Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева. Отчет по лабораторной работе №2 «Передача непрерывных сообщений». Выполнил: студент группы 10-В-1 Скорынин С.С. Проверил: Ломакин Д.В. Нижний Новгород 2012 1. Постановка задачи: Передача по каналу связи непрерывного сигнала от источника к приёмнику оптимальным образом. Предполагается, что сигнал будет передаваться в дискретизированном виде – дискретно по отсчетам. 2. Теоретическая основа: Примем за сигнал источника некоторую непрерывную функцию х(t). На приёмнике требуется восстановить функцию y(t), полностью идентичную х(t). Так как координата даже одной точки x[i](t) невозможно определить с абсолютной точностью, вводится отклонение и среднеквадратичное отклонение: ∆= |х𝑖 − 𝑦𝑖 | |х𝑖 − 𝑦𝑖 |2 𝜎 2 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ Эти величины удобны для оценки точности передачи, исходя из которой, строятся реальные схемы для передачи отсчетов. Известно, что любую функцию можно разложить в ряд вида: 𝑥(𝑡) = ∑∞ 𝑖=1 𝑐𝑖 ∗ 𝜑𝑖 (𝑡), где 𝜑𝑖 (𝑡) – система ортогональных функций. На практике берут n первых членов: ∞ 𝑥̂(𝑡) = ∑ 𝑐𝑖 ∗ 𝜑𝑖 (𝑡) 𝑖=1 Тогда среднеквадратическая ошибка будет равна: |𝑥̂(𝑡) − 𝑥(𝑡)|2 𝜎 2 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ Фурье смог вычислить формулу для коэффициентов c[i], которые минимизируют ошибку: ∞ 𝑐𝑖= ∫ 𝑥(𝑡)𝜑𝑖 (𝑡)𝑑𝑡 −∞ Ряд, составленный по таким коэффициентам, называется рядом Фурье. Котельников вычислил функцию, при использовании которой в качестве 𝜑𝑖 (𝑡), 𝑐𝑖= 𝑥𝑖 : sin(𝑥) 𝜑𝑖 (𝑡) = 𝑥 Тогда, для передачи отсчетов можно передавать просто вектор значений функции. Доказано, что отсчеты для достижения наилучшей точности необходимо проводить через интервалы: ∆𝑡 = 1 2𝐹 Где F – граничная частота спектра сигнала (на практике выбирается приближенно, так как спектры большинства сигналов бесконечны). Введённая Котельниковым функция оказалась очень хорошо применима на практике: она не только существенно облегчала передачу вектора от источника, но и облегчала sin(𝑥) конструктив приёмника: функцию вида 𝑥 можно легко получить с помощь линейного четырёхполюсника, пода на его вход импульсы вектора отсчетов. По сути, линейный четырехполюсник из вектора отсчетов позволяет восстанавливать исходную функцию. 3. Блок-схема источника (АЦП): 1) Схема ступенчатой экстраполяции. x(t) & ЗУ <∆ ? - & & Г Схема работает по такому алгоритму: 1. Выборка и запоминание очередного отсчета в ЗУ по сигналу генератора с частотой 2F и признаку различия более чем на погрешность. 2. Вычитание из текущего значения функции сохранённого в ЗУ. 3. Если разность меньше допустимого отклонения ∆, разрешения передачи импульса из ЗУ 4. Если разность больше ∆ - запрет передачи и чтение нового импульса по совпадению с тактом генератора. 1 При таком методе из отсчетов, выбираемых через интервалы ∆𝑡 = 2𝐹, отбираются лишь те, отклонение значения которых от предыдущего более допустимой погрешности ∆. 2) Схема линейной экстраполяции. ЦАП x(t) Вычитание x(t)- P(t) АЦП |x(t)-P(t)|> x(ti) Нет Да Вычисление полинома P(ti)=x(ti)+x’(ti)*(t-ti) x(ti)’ Дифференцир. устройство Ждем АЦП Замкнуть ключ Выдать в канал данных x(ti), x’(ti), z Да Ключ замкнут Ключ ГТИ Нет Ждем Разомкнуть ключ Счетчик Схема работает аналогично предыдущей лишь с тем отличием, что текущее значение на предмет увеличения больше, чем на ∆ проверяется в сравнении не с самим отсчетом, а с касательной к точке отсчета. Такой приём уменьшает количество выбираемых отсчетов, но увеличивает количество сигналов на выходе схемы с 1-го до 3-х, так как необходимо описать не только сам отсчет, но и касательную к нему и временной промежуток (количество пропущенных отсчетов). Полиномы более высоких порядков, при использовании их для экстраполяции, дают неоправданное усложнение схемы и увеличение числа передаваемых за отсчет сигналов. 4. Описание приёмника (ЦАП): В качестве приёмника можно использовать, как уже говорилось, четырёхполюсник с линейной передаточной функцией, так как его импульсная характеристика представляет собой как раз sin(𝑥) функцию 𝑥 . При линейной экстраполяции можно (как и при ступенчатой) использовать генератор пропущенных отсчетов: при линейной они вычисляются исходя из производной и T, при ступенчатой экстраполяции – исходя из предыдущего значения. Также можно отметить, что типичным таким четырёхполюсником является RC цепочка с конденсатором на выходе. Такая цепочка, кроме всего, «сглаживает» неровности экстраполяции, фильтруя высокие частоты. 5. Вывод: Лабораторная работа показывает типичные приёмы, используемые для передачи непрерывных сообщений. При её выполнении я приобрёл навык структурного проектирования схем дискретизации непрерывных сообщений с целью их восстановления на приёмнике методами экстраполяции нулевого и первого порядков.