070	0.181	0.131	-0.030
5	0.130	-0.057	-0.187	-0.155	0.004	0.151	0.164
6	0.206	0.167	0.001	-0.156	-0.179	-0.055	0.108
7	0.034	0.182	0.188	0.051	-0.117	-0.184	-0.102
8	-0.174	-0.007	0.154	0.196	0.093	-0.074	-0.176
9	-0.220	0.190	0.043	0.123	0.195	0.125	-0.032
10	0.090	-0.206	-0.199	0.073	0.092	0.186	0.149
11	0.100	-0.068	-0.191	-0.204	-0.098	0.061	0.173
12	0.237	0.112	-0.049	-0.176	-0.206	-0.119	0.033
13	0.279	0.237	0.123	-0.031	-0.161	-0.204	-0.136
14	0.246	0.272	0.236	0.132	-0.015	-0.146	-0.200
15	0.181	0.240	0.267	0.236	0.139	-0.008	-0.132
16	0.116	0.178	0.234	0.261	0.234	0.145	0.012
17	0,066	0,115	0,174	0,229	0,256	0,233	0,150
18	0,035	0,067	0,114	0,171	0,224	0,251	0,232
19	0,017	0,035	0,067	0,113	0,168	0,219	0,246
20	0,007	0,017	0,036	0,067	0,112	0,165	0,214
21	0,003	0,008	0,018	0,037	0,067	0,111	0,162
22	0,001	0,003	0,008	0,019	0,037	0,068	0,110
23		0,001	0,004	0,009	0,019	0,038	0,068
24			0,002	0,004	0,009	0,020	0,039
25				0,002	0,004	0,010	0,020
26					0,002	0,004	0,010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Кловский Д.Д. Теория электрической связи. Учеб. пособие для

вузов.- М.: Радио и связь, 1998.- 433 с.

     2. Кловский Д.Д., Шилкин В.А. Теория электрической связи.:

Сборник задач и упражнений.- М.: Радио и связь, 1990.- 280 с.

          3. Баева Н. Н. Многоканальная электросвязь и РРЛ. - М.: Связь, 1988. - 312с.

          4. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов по специальности “радиотехника”. - М.: 1988.- 448с.

          5.  Кловский Д.Д., Теория передачи сигналов-М.: Связь, 1973.-209 с.

          6. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов.М.:  Академия, 2003.- 224 с.  

          7. Радиотехнические системы передачи информации: Учебное пособие для вузов/В.А. Борисов, В.В.Калмыков и др. Под ред.. В.В. Калмыкова.- М.: Радио и свіязь, 1990.- 304 с.

          8. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Пер. с англ.- М.: Вильямс, 2003.- 1104 с.

     9. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. под ред. Д.Д.Кловского- М.: Радио и связь, 2000.- 800 с.

 

 

 

 

Содержание

                                                                                                                                                                                                 

    

Введение                                                                                                         3

1 Общие положения по выполнению курсовой работы	4
2 Задание на выполнение курсовой работы	5
Приложение А Приложение Б	24 25
Список литературы	27

 

 

 

 

 

 

 

     Сводный план 2006 г., поз.195

 

 

 

 

 

                                         Казиева Галия Сейткамзаевна,

                                         Медеуов Улукбек  Идрисович

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ  

 

 

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов  заочной формы обучения специальности 050719 –Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

 

 

 

Редактор Ж.М. Сыздыкова

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать

Тираж 150 экз.                                                       Формат 60x84  1/16.

Объем 1,8 уч.-изд.л.                                               Бумага типографская №1.

                                                                                    Заказ №

                                                                                    Цена 73 тенге.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Копировально – множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова, 126