Курсовая по курсу
Данная курсовая работа относится к области инженерного построения под заданные условия системы связи. Также эти знания относятся к области разработки нового оборудования для систем передачи информации. Дисциплину «Теория связи» можно назвать по-другому «Принципы передачи информации». Зная эти принципы, специалист/инженер сможет придумать и сконструировать все необходимые блоки какой-угодно системы передачи.
Несмотря на то, что сегодня существует уже много готовых систем связи, все время возникает необходимость в разработке новых:
- Более высокоскоростных систем, как например, сети Wi-Fi – 7 или сети 5G, 6G.
- Систем, работающих в нетиповых условиях, например, системы связи для подводных роботов. Сигнал под водой распространяется совсем не так, как в воздухе и поэтому система передачи будет уже совершенно иной
- Систем связи более защищенных от перехвата сообщений, что актуально, например, для военных
- Систем связи с низким энергопотреблением, необходимых в сенсорных сетях IoT - концепции интернета вещей
Моделируем ситуацию – представьте себя техническим специалистом, инженером
Есть задача: разработать систему связи, чтобы общая ошибка в ней не превышала значения δ, к примеру равного 0.005.
Еще одно требование: система связи должна быть производительной, построена с применением современных передовых технологий.
Итак, приступим. Так как система связи у нас цифровая, мы знаем, что у нас будет возникать ошибка квантования при оцифровке сигнала. Также мы знаем, что в канале связи на наш передаваемый сигнал будут воздействовать помехи, поэтому необходимо обязательно учитывать ошибку детектирования сигнала. Эта более весомая ошибка, чем ошибка квантования. Однако для упрощения расчетов мы будем проектировать систему связи, предполагая, что все ошибки по значению равны.
Что еще? Есть еще две возможные причины ошибок, менее распространенные:
1) Ошибка ограничения максимальных отклонений (мгновенных амплитуд) передаваемого сигнала от среднего значения. Дело в том, что любой реальный АЦП имеет ограниченный динамический диапазон, поэтому если мгновенная амплитуда передаваемого сигнала выходит за диапазон VADCMax, то в этот момент сигнал обрезается по уровню. Можете зайти, например на сайт компании Texas instruments (один из производителей АЦП), и посмотреть характеристики современных настоящих АЦП (динам. диапазон это параметр SFDR, дБ).
2) Ошибка ограничения сигнала по спектру, вызванная необходимостью дискретизации передаваемого сигнала. Любой реальный сигнал конечной длительности имеет в теории бесконечный неограниченный спектр. Однако для удовлетворения требований теоремы Котельникова, мы отбрасываем часть высокочастотных спектральных составляющих сигнала и из-за этого возникают небольшие искажения исходного аналогового сигнала — погрешность.
Будем проектировать нашу систему связи поэтапно.
ЭТАП №1
Система связи цифровая, поэтому в первую очередь сигнал надо преобразовать в цифровой. Схема системы связи этого этапа на рисунке.
Чтобы понять, какой АЦП выбрать для нашей системы связи, надо определиться с его параметрами – частотой дискретизации, динамическим диапазоном (или пик-фактором), разрядностью. Все эти параметры надо выбрать исходя из требуемых допустимых ошибок δ1, δ2, δ3. Поэтому для начала произведем расчет требуемых параметров АЦП. Все расчетные формулы приведены в следующих методических указаниях (МУ).
ЭТАП №2
После АЦП, двоичное сообщение сжимается (кодер источника) и обрабатывается помехоустойчивыми кодами (кодер канала), затем, если не использовать мультиплексирование с другими потоками данных, выполняется цифровая модуляция. Для проверки того, что ширина сигнала не превысит полосу частот канала производится расчет ширины спектра модулированного сигнала. Поскольку в линии связи сигнал будет искажен различными помехами, необходимо выбрать такой вид модуляции, чтобы с одной стороны обеспечить требуемую пропускную способность (max скорость передачи — для этого производится расчет производительности в бит/с источника сообщений), с другой стороны вид модуляции должен обеспечивать должную помехоустойчивость. По формуле Шеннона (Shannon) можно определить какое должно быть отношение SNR для обеспечения заданной пропускной способности канала. Также крайне важно определить какое должно быть отношение SNR на входе приемника, чтобы ошибка детектирования сигнала не превысила требуемого значения δ4. Все расчетные формулы приведены в следующих методических указаниях.
ЭТАП №3
Для повышения помехоустойчивости, энергоэффективности, надежности, скорости передачи систем связи разрабатываются различные технологии. На последнем этапе вы оцените различия между системами связи с импульсной модуляцией, с IQ-модулятором, с технологией OFDM, а также с технологией расширения спектра.
Самые важные дополнения к курсовой:
— В курсовой обязательно должны быть 3 структурные схемы систем связи (см. ниже ссылку на скачивание)
— В курсовой обязательно должны быть «Структурные схемы оптимального когерентного и некогерентного приемников цифровых сигналов» (найти самостоятельно)
Дополнительные материалы
Применение технологии расширения спектра