Расчет аналоговых цифровых сигналов

Расчет аналоговых цифровых сигналов

Курсовая работа

«Цифровые системы передачи»

Расчет аналоговых цифровых сигналов

Содержание

Введение

Задание №1

Задание №2

Задание №3

Задание №4

Задание №5

Задание №6

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Для современного промышленного производства характерно широкое внедрение автоматизированного электропривода - основы механизации и комплексной автоматизации технологических процессов. Совершенствование систем автоматизированного электропривода с использованием новейших достижений науки и техники является одним из непременных условий при решении задач всемерного повышения эффективности общественного производства, ускорения роста производительности труда и улучшения качества выпускаемой продукции.

Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооруженности труда и благодаря своим преимуществам по сравнению со всеми другими видами приводов является основным и главным средством автоматизации рабочих машин и производственных процессов.

Электропривод определяется как электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением [1].

Она содержит преобразовательное устройство (ПРУ), определяемое как электротехническое устройство, преобразующее род тока, напряжение, частоту и изменяющее показатели качества электрической энергии, предназначенное для создания управляющего воздействия на электродвигательное устройство.

Задание №1

Таб.1 - таблица с исходными данными для задания №1

Выбрать частоту дискретизации широкополосного аналогового цифрового сигнала, рассчитать период дискретизации.

Рис.1 - спектр широкополосного сигнала

Частоту дискретизации широкополосного сигнала выбирают по теореме Котельникова:

Учитывая полосу расфильтровки , получаем:

Выбрать частоту дискретизации узкополосного аналогового сигнала, рассмотрев два варианта: с переносом спектра аналогового сигнала вниз по частоте и без переноса. Для варианта с переносом указать значения несущей.

Можно использовать частоту дискретизации меньше, чем

Определим частоту дискретизации методом переноса исходного спектра в область нижних частот.

Для уменьшения  воспользуемся следующей формулой:

Рис.2 - спектр узкополосного сигнала (метод переноса спектра)

Определим частоту дискретизации методом последовательного приближения. "F_д  можно найти без переноса спектра вниз,применяя условие демодуляции:"

Таб.2 - таблица неравенств для разных значений

Подберем  с учетом полосы расфильтровки (10% от

Рис.3 - спектр узкополосного сигнала (метод последовательного приближения ).

Задание №2

Таб.3 - таблица с исходными данными для задания №2.

Определить минимальное количество разрядов  в кодовом слове, при котором обеспечивается заданная защищённость гармонического колебания с амплитудой  от шумов квантования  при равномерном квантовании. Построить зависимость защищённости от уровня гармонического колебания при изменении его амплитуды от  до напряжения ограничения

Найдем минимальное число разрядов:

Построим зависимость  от амплитуды входного сигнала  и  от :

Рис.4 - зависимости уровня сигнала от амплитуды и  от уровня сигнала

Привести для наглядности характеристику помехозащищенности и характеристику компандирования для А87.6/13

Рис.5 - Характеристика защищенности от шумов квантования для характеристики А87.6/13.

Рис.6 - амплитудная характеристика неравномерного квантующего устройства

Задание №3

Таб.4 - исходные данные для задания №3

Для двух отсчётов аналогового сигнала с амплитудами U1 и U2 выполнить операции неравномерного квантования и кодирования, осуществляемые в нелинейном кодере с сегментированной характеристикой компрессии А-типа. Определить абсолютные и относительные величины ошибок квантования этих отсчётов и изобразить полученные в результате кодовые слова в виде последовательности токовых и бестоковых посылок в коде БВН.

Рис.7 - структурная схема кодера с нелинейным квантователем

Таб.5 - параметры амплитудной характеристики квантующего устройства А87,6/13.

Рис.8 - структурная схема декодера кодека с нелинейным квантованием

В соответствии с таб.3 8-и разрядное кодовое слово мгновенного значения сигнала имеет структуру PXYZABCD. В этой структуре P - старший разряд указывает полярность сигнала ("1" - положительная, "0" - отрицательная), XYZ - код номера сегмента, а ABCD - код номера шага внутри сегмента.

Найдем минимальный размер шага:

Согласно заданным значениям, при неравномерном квантовании получим два кодовых слова:

На вход кодера поступает сигнал величиной 89₀. В первом разряде будет сформирован "1": Р=1 (сигнал имеет положительную величину). В течение следующих трёх тактов формируются разряды кода номера сегмента (XYZ) по алгоритму, изображенному на рис.9.

Рис.9 - алгоритм кодирования номера сегмента

Код сегмента - 011 (3й сегмент): шаг квантования -

Далее осуществляем кодирование номера шага внутри сегмента методом взвешивания.

Таб.6 - таблица основных и дополнительных эталонов, шагов квантования.

Полученная кодовая комбинация: 10110110

При декодировании будет восстановлено следующее значение:

Рис.10 - линейный кодер взвешивающего типа двухполярного сигнала

Рис.11 - линейный декодер взвешивающего типа для двухполярного сигнала

Рассчитаем величину шума квантования:

Абсолютная ошибка декодирования в данном случае равна величине шума квантования.

Относительная ошибка декодирования:

На вход кодера поступает сигнал величиной -1425₀. В первом разряде будет сформирован "0": Р=0 (сигнал имеет отрицательную величину). В течение следующих трёх тактов формируются разряды кода номера сегмента (XYZ) по алгоритму, изображенному на рис.9.

Код сегмента - 111 (7й сегмент): шаг квантования -  Далее осуществляем кодирование номера шага внутри сегмента методом взвешивания.

Полученная кодовая комбинация: 01110110

При декодировании будет восстановлено следующее значение:

Рассчитаем величину шума квантования:

Абсолютная ошибка декодирования в данном случае равна величине шума квантования.

Относительная ошибка декодирования:

Рис.12 - полученные кодовые комбинации в коде БВН

Задание №4

Таб.7 - таблица с исходными данными для задания №4

Рассчитать среднее время удержания и среднее время восстановления циклового синхронизма, если в системе применён неадаптивный приёмник со скользящим поиском циклового синхросигнала. При выполнении задания считать, что система используется в первичной ЦТС с циклами передачи РСМ31.

Рис.13 - структурная схема неадаптивного приёмника циклового синхросигнала со скользящим поиском

Рис.14 - структурная схема опознавателя синхросигнала

Рис.15 - алгоритм поиска состояния синхронизма приемником со скользящим поиском

Возникновению ложной синхронизации будет соответствовать следующая вероятность:

Обычно поэтому выражение принимает вид:

Вероятность обнаружения выхода из синхросигнала:

Для обнаружения синхронизма необходимо провести μ опробований,

Найдем минимальное время выхода из синхронизма:

Найдем суммарное время поиска синхросигнала.

Найдем среднее время удерживания циклового синхронизма.

- среднее время поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала состоящего из  позиций ()

- среднее время поиска синхросигнала, в зоне синхросигнала (хотя бы одной позиции), число таких позиций равно:

Понятие критических точек - кодовая группа, длиной b символов, имеет критические точки после тех первых i символов, которые оказываются идентичными последним j-символом.

Наименьшее число критических точек, одна: b_k=1 (01111…1)-на последнем символе. Максимальное число критических точек, d_ц.с. : b_k=7 (1111…1)-на последнем символе.

Время поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала:

Для b_k=1 (одна критическая точка)

Время поиска в зоне самого синхросигнала:

Общее время поиска синхронизма:

Для b_k=1 (одна критическая точка)

Для b_k=7 (7 критических точек)

Найдем среднее время заполнения накопителя по выходу () и входу () синхронизм:

Определить выигрыш во времени восстановления синхронизма для случая независимой параллельной работы блока поиска синхросигнала и блока накопления по выходу из синхронизма.

Среднее время восстановления циклового синхронизма с одной критической точкой:

Среднее время восстановления циклового синхронизма с семью критическими точками:

Найдем выигрыш во времени восстановления синхронизма:

Выигрыш во времени восстановления синхронизма для случая независимой параллельной работы блока поиска синхросигнала и блока накопления по выходу из синхронизма составляет 123.973 (мс). Такой приёмник называется адаптивным, он эффективен при высоком коэффициенте ошибок.

Задание №5

Таб.8 - таблица с исходными данными для задания №5

Построить первые 20 или более позиций последней строки цикла (последнего субцикла) ЦТС ИКМ-120 с двусторонним согласованием скоростей, если заданы два последовательно переданных поля команд согласования. Считать, что принятые команды истинные. Отметить отсутствие или наличие ошибок в заданных командах.

Исходя из заданных в таб.8 полей, команды согласования по компонентным потокам следующие:

поток - отрицательное согласование

поток - нейтральная команда

поток - отрицательное согласование

поток - нейтральная команда

В соответствии с этими командами последняя строка цикла ЦТС ИКМ-120 имеет следующий вид:

Рис.16 - последняя строка цикла ЦТС ИКМ-120.

На рис.16 буквами А, В, С, D обозначены имена компонентных потоков, а числа при них - порядковые номера битов в последней строке цикла. Символы ХХХХ обозначают биты последующей команды согласования.

Задание №6

Исходный двоичный код: 11110001101100001110101100111001

Изобразить заданную последовательность нулей и единиц в кодах AMI, NRZ, HDB-3, 2B1Q, CMI в виде прямоугольных импульсов соответствующей полярности и длительности. Определить текущую цифровую сумму в конце каждого октета, а также предельное значение текущей суммы. Сделать краткое заключение по результатам определения текущей суммы для каждого кода.

AMI: "0"-отсутствие импульса, "1"-импульсы длительностью половины тактового интервала чередующейся полярности.

Рис.17 - заданная последовательность в коде AMI.

NRZ: "0"-отрицательный импульс, "1"-положительный импульс

Рис.18 - заданная последовательность в коде NRZ

2B1Q: двоичные комбинации вида 00, 01, 10, 11 заменяются импульсами с амплитудами -2, -1, +1,+2 соответственно. Длительность импульсов равна удвоенному тактовому интервалу исходной последовательности.

CMI: "1" передаются импульсами чередующейся полярности длительностью в тактовый интервал, "0" передаются биимпульсами.

Рис.20 - заданная последовательность в коде CMI

HDB-3: соответствует формированию кода AMI, но пакеты из четырех нулей заменяются комбинацией вида 000V и B00V,в которых импульс B не нарушает полярностей, а импульс V-нарушает, то есть его полярность совпадает с полярностью предыдущего импульса. В случае если до комбинации из четырех нулей было четное количество единиц в коде, то ставится комбинация B00V, в противном случае 000V.

Ввести в последовательность кода HDB-3 ошибки на указанных позициях. Произвести декодирование полученной последовательности и сравнить её с исходной.

Рис.21 - заданная последовательность в коде HDB-3 (без введенных ошибок).

Рис.22 - заданная последовательность в коде HDB-3 (с ошибкой)

Таб.9 - текущие цифровые суммы

Заключение

Управляющее устройство (УУ) является электротехническим устройством, предназначено для управления преобразовательным, электродвигательным и передаточным устройствами. Управляющее устройство, как правило, содержит информационную часть, получающую информацию от задатчиков (сигнал задания) и датчиков обратной связи (сигнал о состоянии привода) и в соответствии с заданными алгоритмами вырабатывает сигналы управления.

Посредством системы электропривода приводятся в движение рабочие органы технологических (производственных) машин и осуществляется управление преобразованной энергией. Под управлением здесь понимают организацию процесса преобразования энергии, обеспечивающую в статических и динамических условиях требуемые режимы работы технологических машин. Если основные функции управления выполняются без непосредственного участия человека (оператора), то управление называют автоматическим, а электропривод - автоматизированным.

Параметрами электропривода являются скорость, нагрузка, диапазон регулирования, жесткость механической характеристики и электромеханическая постоянная времени.

Для управления электроприводами применяется множество различных устройств, однако, в настоящее время наиболее рациональным кажется использование тиристорного и транзисторного управления электроприводами. Для этой цели в разомкнутой или замкнутой системах управления электроприводами используют управляемые выпрямители (для систем с двигателями постоянного тока) и регуляторы напряжения или преобразователи частоты (для систем с асинхронными двигателями).

дискретизация амплитуда квантование аналоговый сигнал

Список использованной литературы

1. Крухмалёв В.В., Гордиенко В.Н, Моченов А.Д. Цифровые системы передачи: Учебное пособие для вузов/ М.: Горячая линия - Телеком - 2010. - 352 с: ил.

. Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. Учебное пособие для вузов/ М.: Горячая линия - Телеком - 2008. - 232 с: ил.

. Конспект лекций.