Реферат: Система сжатия и уплотнения каналов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

РЯЗАНСКАЯГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРАРАДИОУПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Радиосистемыпередачи информации»

тема «Система сжатияи уплотнения каналов»

Выполнил:

студент гр. 016

Сухов А.В.

Проверил:

Макаров Д. А.

Рязань 2000

Содержание

Введение.................................................................................................4стр.

1. Расчётчастотыдискретизации.............................................................5стр.

2. Структурнаясхема и описание системы сжатия................................6 стр.

3. Структурнаясхема и описание системы уплотнения.......................12 стр.

4. Структурагруппового сигнала… ....16стр.

Заключение............................................................................................18стр.

Списоклитературы…………………………………………………...19 стр.

Приложения

Введение

В данном курсовом проекте разрабатывается система сжатияи уплотнения каналов, и определяются её основные параметры и характеристики.Проектирование и применение подобных систем в настоящее время считаютсяцелесообразным, т. к. эти системы позволяют уменьшить плотность и сложностьлиний связи, увеличить число каналов, улучшить качество обслуживания абонентов,а так же предоставлять им дополнительные услуги.

Определение частоты опроса

/> В нашем случае спектрсигнала равномерный. Из [2] помодели №1 сигнала с равномерным спектром (рис. 1) определяем частоту опроса F0. По заданию на проект, показатель верности gэф = 0.7 %, а ширина спектра сигнала Df=330 Гц.Применим эту модель к интерполяции по Лагранжу при n=1,2,3,используя также следующие соотношения:

/> <td/> <td/> <td/> <td/> <td/> <td/> <td/> /> /> <td/> /> <td/> /> <td/> /> /> />

Теперь проанализируем полученныерезультаты. Частота опроса F02 имеетсущественный выигрыш по сравнению с F01 ипроигрывает частоте F03, так как больше неё.Но выберем F02, так как при реализации наэтой частоте обеспечивается заданное качество и используются небольшиеаппаратные затраты.

1.2 Адаптивная коммутация.

Адаптивная коммутация-это способ изменения частоты опросаисточников информации в соответствии со скоростью изменения входного сигнала.Основная проблема такой системы сжатия: объединение потоков отсчётов, которыеидут с разной частотой, в единый поток с постоянной частотой, определяемойпропускной способностью канала. Очерёдность передачи от разных источниковосуществляется с учётом:

1) Наибольшейтекущей погрешности аппроксимации.

2) Экстремальныхзначений входных сигналов и их производных.

3) Отклоненияпараметров от нормальных.

Система позволяет учитывать приоритет сообщения по отношениюк другим источникам. При АК информация идет в канал связи в натуральноммасштабе времени, то есть без задержки.

В системе осуществляется предварительный опрос всех каналов,выявляется канал с наибольшей погрешностью и его информация идёт в линию связи.

Обобщённая структурная схема системы будет иметь вид:

К1

/>/>/>

ГИ АП конец

/>/> адрес

Д – датчики, ППА — преобразователь погрешности аппроксимации, АП – анализатор погрешности, К –ключ, БС – блок считывания, АЦП – аналогово-цифровой преобразователь, ГИ –генератор импульсов

В каждом измерительном канале есть ППА, работающий всоответствии с алгоритмом полиномиального метода сжатия. АП путёмпоследовательного опроса ППА выявляет канал с наибольшей погрешностью иоткрывает ключ данного канала. Информация кодируется в АЦП и в параллельномкоде идет в БС, куда идёт и адресная информация. В БС параллельный код преобразуетсяв последовательный, и осуществляется выдача отсчётов в линию связи через равныеинтервалы времени. После выдачи отсчётов в линию связи из БС в АП идёт сигнал оконце и сбрасывает АП.

Данная схема имеет 3 недостатка:

1) Сложность блокаАП.

2) Возможностьравенства погрешности аппроксимации в нескольких каналах, что увеличиваетпогрешность измерений.

3) При ошибкахаппроксимации, меньше допустимого значения, передаются избыточные значения. Приошибках аппроксимации, больше допустимого значения, возникают потери важныхотсчётов.

Существует несколько путей построения АП., в зависимости отспособа анализа погрешности:

1) параллельныйспособ.

2) Последовательныйспособ.

3) Последовательно-параллельный.

Быстродействием и простотой обладает блок параллельногоанализа.

Схема системы с адаптивной коммутацией с параллельныманализом погрешности будет иметь вид:

С – сигналсчитывания; З – сигнал запрета; МК – мультиплексор; ВМС – выявительмаксимального сигнала; ГТИ – генератор тактовых импульсов.

МК- устройство для передачи сигнала с любого из входов наодну общую шину. Вход, с которого сигнал передаётся на выход, выбирается взависимости от вида параллельного двоичного кода, подаваемого на управляющиевходы.

Сигналы от датчиков следуют на входы ППА и МК, которыенаходятся в закрытом состоянии и открываются при поступлении импульса с ГТИ.

Сигнал с выхода ППА анализируется в ВМС- схема сравнения на N входов, на выходе ВМС формируется параллельный двоичныйкод, соответствующий номеру канала с наибольшей погрешностью аппроксимации. Припоступлении на МК импульса с ГТИ на выход идёт сигнал канала, двоичный кодномера которого воздействовал на управляющие входы МК. После преобразования вАЦП сигнал в параллельном двоичном коде и код адреса записываются в память БС.При поступлении импульса считывания с ГТИ на БС параллельный код преобразуетсяв последовательный, и сигнал передаётся в линию связи.

Рассмотримпростейшую схему выделения максимального сигнала с использованием диодныхсборок, т.е. диодных схем «И» и операционных усилителей, выходной сигналкоторых является двоичным кодом канала с максимальной погрешностьюаппроксимации. Использование диодных сборок основано на том, что междуоперациями алгебры логики и операциями выделения максимума и минимумасуществует определенная аналогия:

/> <td/> />

Для полученияна выходе на выходе схемы выделения максимального сигнала, соответствующегокода необходимо на выходы этой схемы подключить по определенным правилам кинверсным и прямым входам операционные усилители.

/> <td/> />

— подключение к инверсномувходу, - подключение к прямому входу.

Простейшаясхема ВМС на 4 входа имеет вид:

/> <td/> <td/> <td/> /> /> <td/> />

1 2

/> <td/> />

Придостаточном усилении операционных усилителей, когда напряжение на прямом входебольше, чем на инверсном, операционный усилитель находится в режиме насыщения,т.е. на выходе «1». Если наоборот, то операционный усилитель находится в режимеотсечки, т.е. на выходе «0». Для получения хороших результатов, необходимо, чтобы характеристики диодов были одинаковыми, а усиление ОУ было больше 1000.

1.3. Тип квантователя.

Методы рационального кодированияпри цифровой передаче сигналов предназначены для сокращения избыточностиизмерительной информации в условиях априорной неопределенности. В случаенерационального кодирования на первом этапе преобразования аналоговых сигналовв цифровую форму избыточность сохраняется и на последующих этапах. Т.о., подрациональным кодированием понимается такое кодирование, когда измерительнаяинформация, представленная в цифровой форме, требует минимального количествасимволов при заданном отношении сигнал-шум.

Процедуры рациональногокодирования классифицируются по их возможности изменять параметры и структурукодирующего устройства для обеспечения сжатия данных. Существуют фиксированные,параметрически-адаптивные и непараметрически-адаптивные процедуры рациональногокодирования.

Параметрически-адаптивныепроцедуры, к которым относится и разностная импульсно-кодовая модуляция (РИКМ),чувствительны к статистике сигнала и изменяют в соответствии с выбраннымкритерием свои параметры.

Между соседними отсчетами сигналаобычно имеется значительная корреляция, которая слабо убывает по мереувеличения интервала времени. В результате разность между соседними отсчетамибудет иметь меньшую дисперсию, чем исходный сигнал. Динамический диапазонквантованного сигнала уменьшается, что позволяет при том же отношениисигнал-шум сократить разрядность кодового слова.

На входе квантователя (КВ)действует разностный сигнал

е(n) = y(n) — ý(n), где ý(n) – оценка предсказанного значения сигнала y(n). Квантованию ê(n) подвергается не входной, а разностный сигнал. Формированиепредсказанного значения сигнала осуществляется с помощью предсказателя (ПР).Отношение сигнал-шум в рассматриваемом случае равно q =Gп*q0,где q0 — отношение сигнал-шум квантователя, Gп – коэффициент усиления, обусловленный разностнымкодированием… Величина q0зависит только отсвойств КВ, а Gп определяется типом ПР. Еслииспользуется линейный предсказатель />, где aк — постоянные коэффициенты, Р –количество используемых для предсказания предшествующих значений сигнала, токоэффициент />, где r(n Dt) — нормированная корреляционная функция y(n Dt).Значениякоэффициентов aк,обеспечивающие максимальное значение Gп,однозначно связаны с видом функции корреляции входного сигнала.

Рассчитаемсколько нужно разрядов, для того чтобы выполнить условие отношения сигнал/шумравным 35дБ. Представим квантованный сигнал в виде:

/>, где d(n) – шум квантования.

Вдальнейшем предполагаем, что шум квантования является стационарным белым шумом,некоррелированным с входным сигналом и имеющим равномерное распределение винтервале /> в этом случае дисперсия шумов квантования:

/> используя в виде

/> или вдецибелах /> отсюда видно, чтобы обеспечить с/ш равный35дБ нужен 7-битный квантователь.

Разделение каналов по форме

/> <td/> />
При разделении каналов по форме (РКФ) базисные функции е(t) должны быть минимально независимыми и желательноортогональны. При этом передающаяся информация заключена в амплитуде базисныхфункций. В случае РКФ базисные функции имеют следующий вид:

, где Ui – отсчёты первичного сигнала. Этаформула справедлива, если информация в амплитуде. В качестве базисных функцийиспользуются формулы, удобные с точки зрения технической реализации. Обычно этотруды Лежандра, Матье, Уолша.

/> <td/> />
Рассмотрим полиномы Лежандра:

Это справедливо при n³2.Специальные особенности полиномов Лежандра:

/> <td/> />
Условие ортогональности:

Средняя мощность каждогоколебания (2n+1). Для выравниваниямощности каждого оптимального многочлена необходимо умножить на Ö(2n+1)каждую базисную функцию.

/> <td/> />
Для нечётных полиномов Лежандра в сигнале появляются скачки, для передачикоторых требуется широкая полоса пропускания (см. рис. 9) /> <td/> />
Для устранения этого недостатка у нечётных полиномов через период меняетсяполярность (см. рис.10)

/>
Рассмотрим структурную схему передающей и приёмной части системы уплотнения поформе с ортогональными сигналами:

На схеме следующие обозначения:

ГТЧ – генератор тактовой частоты,

ГНК – генератор несущегоколебания,

Кi – ключи,

ГПФ – генератор полиномиальныхфункций,

СМУ – суммарно-масштабныйусилитель,

С – синхронизатор.

/> <td/> />
На приёмной стороне ГТЧ формирует кратковременные импульсы с частотойповторения. Ключи хранят значение весь период повторения. Синхронизаторформирует синхросигнал. Групповой сигнал имеет вид:

Для разделения по формеиспользуют свойство ортогональности. Математически эта операция выглядит так:

/> <td/> />
На приёмной стороне в синхронизаторе осуществляется выделениесинхросигнала, который запускает ГПФ и сбрасывает интеграторы и ключи.Ортогональные полиномы являются непрерывными аналоговыми сигналами, чтоприводит к повышенным требованиям к устройствам генерирования и обработки. Нореализация таких систем на основе ЦОС позволяет получить лучшие техническиехарактеристики, чем при использовании ансамбля Уолша (в частности, требуемаяполоса меньше).

В данном проекте вкачестве базисных функций будут использованы функции Уолша вследствие простотыиспользования на практике и при расчётах.

Краткие сведения о функциях Уолша

Эти функции известны с1922 г., но практический интерес к ним возник только в последние 2 – 3десятилетия в связи с развитием ЭВМ. Существует множество способов задания(определения) функций Уолша.

/> <td/> />
Математически можно записать так:

Количество таких функцийопределяется величиной n: N=2n – общее количество функций Уолша.

Для нашейсистемы достаточно 92 функций Уолша, т. к. на вход системы уплотнения по формепоступают 92 сигналов 92 адаптивных квантователей. Образование необходимых намфункций наглядно демонстрирует рис. 13, при N=23=8,n=3 и W0=0.

Для того,чтобы передать код функции Уолша, достаточно 128 бит (27=128)информации.

Структура группового сигнала

/>Рассмотрим формирование группового сигнала (рис. ).

Каждая схема АК содержит 10 датчиков.В системе получается 92 схем АК. Тогда сигнал с выхода АК будет иметьследующий вид:

/> <td/> />

· · ·

Структурагруппового сигнала имеет вид:

Синхроимпульс Информация Синхроимпульс Информация

/> В качествесинхронизации используем М-последовательность, длинна которой определяется поформуле: />. По графику определим длину синхросигнала.По оси абсцисс отложена длина М-последовательности, а по оси ординатвероятность неправильного приема, которая вычисляется по эмпирической формуле: /> .

Следовательно, подставляязаданную РОШ = 10-6 и задаваясь вероятностью ложногообнаружения синхросигнала Рл=10-6. Теперь определяем пографику длину М-последовательности n = 75. Длинасигнала: 75 + 128 = 203. Теперь найдем длительность информационного бита поформуле />.

Заключение.

В данномпроекте разработана система сжатия и уплотнения каналов, определены её основныепараметры с учётом данных технического задания. Спроектированная система можетиспользоваться как составная часть систем телеметрии или радионавигации. Посравнению с аналоговыми системами, данная цифровая система более стабильна вработе, обеспечивает передачу большего количества информации и лучшую точность.

СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. СвиридовН. Г. Проектирование РТС передачи информации Рязань, РРТИ, 1988 г.

2. КирилловС. Н. Курс лекций по дисциплине «Основы теории сжатия информации и уплотнениеканалов». Рязань, 2000 г.

3. Адаптивныетелеизмерительные системы, под ред. А. Б. Фремке, М. 1981 г.

4. Левин,Плоткин, Цифровые системы передачи информации, 1982 г.

5. РабинерЛ. Р., Шафер Р. В., Цифровая обработка речевых сигналов. М., 1981 г.

6. ЕзерскийВ. В. Курс лекций по дисциплине «Техника микропроцессорных систем» Рязань, 2000г.

Демультиплек-сор />/> МК />/>/>/>

/> ГТИ />/>/>/>/>/> ППА

Д10

/> ППА /> Д1 />

еще рефераты