Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Курсовая работа - Основы теории систем связи с подвижными объектами - файл Курсовая Подвижная связь.doc


Курсовая работа - Основы теории систем связи с подвижными объектами
скачать (397.8 kb.)

Доступные файлы (1):

Курсовая Подвижная связь.doc3597kb.11.09.2010 00:13скачать

содержание
Загрузка...

Курсовая Подвижная связь.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Московский технический университет связи и информатики


Кафедра радиотехнических систем


Курсовая работа

по дисциплине

«Основы теории систем связи с подвижными объектами»


Факультет ЗОТФ

Курс 5

Группа ПС 0551

Вариант 16

Студент Мартынова Е.Ю.

Шифр ЗПС 05016

Содержание:

1. Задание на курсовую работу и исходные данные 3

2. П.1. Квантование и кодирование речевого сигнала 4

3. П.2. Помехоустойчивое кодирование 5

4. П.3. Квадратурная амплитудная модуляция 9

5. П.4. Необходимая эффективно излучаемая мощность

передатчика базовой станции 13

6. П.5. Метод декодирования по алгоритму Витерби 14

7. Список литературы 20

Задание на курсовую работу

1. Для трех отсчетов речевого сигнала со значениями u1, u2, u3 и заданном напряжении ограничения uогр. АЦП выполните операции равномерного квантования и кодирования m-разрядным двоичным кодом с алфавитом символов {0, 1} . Вычислите значения ошибок квантования этих отсчетов; запишите полученные три кодовых слова, содержащих информационные биты, в виде одной последовательности бит, не разделяя кодовые слова пробелами.

2. Используя сверточный или блочный код (по варианту) с алфавитами {0, 1} выполните помехоустойчивое кодирование последовательности трех кодовых слов, полученных в п. 1. Нарисуйте функциональную схему кодера для канала. Запишите полученные кодовые слова, содержащие биты кодера.

3. Используя способ модуляции (по варианту) запишите явные выражения для модулирующего сигнала, радиосигнала и комплексной огибающей радиосигнала для последовательности, содержащей три кодовых слова, полученные в п.2. Нарисуйте диаграммы, изображающие реализации модулирующего сигнала и комплексной огибающей радиосигнала. Нарисуйте соответствующее сигнальное созвездие, указав все фазовые переходы (либо описав их, если рисунок оказывается не очень наглядным).

4. Используя модель потерь распространения с показателем n вычислить необходимую эффективно излучаемую мощность передатчика базовой станции, при которой напряженность электромагнитного поля в окрестности антенны приемника абонентской станции, находящейся на расстоянии d от базовой станции, составит 35 дБ/мкВ/м. Высота установки антенны базовой станции hбс, абонентской станции hас.

5. При посимвольном приеме с жесткими решениями при демодуляции в приемнике подвижной станции 2 кодовых символа в принятой последовательности принято неверно. Позиции неверно принятых символов l1и l2. Записать принятые кодовые слова с указанием неверно принятых битов. Выбрать функциональную схему декодера. Используя соответствующий алгоритм декодирования получить и записать последовательность декодированных информационных битов. Убедитесь, что ошибки демодуляции при декодировании исправлены.

Исходные данные:

П. 1

Значение отсчета

Напряжение ограничения АЦП

Разрядность двоичного кода

u1

(В)

u2

(В)

u3

(В)

uогр

(В)

m

1,5

0,75

3,6

4,0

6

П. 2

Сверточный код

П. 3

КАМ–16

П. 4

Высота установки антенны

Расст. до абон. станции

Напряженность электромагнитного поля в окрестности антенны приемника АС

hас,

м

hбс,

м

d,

км

Е,

дБ/мкВ/м

1,8

27

5,3

35

П. 5

Позиция ошибки

l1

l2

9

22

1. Для трех отсчетов речевого сигнала со значениями u1, u2, u3 и заданном напряжении ограничения uогр. АЦП выполните операции равномерного квантования и кодирования m-разрядным двоичным кодом с алфавитом символов {0, 1} . Вычислите значения ошибок квантования этих отсчетов; запишите полученные три кодовых слова, содержащих информационные биты, в виде одной последовательности бит, не разделяя кодовые слова пробелами.


Значение отсчета

Напряжение ограничения АЦП

Разрядность двоичного кода

u1

(В)

u2

(В)

u3

(В)

uогр

(В)

m

1,5

0,75

3,6

4,0

6


Решение:
N = 2m = 26 = 64 – уровня равномерного квантования

uогр.= ± 4 В
Шаг квантования:

Δ =

Число уровней квантования и амплитуда разрешенного уровня квантования:

для отсчета u1 = –1,5 В

n1 =

uкв1 = В

n1 = –12(10) = 110100(2)

для отсчета u2 = 0,75 В

n2 =

uкв2 = В

n2 = 6(10) = 000110(2)
для отсчета u3 = 3,6 B

n3 =

uкв3 = В

n3 = 28(10) = 011100(2)

Ошибка квантования – δкв = ui – uквi, при этом должно соблюдаться условие :

δкв1 =

δкв2 =

δкв3 =
Получившаяся последовательность бит:
110100000110011100

2. Используя сверточный код с алфавитами {0, 1} выполните помехоустойчивое кодирование последовательности трех кодовых слов, полученных в п. 1. Нарисуйте функциональную схему кодера для канала. Запишите полученные кодовые слова, содержащие биты кодера.
Выполним помехоустойчивое кодирование трех кодовых слов, полученных в п.1, используя сверточный код.

Сверточный кодер представляет собой устройство, воспринимающее за каждый такт работы в общем случае k входных информационных символов, и выдающее на выход за тот же такт n выходных символов, подлежащих передаче по каналу связи.

Отношение R = k/n называют относительной скоростью кода. Выходные символы, создаваемые кодером на данном такте, зависят от m информационных символов, поступивших на этом и предыдущем тактах. Таким образом, выходные символы сверточного кодера однозначно определяются его входным сигналом и состоянием, зависящим от m–k предыдущих информационных символов.

^ Рисунок 1. Структурная схема сверточного кодера
Основными элементами сверточного кодера являются: регистр сдвига, сумматоры по модулю 2 и коммутатор. Регистр сдвига является динамическим запоминающим устройством (рис. 1), в котором хранятся двоичные символы 0 или 1. Число триггерных ячеек m в регистре сдвига и определяет память кода. В момент поступления на вход регистра нового информационного символа символ, хранящийся в крайнем правом разряде, выводится из регистра и сбрасывается. Каждый из остальных, хранящихся в регистре символов перемещается на один разряд вправо, освобождая тем самым крайний левый разряд, куда и поступает новый информационный символ.

Сумматор по модулю 2 осуществляет сложение поступающих на его входы символов 0 и 1.

Коммутатор осуществляет последовательное считывание поступающих на его входы (контакты) символов и устанавливает на выходе очередность посылки кодовых символов в канал связи.

На рис. 1 представлен, кодер сверточного кода для R = 1/2. В этом кодере входные двоичные информационные символы поступают в сдвигающий регистр, состоящий из трех ячеек, находившийся в исходном нулевом состоянии. После прихода на вход сдвигающего регистра очередного информационного символа коммутатор опрашивает два выхода кодера и формирует тем самым два выходных кодовых символа.

Сверточный кодер как конечный автомат с памятью описывают диаграммой состояний. Диаграмма состояний представляет собой направленный граф, вершины которого отождествляются с возможными состояниями кодера, а ребра, помеченные стрелками, указывают возможные переходы между состояниями. Состояние 000...0 называется нулевым, остальные – ненулевые. Над каждым из ребер записывают кодовые символы, порождаемые кодером при соответствующем переходе из состояния в состояние.


^ Рисунок 2. Диаграмма состояний сверточного кодера
Внутренним состоянием кодера считают символы, содержащиеся в (m–1) разрядах регистра (начиная от входа кодера). Первые два разряда кодера (рис. 1) с m = 3 могут находиться в одном из четырех состояний – 00, 10, 11 и 01. Эти состояния соответствуют вершинам графа (рис. 2). Диаграмма построена следующим образом. Первоначально кодер находится в состоянии 00 и поступление на вход символа 0 переводит его также в состояние 00. На выходе кодера будут символы 00. На диаграмме этот переход обозначается петлей 00 около состояния 00. Далее при поступлении символа 1 кодер переходит в состояние 10 и на его выходе будут символы 11. Этот переход из состояния 00 в состояние 10 обозначается стрелкой (ребром). Затем возможно поступление символа 0 или 1. Кодер переходит в состояние 01 либо 11, а символы на выходе будут 10 или 01 соответственно. Построение диаграммы состояний заканчивается, когда просмотрены возможные переходы из каждого состояния во все остальные.

Диаграмму состояний можно развернуть во времени, при этом получится так называемая решеточная (решетчатая) диаграмма. Решеточная диаграмма для кодера (рис. 1), показана на рис. 3. На ней принято, что штриховые линии (ветви) соответствуют переходам, происходящим при приходе информационного символа 1, а сплошные линии (ветви) – информационного символа 0. Из решеточной диаграммы видно, что ее структура после окончания «переходного процесса» в кодере становится повторяющейся. Повторяемость структуры решеточной диаграммы будет возможна после третьего такта работы кодера, так как при поступлении в кодер четвертого информационного символа первый символ покидает регистр сдвига и более не оказывает влияния на формирование кодовых символов. Важное значение решетчатого представления состоит в том, что с ростом числа входных символов число вершин в решетке не растет, а остается равным 2m–1, где m – число ячеек в регистре сдвига, необходимое для кодирования.

Решетчатая диаграмма показывает все разрешенные пути, по которым может продвигаться кодер при кодировании.


^ Рисунок 3. Решеточная диаграмма
Каждой информационной последовательности символов соответствует определенный путь (определенная траектория) на диаграмме. Кодовая последовательность на выходе формируется путем считывания комбинаций над ветвями при прослеживании данной траектории. Таким образом, решетчатая диаграмма однозначно связывает информационную последовательность, последовательность состояний кодера и последовательность символов на его выходе.

После третьего такта поведение кодера становится стационарным до тех пор, пока не закончится поток входных битов. После этого, потребуется m1 дополнительных тактов для обнуления кодера, в течение которых генерирование кодовых символов будет продолжаться.
Используя описанный выше способ, закодируем, полученные в п.1 кодовые слова.

Получим,
1110100001110000001110101111100110110000

3. Используя квадратурную амплитудную модуляцию (КАМ–16) запишите явные выражения для модулирующего сигнала, радиосигнала и комплексной огибающей радиосигнала для последовательности, содержащей три кодовых слова, полученные в п.2. Нарисуйте диаграммы, изображающие реализации модулирующего сигнала и комплексной огибающей радиосигнала. Нарисуйте соответствующее сигнальное созвездие, указав все фазовые переходы (либо описав их, если рисунок оказывается не очень наглядным).
При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость.

Квадратурный метод формирования сигналов позволяет осуществлять модуляцию несущей частоты одновременно двумя сигналами путем модуляции амплитуды несущей одним сигналом, и фазы несущей другим сигналом.

Уравнение радиосигнала имеет вид:



Раскроем cos суммы и представим сигнал в виде двух АМ-колебаний:



При и , сигналы a(t) и b(t) могут быть использованы в качестве модулирующих сигналов несущих колебаний и сдвинутых на 90° относительно друг друга:



Алгоритм квадратурной амплитудной модуляции представляет собой разновидность многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции.

Представим a(t) = I, а b(t) = Q.

При использовании данного алгоритма передаваемый сигнал кодируется одновременными изменениями амплитуды синфазной (I) и квадратурной (Q) компонент несущего гармонического колебания, которые (как говорилось выше) сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90°. Результирующий сигнал Z формируется при суммировании этих колебаний. Таким образом, КАМ-модулированный дискретный сигнал может быть представлен соотношением:



Этот же сигнал также может быть представлен в комплексном виде:

Z = I +j *Q, или

, где

– алгоритм изменения амплитуды модулированного сигнала,

– алгоритм изменения фазы модулированного сигнала.

Таким образом, при использовании квадратурной амплитудной модуляции передаваемая информация кодируется одновременными изменениями амплитуды и фазы несущего колебания. На рис. 4 представлен принцип формирования результирующего колебания Z путем суммирования вектора квадратурной составляющей Q с вектором синфазной составляющей I.




а) б)

Рисунок 4. Принцип формирования результирующего колебания Z
Амплитуда вектора Z определяется соотношением , а фаза – угол, который этот вектор образует с осью абсцисс, определяется соотношением . Для данного алгоритма существенно, что при модулировании синфазной и квадратурной составляющей несущего колебания используется одно и то же значение дискрета изменения амплитуды. Поэтому окончания векторов модулированного колебания образуют прямоугольную сетку на фазовой плоскости действительной – Re{Z} и мнимой составляющей вектора модулированного сигнала – Im{Z}. Число узлов этой сетки определяется типом используемого алгоритма КАМ. Схему расположения узлов на фазовой плоскости модулированного КАМ-колебания называют созвездием.

Для указания типа алгоритма КАМ принята следующая схема обозначения:

КАМ-<число > – «число» обычно представляет собой значение вида 2N и соответствует количеству узлов на фазовой сетке, а также максимальному количеству различных значений вектора модулированного сигнала.

На первом этапе преобразования последовательность битов D {d0 d1, … dk}, которая поступает от источника сигнала, преобразуется в последовательность двумерных модуляционных символов M {m0, m1, … mj}. Число битов в этом символе равно значению N (для КАМ-16 – N=log216=4).
D: 1110100001110000001110101111100110110000 – кодовая последовательность полученная в п.2

М:

m3

m2

m1

m0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0


Формирователь кодовых символов преобразует двумерный кодовый символ mj в пару кодовых символов j и j. Для КАМ-16 допустимые значения j и j принадлежат множеству {1,3,-1,-3} и определяют соответственно значения действительной и мнимой координаты вектора модулированного колебания. Сформированные значения А {j } и B {j } используются для амплитудной модуляции синфазной I и квадратурной Q составляющих несущего колебания. На последнем этапе преобразования выполняется суммирование этих колебаний и формирование результирующего сигнала Z.
Для КАМ-16 пара {m3,m2} определяет номер квадранта фазовой плоскости или знаки действительной и мнимой координаты вектора модулированного колебания:

m3,m2

Sign(Re{Z})

Sign(Im{Z})

00

1

1

10

1

–1

01

–1

1

11

–1

–1


A, пара {m1, m0} определяет значения амплитуды действительной и мнимой координаты вектора модулированного колебания соответственно. В таблице представлены значения кодовых символов j и j, которые соответствуют значениям младших разрядов модуляционного символа {m1,m0}.

m1

m0

j

j

0

0

1

1

0

1

1

3

1

0

3

1

1

1

3

3


На ниже рис. 5 представлено расположение векторов модулированного колебания – созвездие для алгоритма КАМ-16.


Рисунок 5. Сигнальное созвездие КАМ-16
Красным цветом отмечены значения модуляционных символов, которым соответствуют указанные точки на фазовой плоскости модулированного колебания {m3, m2,m1,m0}.

^ 4. Используя модель потерь распространения с показателем n вычислить необходимую эффективно излучаемую мощность передатчика базовой станции, при которой напряженность электромагнитного поля в окрестности антенны приемника абонентской станции, находящейся на расстоянии d от базовой станции, составит 35 дБ/мкВ/м. Высота установки антенны базовой станции hбс, абонентской станции hас.


Высота установки антенны

Расст. до абон. станции

Напряженность электромагнитного поля в окрестности антенны приемника АС

hас,

м

hбс,

м

d,

км

Е,

дБ/мкВ/м

1,8

27

5,3

35


Значение напряженности поля в точке приема определяется как поле свободного пространства умноженное на коэффициент ослабления трассы распространения радиоволн:

В/м, где

Рпер. – мощность передатчика, дБ;

Gпер. – коэффициент усиления передатчика;

d – длина трассы, м;

L – потери распространения, дБ.

Напряженность электромагнитного поля переведем из дБ в В/м:



В соответствии с моделью потерь на трассах наземной подвижной связи, средние потери мощности при распространении в городских районах равны:

дБ, где

f – рабочая частота

hбс – высота подъема антенны базовой станции (БС)

hас – высота подъема антенны абонентской станции (АС)

d – расстояние от передатчика до приемника

a(hас) – поправочный коэффициент, используемый при высоте антенны АС, отличной от эталонной, равной 1,5 м.

Для города средних размеров:



Допустим, что данная система используется в пригороде.

Тогда,

дБ, где L – потери распространения в городских районах.

Найдем эффективную излучаемую мощность передатчика:

Вт

дБмВт

Таким образом, необходимая эффективно излучаемая мощность при заданных параметрах системы составляет 10,316 Вт или, выражая в дБ относительно 1мВт – 40,135 дБмВт

5. При посимвольном приеме с жесткими решениями при демодуляции в приемнике подвижной станции 2 кодовых символа в принятой последовательности принято неверно. Позиции неверно принятых символов l1и l2. Записать принятые кодовые слова с указанием неверно принятых битов. Выбрать функциональную схему декодера. Используя соответствующий алгоритм декодирования получить и записать последовательность декодированных информационных битов. Убедитесь, что ошибки демодуляции при декодировании исправлены.


Позиция ошибки

l1

l2

9

22


Кодовая комбинация на входе декодера:

1110100011110000001111101111100110110000
Декодируем последовательность методом декодирования по алгоритму Витерби. Метод представляет собой декодирование по максимуму правдоподобия. Идея алгоритма Витерби состоит в том, что в декодере воспроизводят все возможные пути последовательных изменений состояний сигнала, сопоставляя получаемые при этом кодовые символы с принятыми аналогами по каналу связи и на основе анализа ошибок между принятыми и требуемыми символами определяют оптимальный путь (оптимальной считается та последовательность, расстояние Хемминга которой от принятой последовательности минимально).

Декодирование по методу Витерби, по существу, представляет собой алгоритм поиска наивыгоднейшего, максимально правдоподобного пути на графе – решеточной диаграмме кода.


Рисунок 6. Диаграмма переходов состояний сигнала
Рассмотрим графическое отображение изменений состояния сигнала (рис. 6), которое полностью соответствует диаграмме (рис. 2). Начальным всегда является состояние 00. В соответствии с диаграммой переходов состояний сигнала (рис. 6) в первый тактовый момент возможны два перехода: 00  00 и 00  10. Первому переходу соответствует на выходе кодера кодовая комбинация 00, второму – 11.

При приходе на вход кодера первой информационной 1 первой ветви 00  00 будут соответствовать две ошибки в приеме, а второй ветви 00  10 ноль ошибок. Ошибка по каждой ветви служит метрикой d(L) в смысле расстояния Хэмминга, т.е. соответствует числу отличающихся от требуемых принятых символов. Эти метрики зафиксированы в узлах диаграммы (рис. 7).

В момент времени 2 (второй такт) сигнал может принять 4 состояния, которые определяются двумя возможными переходами из 00 и двумя переходами из 10. Сравнение с принятыми символами 01 дает следующие метрики соответствующих ветвей d(L):

00  00 d(L) = 3,

00  10 d(L) = 3,

10  01 d(L) = 1,

10  11 d(L) = 0.

Суммарная метрика d(L) по каждому из возможных путей определяется как сумма метрик составляющих его ветвей. Значения суммарных метрик показаны на диаграмме рис. 7.

Алгоритм Витерби выбирает путь с наименьшей суммарной метрикой («штрафом») и может отбрасывать по ходу продвижения во времени те пути, которые имеют штраф, превышающий минимальный «штраф» в данный момент времени на некоторую пороговую величину. Оптимальным путем является путь с наименьшим «штрафом».

Как следует из рис. 7, оптимальный путь с наименьшей суммарной метрикой восстанавливает передачу последовательности информационных бит, т. е. использованный код исправляет ошибки.

Рассмотренный метод декодирования, когда в качестве метрики используют расстояние Хэмминга, называют декодированием с жестким решением. Здесь каждому символу на выходе демодулятора соответствует одно из двух значений: 0 или 1.
Последовательность бит на выходе декодера (рис. 7 л), совпадает с последовательностью на входе кодера, полученной в п.1
Рисунок 7. Алгоритм декодирования Витерби



а) б) в) г)


д) е)



ж)


з)



и)


к)


л)

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Методические указания и задание на курсовую работу по дисциплине «Основы теории систем связи с подвижными объектами», Составитель Ю.С.Шинаков. – Издание стереотипное, /МТУСИ. – М., 2003. – 24 с.

  2. Шинаков Ю.С. Основы теории систем связи с подвижными объектами (Методы цифровой модуляции): Учебное пособие /МТУСИ. – М., 2000. – 35 с.

  3. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 2002. – 440 с.: ил.

  4. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учеб. пособие. – М.: Эко-Трендз, 2005. – 392 с.: ил.

  5. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. пособие для вузов/ В.А. Борисов, В.В. Колмыков, Я.М. Ковальчук и др.; Под ред. В.В. Колмыкова. – М.: Радио и связь, 1990. – 304 с.: ил.

  6. Беспроводные сети Wi-Fi: учебное пособие /А.В. Пролетарский и др. – М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 215 с.: ил., табл. – (Основы информационных технологий).




г. Москва




Скачать файл (397.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru