Многоканальная система передачи информации с импульсно-кодовой модуляцией с разработкой кодирующего устройства

 

МПС РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ростовский государственный  университет путей сообщения

Министерства  путей сообщения Российской Федерации»

Кафедра «Связи»

 

 

 

МНОГОКАНАЛЬНАЯ  СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ

ИНФОРМАЦИИ С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ  С РАЗРАБОТКОЙ 

КОДИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Теория передачи сигналов»

 

 

 

Работа защищена    с оценкой

 

Руководитель  работы Шандыбин А.В.  (   )

Студент группы         АТ-2-171           шифр            190402

 

  Дергунов И.Н.   23.10.12.         (   )

 

 

 

Ростов-на-Дону

 

2012

 

 

Содержание

 

1. Введение   …………………………………………………………..…….…4

2. Структурная схема МСПИ с КИМ   ……………………………………….5

3. Выбор способа квантования.   ……………………………………………...8

4. Выбор амплитудной характеристики квантующего устройства   ……….9

5. Определение разрядности кодовых  комбинаций. Выбор типа линейного  кода   ……………………………………………………………………........11

6. Выбор частоты дискретизации   ……………………………………………12

7. Тактовая частота  и полоса пропускания группового  канала   ……………13

8. Допустимая вероятность  ошибочного приема символов в  групповом канале.   ……………………………………………………………………….14

9. Выбор кабеля.   ……………………………………………………………….15

10. Длина регенерационных участков и их количество   …………………….16

11. Допустимая вероятность  ошибочного приема символа на  регенерационном участке   ………………………………………………….17

12. Допустимое отношение  сигнал/шум на входе решающего устройства  ...18

13. Уровень шума на входе решающего  устройства   ………………………...19

14. Требуемый уровень сигнала  на выходе регенератора   …………………..20

15. Структура сигналов в групповом канале   ………………………………...21

16. Энтропия квантирующего устройства   …………………………………...22

17. Избыточность квантующего устройства   ………………………………...25

18. Пропускная способность  группового канала   ……………………………26

19. Объем канала   ………………………………………………………………27

20. Структурная схема  регенераторного устройства   ………………………..28

21. Заключение   …………………………………………………………………30

22. Список использованной литературы……………………………………….31

 

1. Введение.

 

В результате проектирования необходимо выбрать, обосновать, рассчитать следующие  параметры :

- структурную схему  многоканальной системы передачи  информации (МСПИ) с импульсно-кодовой  модуляцией (ИКМ) ;

- способ квантования непрерывных сигналов ( линейное, нелинейное ) ;

- амплитудную характеристику  квантующего устройства ;

- разрядность кодовых  комбинаций, тип линейного кода ;

- тактовую частоту и полосу  пропускания группового канала ;

- допустимую вероятность ошибочного приёма символов в групповом канале ;

- тип кабеля для линии связи  ;

- допустимую вероятность ошибочного  приёма символа на регенерационном  участке ;

- допустимое отношение сигнал /шум  на входе решающего устройства  в регенераторе ;

- уровень шума на входе решающего устройства ;

- требуемый уровень сигнала  на выходе регенератора ;

- структуру сигналов в групповом  канале ;

- энтропию квантующего устройства ;

- избыточность квантующего устройства ;

- пропускную способность группового  канала ;

- объём канала ;

- структурную схему кодирующего  устройства .

 

Исходные данные: длина линии связи L =200 км, количество каналов N=10, динамический диапазон D=60 дБ, верхняя частота в спектре первичных сигналов F_в =3,4 кГц , рекомендуемое затухание сигналов в кабеле на регенерационном участке ℒ_p ≤ 35 дБ , время непрерывной работы системы     T =24 ч, закон распределения сигналов на выходе квантующего устройства – нормальный.

В проекте необходимо разработать структурную схему регенераторного устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Структурная схема МСПИ с  КИМ.

 

Структурная схема МСПИ с КИМ на 50  каналов представлена на рис. 1.

Аналоговые  сигналы С₁, С₂,…, С₅₀ от абонентов через дифференциальные системы ДФ и фильтры низкой частоты передаются на аналоговые ключи К₁, К₂,…, К₅₀, представляющие модулятор АИМ –1. Ключи открываются поочередно кратковременными импульсами, которые поступают от генераторного оборудования передачи ГО Пер. Выходы ключей соединяются параллельно и

 

 

 

 

                                                                                                      АИМ-1

           С50

         C2

 

                                                                                                                              АИМ-2

 С1

  Л.С.

 

 

 

                                                C’1

 Л.С.

 

                                                C’2

   

                                                 C’50

 

 

 

 

сформированный таким образом  групповой сигнал посылается на амплитудный  модулятор АИМ-2. Этот модулятор расширяет  импульсы до продолжительности интервала, отводимого для передачи каждого  импульса группового сигнала (каждой выборки аналоговых сигналов). Все импульсы АИМ-2 имеют плоскую вершину, что позволяет выполнить их кодирование. В кодере КОД осуществляется кодирование каждого импульса группового АИМ сигнала. Устройство объединения УО включает в цифровую последовательность сигналы синхронизации, поступающие от передатчика синхроимпульсов ПС, а также сигналы управления и взаимодействия, приходящие от абонентов через передатчик сигналов управления и взаимодействия ПСУВ и далее последовательность импульсов подается в преобразователь кода ПК, где униполярный сигнал преобразуется в биполярный с чередованием полярности импульсов (код ЧПИ). С выхода ПК сигнала через станционный регенератор поступают в линию связи (л. с.).

В приемной части оконечной  станции, пришедшие из линии связи искаженные биполярные импульсы, подвергаются стробированию и исправлению в станционном регенераторе, на выходе которого появляется последовательность импульсов, свободная от помех. Преобразованный в ПК однополярный сигнал поступает в устройство разделения УО. С выходов этого устройства в приемник ПрС поступают синхросигналы, которые синхронизируют работу генераторного оборудования приема ГО Пр, сигналы управления и взаимодействия через Пр СУВ поступают на к абонентам, обеспечивая работу соответствующих приборов, кодовые комбинации каналов подаются в декодер ДЕК. На выходе ДЕК появляется групповой АИМ сигнал, который поступает на ключи К^’₁, K^’₂,…, K^’₁₀ , работающие от генераторного оборудования приема, где происходит разделение импульсов по каналам. Аналоговые сигналы С₁, С₂,…, С_8, выделенные фильтрами нижних частот через ДФ, поступают к абонентам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор способа квантования.

 

Решающим фактором при  выборе способа квантования является динамический диапазон квантуемых сигналов. Для заданного динамического диапазона D=66 дБ при использовании равномерного  (линейного) квантования необходимы 2048 уровня квантования в одной ветви АХ квантующего устройства. Общее количество уровней в два раза больше и равно 4096. Для кодирования такого количества уровней требуется 8-разрядные комбинации двоичного кода. При использовании неравномерного  (нелинейного) квантования необходимое количество уровней можно значительно сократить, уменьшить разрядность комбинаций, уменьшить требуемую полосу пропускания линейного (группового) канала и тем самым улучшить технико-экономические характеристики системы. В связи с этим остановим свой выбор на нелинейном квантовании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор амплитудной  характеристики квантующего устройства.

 

При нелинейном квантовании  используются гладкие и сегментные АХ квантования. При количестве сегментов, равном пяти и более, уровень нелинейных искажений оказывается не намного выше, чем при использовании гладких АХ, в то же время реализация квантующих устройств с сегментными АХ проще и дешевле. При D =66 дБ рекомендуется использовать семисегментную АХ с параметром компрессии А = 87,6 и коэффициентом сжатия динамического диапазона G_H/G = 0.062. Количество уровней квантования в одной ветви АХ равно G_H =112. Полное количество уровней 2∙G_H= 256. На рис. 2 представлена выбранная АХ, рассчитанная в соответствии  с выражением :

 

  

  

 

 

 

С8

Рисунок 2. Амплитудная  характеристика квантующего устройства.

 

Каждый сегмент С  состоит из одинакового количества уровней квантования G_Hi= 16. Сегменты С₁ и С₂ имеют одинаковый шаг квантования

 

 

• q_o. Для сегментов С₃, С₄, С₅, С₆, С₇,C₈ шаги квантования имеют значения 2q_o, 4q_o, 8q_o, 16q_o, 32q_o,64 q_o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение  разрядности кодовых комбинаций.

Выбор типа линейного  кода.

 

Сигнал может принимать как  положительные, так и отрицательные  значения напряжения. В связи  с этим первый разряд в двоичной комбинации используется для обозначения полярности сигнала: положительной полярности соответствует двоичная единица, отрицательной- двоичный нуль. Второй, третий и четвертый разряды кодовой комбинации несут информацию о номере сегмента.

Поскольку в каждом сегменте содержится 16 уровней квантования, то для определения номера уровня внутри сегментов используется еще  четыре разряда – пятый, шестой, седьмой, восьмой. Итак, общее количество разрядов в комбинации n = 8.

В качестве линейного кода в проектируемой системе передачи информации предполагается использовать код ЧПИ (с чередованием полярности импульсов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор частоты  дискретизации.

 

Согласно теореме Котельникова, частота дискретизации f_g ≥ 2F_в.

На практике пользуются соотношением f_g = m*F_в, где m =2,3 ; …, 3.

 

f_g = m*F_в= 3,4∙2,35 = 8 кГц   - стандартная частота

дискретизации для телефонных каналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Тактовая  частота и полоса пропускания  группового канала.

 

Требуемая полоса пропускания  определяется тактовой частотой, длительностью  и формой сигналов, представляющих двоичные символы линейного (группового) канала системы. В цифровых системах передачи информации установлены требования к сигналам, используемым в линейном канале :