Общая теория радиоэлектронных систем Курсовой проект: Расчёт канала передачи информации

В работы были выполнена:
- разработка обобщённой структурной схемы заданных информационных направлений и структурные схемы заданных каналов передачи дискретной и непрерывной информации, указав места формирования и тракты прохождения первичных электрических сигналов и радиосигналов при передаче и приёме сообщений;
- описание назначения каждого элемента канала передачи информации;
- определена высота полёта воздушного судна.  
...

Цель выполнения курсового проекта Стр.3
Задание 1. Разработать структурные схемы заданных каналов передачи информации Стр.4
Задание 2. Рассчитать информационные характеристики заданных источников сообщений Стр.8
Задание 3. Закодировать алфавит источника дискретных сообщений неравномерным кодом Хаффмена. Стр.11
Задание 4. Рассчитать спектрально-временные характеристики передаваемых первичных электрических сигналов. Стр.12

Курс «Общая теория радиоэлектронных систем» очень важен для изучения будущему радиоинженеру. Знание этой дисциплины помогает в будущем при изучении таких дисциплин как «Радиоприёмные и радиопередающие устройства», «Электроника». В курсе ОТРЭС описывается математический аппарат, при помощи которого можно решать конкретные технические и научные задачи в области радиотехники. Также курс помогает установить тесную математическую связь с физическими процессами и составить математическую модель этих процессов.

Задание 2. Рассчитать информационные характеристики заданных источников сообщенийИсходные данные: вариант №2 – МТК №5;скорость передачи сигнала vс= 200 Бод;информация, подлежащая передаче – Козлов Артём Алексеевич;текст передаётся в виде речевого (телефонного) и буквенного (телеграфного) сообщений.Выполнить:- определить частное количество информации , содержащееся в k-ом символе алфавита источника сообщений, , где L - объем алфавита источника сообщений.- определить энтропию и максимальную энтропию источника речевого (телефонного) сообщения;-определить производительность и максимальную производительность источника речевого (телефонного) сообщения;- определить максимальную энтропию источника речевого (телефонного) сообщения, объем алфавита, которого L равен объёму русского алфавита, т.е. L =32;- определить производительность источника буквенного (телеграфного) сообщения .Для нахождения информационных характеристик источника необходимо определить частное количество информации, содержащееся в каждом символе алфавита источника сообщений. Определение частного количества информации.Алфавит выбирается согласно своему ФИО – Козлов Артём АлексеевичОбъем алфавита источника сообщений Lис = 14 символов.Вероятность использования k-го символа алфавита источника:pxk=NkN, [2]где Nk – количество символов k в тексте сообщения,N – количество символов в тексте сообщения, N = 21 символов.px1=321=0,143 "Е"px2,3,4,5,6=221=0,095 "К","О","Л","В", "А"px7,8,9,10,11,12,13,14=121=0,048 "З","Р, "Т","Ё","М","С", "И","Ч"Частное количество информации определяется по формуле:ixk=log1pxkix1=log210,143=2,807 битсимволix2,3,4,5,6=log210,095=3,396 битсимволix7,8,9,10,11,12,13,14=log210,048=4,380 битсимвол2. Определение энтропии и максимальной энтропии источника речевого (телефонного) сообщения.Энтропия источника сообщения определяется по формуле:;Hтфx=0,143*2,807+5*0,095*3,396+8*0,048*4,380=3,696битсимволHтф maxx=logL - максимальная энтропия источника сообщений .Hтф maxx=log214=3,8 битсимвол Максимальная энтропия H*тф(x) источника речевого сообщения, объем алфавита, которого L равен объему русского алфавита, т.е. L= 32:H*тф(x) = logL; H*тф(x) = log32 = 5 бит/символ.3. Определение производительности и максимальной производительности источника речевого (телефонного) сообщения.Производительность источника телефонного сообщения определяется по формуле:Hтф'x=vтфHтфx, [1]где vтф – скорость формирования символов в источнике сообщения,Hтфx – энтропия.Скорость формирования символов источником речевых сообщений vтф равна 1,5…2 стандартных слова в секунду (стандартное слово – МОСКВА), т.е. vтф = 9…12 букв (символов) в секунду. Hтф'x=10* 3,696 = 36,96 битс.Максимальная производительность: Hтф max'x=vтфHтф maxx;Hтф max'x=10*3,8 = 38битс.4.Определение производительности источника буквенного (телеграфного) сообщения.Энтропия источника телеграфного сообщения:Hтг(x) = logLтг, [1]где Lтг равен числу КК, используемых для кодирования в заданном коде телеграфного аппарата, в данном случаи МКТ №5.Код МТК №5 образует 128 кодовых комбинаций.Hтг maxx=log128=7битсимволПроизводительность источника телеграфного сообщения определяется по формуле:Hтг max'x=vтгHтг maxx, [1]где vтг – скорость формирования символов источником буквенных (телеграфных) сообщений. vтг=vсn, vс=200 Бод - скорость передачи сигнала, n = 7 - длина кодовой комбинации (КК)Hтг max'x=2007*7=200битс 5.Определение избыточности источников телеграфного и телефонного сообщений.ρис=1-HxHмаксx; ρис дис=1-3,6963,8=0,027; ρис неп=1-3,6965=0,26.Выводы: Основными информационными характеристиками дискретных и непрерывных источников сообщений являются энтропия, избыточность и производительность.2. Кодовые комбинации нередко пользуются источниками информации с разными статистическими свойствами. Примитивное равномерное кодирование имеет разную вероятность появления каждого символа. Для статистического согласования стоит использовать неравномерные коды.Задание 3. Закодировать алфавит источника дискретных сообщений неравномерным кодом Хаффмена.Исходные данные:информация, подлежащая передаче – Козлов А.А.скорость передачи сигнала vс = 200 Бод;Выполнить:построить код Хаффмена для кодирования символов алфавита источника сообщений;определить среднюю длину n кодовой комбинации построенного кода Хаффмена и сравнить ее с длинами кодовых комбинации равномерных кодов: кода МТК №5 и кода, имеющего минимальную длину кодовой комбинации для заданного объема алфавита источника сообщений LИC;определить время tпрд, необходимое для передачи заданного сообщения, закодированного кодом Хаффмена, и сравнить его с временем передачи этого сообщения, но закодированного указанными выше равномерными кодами.Кодировка символов алфавита кодом ХаффменаКозлов Артём АлексеевичОбъем алфавита источника сообщений Lис = 14.Обозначим: x1= «Е»; x2 = «К»; x3= «О»; x4= «Л»; x5 = «В»; x6 = «А»; x7 = «З»; x8 = «Р»; x9= «Т»; x10 = «Ё»; x11 = «М»; x12 = «С»; x13 = «И»; x14 = «Ч»;Вероятность использования k-го символа алфавита источника смотри задание 2. Алфавит, закодированный кодом Хаффмена приведён в таблице № 1.Определение средней длины КК Средняя длина кодовой комбинации кода Хаффмена определяется по формуле: n=k=1Lpxknk, [2]где nk – количество разрядов в кодовой комбинации, соответствующей xk - му символу алфавита.n=0,143∙3+0,095∙3+0,095∙4∙4+0,048∙8∙4=0,429+0,285+1,52+1,536=3,77символДлина равномерного кода определяется по формуле:nмк =logLlogm,где [nмк] – ближайшее целое число, большее или равное nмк,где L – объем алфавита источника сообщения, m – основание кода, L = 14, m =2.nмк=log14log2= 4Длина КК кода МТК №5 составляет 7 символов nмк=7 символ Определение времени передачи сообщения различными кодамиВремя, необходимое для передачи сообщения кодом Хаффмена, определяется по формуле:tпрд=k=1Laknkυcгде ak – количество символов xk в тексте,υc– скорость передачи сообщения, υc = 200 Бод.tпрд=2*3+3*2+3*2+3*2+4*2+4*2+5*1200=125мс;Время, необходимое для передачи сообщения равномерным минимальным кодом, определяется по формуле:tпрд мк= N nмкυс;tпрд мк=21*4200420 мс;Время, необходимое для передачи сообщения кодом МТК №3, определяется по формуле:tпрд мк= N nмткυс;tпрд мк= 21*7200=735 мс.Таким образом, время передачи сообщения кодом Хаффмена меньше времени передачи сообщения равномерным минимальным кодом и времени передачи кодом МТК №5.Выводы: Для данного случая можно понять что целесообразно использовать код Хаффмена т.к. он является оптимальным кодом с минимальной избыточностью. т.е. ни один другой код не имеет более короткую кодовую комбинацию, так же код Хаффмена обеспечивает наименьшее время передачи сообщения, чем другие коды.Статистическое кодирование осуществляется с целью повышения скорости передачи информации и приближения её к пропускной способности канала. Таблица 1. Кодирование кодом Хаффмена.xkp(xk)Шаг объединенияКод12345678910111213x8+x7+x6+x5+x4+x3 +x10,6170x14+x13+x12+x11+x10+x9+x20,3831x6+x5+x4+x30,380x8+x7+x10,2371x12+x11+x10+x90,1920x14+x13+x20,1911x4+x30,1900x6+x50,1901x10,1410010x8+x70,0961x10+x90,0960x12+x110,0961x14+x130,0960x20,0951111x30,09500000x40,09510001x50,09500010x60,09510011x70,04800110x80,04810111x90,04801000x100,04811001x110,04801010x120,04811011x130,04801100x140,04811101Задание 4. Рассчитать спектрально-временные характеристики передаваемых первичных электрических сигналов.Исходные данные:данные, приведённые в табл.3;информация, подлежащая передаче - русский текст: фамилия, имя и отчество студента;текст передается в виде речевого (телефонного) и буквенного (телеграфного) сообщений;скорость передачи υ = 200 Бод;скважность q = 3;уровень посылки «нажатие» U1 = +3 В;уровень посылки «отжатие»U2 = - 1 В.Выполнить:для канала передачи дискретной информации определить временные характеристики заданного дискретного ПЭС и изобразить в масштабе его временное представление aдс(t);рассчитать, используя конспект лекций и основные теоретические сведения, постоянную составляющую A0 и десять гармоник Ak, k = 1,2,…10, спектра амплитуд A(f)пэс дс заданного дискретного ПЭС a(t);изобразить в масштабе рассчитанный спектр амплитуд A(f)пэс дс заданного дискретного ПЭС;определить ширину спектра дискретного ПЭС ΔFпэс дс;проверить на компьютере правильность произведенных расчетов, подставив полученные данные в соответствующее задание лабораторной работы №1;зарисовать с экрана монитора получившееся временное представление рассчитанного дискретного ПЭС a*дс(t);определить ширину спектра непрерывного ПЭС ΔFпэс нс.Расчет временных параметров ПЭС., где τ – длительность элементарной посылки. [1]τ=1200=5 мс ; q=Tτнаж, где q=3- скважность, отсюда τ= τнаж=5 мс, T=3τнаж=15 мс Рис. 4.1. Временное представление ПЭС.Расчет спектра амплитуд.Постоянная составляющая рассчитывается по формуле:, [1] A0=-1+43=0,33 В где Um = U1 – U2 – амплитуда ПЭС Um=3--1=4 ВАмплитуда k-той гармоники равна:, [1]где k – номер гармоники.Частота первой гармоники , [1];f1=115*10-3=66,6 ГцМаксимум огибающей находится в точке , [1]где q* - числитель скважности.Umax=2*43=2,66 ВВоспользуемся программой MathCad для расчёта амплитуд первых 10 гармоник спектра ПЭС. Результаты расчётов приведены в таблице 2.Таблице 2Номер гармоникиЗначение амплитуды12,21621,103304-0,555-0,4416070,31580,2759010-0,211Рисунок 2. Спектр амплитуд ПЭС A(f).Расчёт ширины спектра дискретного и непрерывного ПЭСШирина спектра дискретного ПЭС определяется по формуле:ΔFпэс дс = (3…5) Fман=(1,5…2,5)vc [1]ΔFпэс дс=2*200=400 ГцШирина спектра непрерывного ПЭС равна ширине спектра телефонного сигнала т.е:ΔFпэс нс =ΔF тлф = Fв нс - Fн нс, где Fв нс и Fн нс – верхняя и нижняя частоты спектра телефонного (непрерывного) сигнала. ΔFпэс нс = 3400 - 300 = 3100 ГцВыводы: Положения о спектральном представлении дискретных ПЭС, необходимых и достаточных для инженерной практики:Спектр амплитуд A(f) непериодического дискретного ПЭС сплошной, а периодического дискретного ПЭС – линейчатый.Спектр амплитуд непериодического дискретного ПЭС и огибающая амплитуд периодического дискретного ПЭС идентичны и имеют вид функции .Функции принимает нулевые значения на частотах, кратных 1/τ, а составляющая спектра амплитуд периодического сигнала расположены на частотах, кратных частоте f1 = 1/T.Частота f1 = 1/T называется первой гармоникой спектра амплитуд периодического сигнала, а остальные составляющие спектра амплитуд данного сигнала называются гармониками спектра. Ширина спектра ПЭС зависит от скорости передачи сигнала – Чем больше скорость передачи, тем шире спектр, а так же скорость сигнала зависит от длительности элементарной посылки - с уменьшением длительности элементарной посылки скорость передачи сигнала увеличивается. Для получения импульсов правильной прямоугольной формы надо, чтобы их спектр был как можно шире. При увеличении числа гармоник спектра, сигнал стремится к прямоугольной форме и уменьшается влияние переходных процессов.Задание 5. Закодировать передаваемый дискретный первичный электрический сигнал циклическим кодом.Исходные данные:характеристики помехоустойчивости циклического кода, который необходимо построить – минимальное кодовое расстояние dмин ≥ 5;информационная кодовая последовательность, кодируемая циклическим кодом, представляет собой последовательность кодовых комбинаций телеграфного кода МТК №5.Выполнить:построить циклический код (п,к) с требуемыми характеристиками помехоустойчивости;закодировать свои инициалы в построенном циклическом коде и записать их в виде кодовой комбинации двоичного кода;построить кодовую последовательность, получающуюся на выходе кодера циклического кода.Построение циклического кода (п,к)Пусть информационную часть КК циклического кода образуют КК кода МКТ № 5 , (k = 7).