рефераты

Рефераты

рефераты   Главная
рефераты   Краткое содержание
      произведений
рефераты   Архитектура
рефераты   Астрономия
рефераты   Банковское дело
      и кредитование
рефераты   Безопасность
      жизнедеятельности
рефераты   Биографии
рефераты   Биология
рефераты   Биржевое дело
рефераты   Бухгалтерия и аудит
рефераты   Военное дело
рефераты   География
рефераты   Геодезия
рефераты   Геология
рефераты   Гражданская оборона
рефераты   Животные
рефераты   Здоровье
рефераты   Земельное право
рефераты   Иностранные языки
      лингвистика
рефераты   Искусство
рефераты   Историческая личность
рефераты   История
рефераты   История отечественного
      государства и права
рефераты   История политичиских
      учений
рефераты   История техники
рефераты   Компьютерные сети
рефераты   Компьютеры ЭВМ
рефераты   Криминалистика и
      криминология
рефераты   Культурология
рефераты   Литература
рефераты   Литература языковедение
рефераты   Маркетинг товароведение
      реклама
рефераты   Математика
рефераты   Материаловедение
рефераты   Медицина
рефераты   Медицина здоровье отдых
рефераты   Менеджмент (теория
      управления и организации)
рефераты   Металлургия
рефераты   Москвоведение
рефераты   Музыка
рефераты   Наука и техника
рефераты   Нотариат
рефераты   Общениеэтика семья брак
рефераты   Педагогика
рефераты   Право
рефераты   Программирование
      базы данных
рефераты   Программное обеспечение
рефераты   Промышленность
      сельское хозяйство
рефераты   Психология
рефераты   Радиоэлектроника
      компьютеры
      и перифирийные устройства
рефераты   Реклама
рефераты   Религия
рефераты   Сексология
рефераты   Социология
рефераты   Теория государства и права
рефераты   Технология
рефераты   Физика
рефераты   Физкультура и спорт
рефераты   Философия
рефераты   Финансовое право
рефераты   Химия - рефераты
рефераты   Хозяйственное право
рефераты   Ценный бумаги
рефераты   Экологическое право
рефераты   Экология
рефераты   Экономика
рефераты   Экономика
      предпринимательство
рефераты   Юридическая психология

 
 
 

Кодер декодер речевого сигнала Амплитудно фазовое преобразование


Казанский
государственный университет
имени А.Н.
Туполева
Кафедра радиоэлектронных и
квантовых устройств
Кодер -
декодер речевого сигнала
Амплитудно -
фазовое преобразование
Расчетно-пояснительная
записка к курсовой работе по дисциплине
«Системы сокрытия
информации»
Выполнили 
студенты
.
Руководитель работы
Успехов в защите
Казань 1997
Содержание
1.
Введение                                                                                       3
2.
Метод
анализа устройств с АФК                                                 4
3.
Выбор
четырехполюсника с АФК                                                         6
4.
Кодер
на операционном усилителе с АФК                                  8
5.
Расчет
параметров микрофонного усилителя                                       14
6.
Расчет
усилителя низкой частоты                                                         15
7.
Схема
кодирующего и декодирующего блоков                          17
8.
Аннотация                                                                                    18
9.
Литература                                                                                   19
Приложение
1                                                                                   20
Введение
Эффекты возникновения
амплитудно-зависимых фазовых сдвигов в различных, работающих в нелинейных
режимах, узлах приемно - усилительных трактов называется «Амплитудно - фазовая
конверсия»  (АФК).
АФК - от английского слова «conversion» - преобразование.
По условиям эксплуатации
большинства устройств в них должны быть применены специальные меры для
устранения или ослабления АФК до значений, при которых показатели
разрабатываемого устройства ухудшаются незначительно. Решение задачи сводится к  созданию цепи, аргументы комплексной
функции, передачи которой остается постоянным в широком интервале изменений
воздействующих на цепь факторов. Ясно, что на основе известных схемотехнических
и конструктивно - технологических решений не представится возможным создание
такой цепи. Однако реальным является устройство, фазо - инвариантное к
изменениям амплитуды сигнала в ограниченном интервале этих изменений и в
конкретных условиях эксплуатации.
В ряде случаев явление АФК
является полезным и позволяет обеспечить требуемые показатели радиоэлектронной
аппаратуры. В таких устройствах эффекты АФК принудительно необходимы, например,
в модуляторах фазы, в системах с предыскажением фазы и др.
В данной работе применяется
метод АФК для сокрытия речевой информации телефонного канала.
Метод анализа устройств с АФК
В теоретической радиотехнике
известны различные методы исследования.
Наиболее строгим методом,
позволяющим описать устройство любого типа и оценить закономерности прохождения
сигналов через него, является метод, основанный на решении нелинейных
интегрально - дифференциальных уравнений, описывающих физику работы устройства.
Получение решения поведения рассматриваемого устройства в широком интервале
переменных, представляется затруднительным. Решения делаются для частных случаев
и этот метод не универсален т.е. результаты решения не распространяются на
другие устройства.
Менее строгим, но более
общим является метод замены устройства эквивалентным четырехполюсником с
некоторыми характеристиками, свойственными рассматриваемому устройству. Данному
четырехполюснику соответствует определенная передаточная функция.
Характеристики, определяющие передаточную функцию можно найти теоретически или
экспериментально. При аналитическом исследовании цепей с АФК следует
использовать четырехполюсник, который отражает лишь основные черты поведения
устройства и не учитывает ряд побочных явлений, не играющих принципиальной
роли. (Л4)
При воздействии
квазигармонического колебания (1) на вход реального, т.е. нелинейного,
четырехполюсника на его выходе появляется ряд спектральных составляющих.
Отличительной способностью цепей с АФК является изменение фазы составляющих в
зависимости от амплитуды входного воздействия.
                 (1)
X(t),
j(t) - изменяются
по закону передаваемой информации
Выходной сигнал
представляется:
               
                      (2)
где Yn(t)-
медленно
изменяющиеся амплитуда n-й гармоники
      yn(t) -
фаза гармоники
Явление АФК сводится к тому,
что yn(t)
отличается от входной функции j(t) не только на
детерминированный угол j0, характеризующий фазовую постоянную устройства, но
и на угол j[X(t)],
зависящий от уровня входного сигнала:
                     (3)
Амплитуды выходного и
входного сигналов связаны нелинейной зависимостью:
           
                    Yn(t)=Yn[X(t)]                              (4)
отражающей амплитудную
нелинейнейность
Выражение (2) можно
записать:
y(t)=Y[X(t)]expinw0t                                         (5)
где Yn[X(t)]=Yn[X(t)]expij[X(t)] - комплексная
амплитуда выходного сигнала, характеризующая комплексную нелинейность тех
устройств, в которых амплитудная нелинейность и АФК проявляются в главной мере
при одних и тех же уровнях входного колебания X(t). Устройства, в которых АФК
пренебрежимо мала, полностью характеризуется функцией Yn[X(t)], а устройства с АФК -
функцией j[X(t)] (Л4).   
Выбор четырехполюсника с АФК
Выберем в качестве
четырехполюсников:
-для кодера компрессор
речевых сигналов;
-для декодера экспандер
речевого сообщения;
Компрессор речевых сигналов
действует по принципу усилителя с нелинейной отрицательной обратной связью
(ООС). Это означает, что нелинейные элементы, сопротивление которых изменяется
в соответствии с уровнем усиливаемого сигнала, входят в цепь ООС, охватывающей
как отдельные каскады, так и усилитель в целом.
Для обеспечения требуемого
закона изменения коэффициента усиления, необходимо определенным образом выбрать
способ включения нелинейных элементов и режимы их работы.
Рассмотрим причины АФК в
усилителях с нелинейной обратной связью. На основании известных соотношений:
       К К
определяющих
комплексный коэффициент усиления усилителя с обратной связью. На рис.1
построена векторная диаграмма для случая гармонического сигнала, позволяющая
судить о закономерностях изменениях показаний усилителя в зависимости от
глубины ООС. 1/К 1/Кос 1/Кос 1/К
                                                           
Рис.1
На рис.1 векторная
диаграмма, определяющая коэффициент усиления усилителя с ООС, здесь:
; Кос - модуль коэффициента усиления; jос-фазовый сдвиг, создаваемый усилителем с ООС.
- не комплексный коэффициент усиления усилителя без ООС. b - коэффициент передачи канала обратной
связи, предполагаемой действительной величиной, т.е. рассматривается усилитель
с частотно-независимой ООС.
Из диаграммы следует, что с
увеличением глубины ООС, вносимый усилителем фазовый сдвиг- уменьшается.
                                               (7)
Но поскольку в усилителе
глубина ООС растет с увеличением уровня сигнала (компрессор):
b=F2(Uвхм)                                                    (8)
то связь фазового сдвига с
изменением уровня входного сигнала при W=const:
                                       (9)
В экспандере процесс
изменения ООС обратный:
                                             (10)
т.е. для малых амплитуд
усиления мало, а для больших амплитуд усиление велико.
Кодер на операционном усилителе с амплитудно
- фазовой конверсией
Эквивалентная схема кодера
(декодера) приведена на рис. 2 -
Рис.2
Коэффициенты усиления
идеального усилителя:
                                                     (11)
Для кодера выберем:
                                 
Z2=R1
Коэффициент передачи кодера:
                            
(12)
Цепь с сопротивлением Z2 представлена
на рис. 3. Сопротивление R вводится для работы
усилителя с малым уровнем сигнала. VD1 R2 R2
Для декодера берем: C VD2 R
Рис. 3
Коэффициенты передачи
декодера:
(13)
Принципиальные схемы кодера и декодера VD3
a)
Рис.4                                                                                         б)
а) кодер
б) декодер
Коэффициенты передачи для схемы рис.4
Кодер:
Коэффициент передачи  для декодера
где: R3=R5; R4=R6; C1=c2
          (19)
Сопротивление R1 выбирается из max тока
через диод
Ig=IR1
IR1=Uвх/R1=R1=Uвх/IR1
при Ig=0.1 mA; Rg=26/0.1=260 Om;
при Uвх=0.1B;
R1=0.1/0.1=1 Kom;
Выберем коэффициент в (15) К0=10, тогда
R3=R1*K0=1.0*10=10Kom
Выберем сопротивление R4=100 ом, от случайных больших
воздействий напряжения защищающей  диоды
VD1 и VD2.
        Возьмем конденсатор С1 исходя из его реактивного
сопротивления на частоте 300 Гц.
Xc1=2(R4+Rgmin)=2(100+260)=720
Om
Выберем ближайший номинал конденсатора С1:
КМ6 - М750-25-0.68 10%
Расчетные значения модуля и аргумента коэффициента
передачи кодера, рассчитанные по программе Koder
AFK, см.
Приложение 1, приведены в таблице 1.
Таблица значений коэффициента передачи кодера
от амплитуды входного сигнала, вычисленных по программе
Koder AFK
Таблица 1. Uвх К FK,рад Uвых 0,001 7,23 -0,0072 -0,008 0,011 2,193 -0,222 -0,022 0,021 1,398 -0,442 -0,028 0,031 1,128 -0,609 -0,034 0,041 1,003 -0,733 -0,04 0,051 0,935 -0,826 -0,046 0,061 0,894 -0,897 -0,054 0,071 0,867 -0,953 -0,061 0,081 0,849 -0,997 -0,068 0,091 0,836 -1,033 -0,075 0,101 0,826 -1,063 -0,082
 
Таким образом:
R2=R3=R5=10 Kom;
R4=R6=100 Om;
C1=C2=0.65 мкф;
R1=R7=R8=1 Kom;
DA1,DA2 - КР140УД14
Данная схема закрытия речевой информации в
законченном виде приведена на рис.5 ВА1 ВА2 Rg
Рис.5 Структурная схема
устройства закрытия речевой информации.
Рис.6 Принципиальная схема кодера
В точке а усилителя напряжение приблизительно равно
0, т.к. коэффициент усиления О.У. велико - 105. Для того, чтобы Ua=0
токи через R1 и цепь Rg, C, R приблизительно одинаковы.
Входное сопротивление источника сигнала велико и ток в R1 не протекает.
IR1=Irg,C,R                        (20)
Напряжение на выходе кодера:
         (21)
Ток I в формуле (21) при условии
(20):
I=Uвх/R1                                                        (22)
Перепишем выражение (21) с учетом (22)
 (23)
рис. 7 
Принципиальная схема декодера
Для схемы на рис.7      Напряжение на входе, при Ua=0
  (24)
Решив уравнение (16) относительно I
получим зависимость:
I=F(Uвх.дек)                    (25)
Выходное напряжение на выходе декодера рис. 7   :
Uвых.дек=R1F(Uвх.дек)=R1I             (26)
Выходным напряжением декодера является напряжение
кодера:
Uвх.дек= Uвых.дек.
Таким образом схема рис. 7  Решает
обратную задачу нахождения тока от значения формул (25) и (26).
На основании формул (22) и (26) выходное напряжение
декодера:
Расчет параметров микрофонного усилителя
Выберем микрофон типа МД-62. Микрофон имеет
параметры:
Диапазон рабочих частот:                           120-10000 Гц
Номинальное сопротивление нагрузки:      250 Ом
Чувствительность:                                                 88
Дб
Определим напряжение на нагрузке:
88Дб=80Дб+8Дб=6,31*10-3
Мощность в нагрузке:
Определим коэффициент усиления микрофонного
усилителя для нормальной работы кодера. Напряжение на входе кодера Uвх=0-1.1
В.
Используем схему с двумя каскадами усиления, построенных
на ОУ:
К=К1К2=100×50=5000
Схема усилителя приведена на рис. 8
Рис. 8 
Принципиальная схема микрофонного усилителя
В данном усилителе применим ОУ типа КР140УД14 (л3)
Сопротивление R1 определяется из условия
согласования микрофона (номинальное сопротивление нагрузки)
R1=250 Ом
Сопротивление R2 определяется из
коэффициента усиления каскада:
R2=K×R1=100×250=25
кОм.
Сопротивление R3:
Номинальный ток нагрузки КР140УД14 Iн=20
мА;
Максимальное входное напряжение микросхемы Uмах=13
В;
Сопротивление в цепи нагрузки - R4
Сопротивление R5 при К=50
R5=K×R4=50×620=31 кОм
Ближайшее сопротивление 30 кОм
Сопротивление R6 = 620 Ом.
Для декодерного блока рис.     Микрофонный усилитель будет иметь такую же принципиальную
схему, но в цепи обратной связи включают переменное сопротивление. Переменное
сопротивление служит для изменения коэффициента усиления микрофонного усилителя
декодера, чтобы получить уровень входных сигналов 0.082 В на входе декодера.
Расчет усилителя низкой частоты
Выберем громкоговоритель типа 0.5 ГД-11 с
параметрами: (Л2)
Полоса рабочих частот:                               150 ¸ 7000 Гц;
Сопротивление звуковой катушки :            5 Ом;
Размеры:                                                      102-50
мм;
Масса:                                                          150
гр.
В качестве усилителя НЧ применим микросхему К174УН7
(Л3). Ее параметры:
Рвых ³ 4.5 Вт на нагрузке 4 Ом при
напряжении питания 15 В. Схема включения микросхемы приведена на рис. 9    . Выходная мощность усилителя регулируется
потенциометром R1.
Конденсаторы:
С1 = 100 пФ; С2 = 500 пФ; С3 = 100 пФ = С5;
С4 = 2700 пФ; С6 = 510 пФ; С7 = 0.1 мкф; С8 = 100
пФ.
Сопротивления:
R1 = R3 = 100 Ом; R2 =
56 Ом; R4 = 1
Ом; R5 = 4 Ом.
 
Рис. 9 
Усилитель мощности К174УН7  схема
электрическая, принципиальная.
Аннотация
В данной работе требовалось сконструировать
устройство для кодирования и декодирования сигнала по принципу амплитудно -
фазового преобразования.
Данное (разработанная нами устройство) полностью
отвечает данным требованиям. В частности прибор может быть подключен к
телефонной линии и исключить возможность подслушивания телефонного разговора
третьими лицами. У этого прибора - большое будущее т.к. многие деловые люди
могут заинтересоваться данной разработкой.
Литература
1.
Амплитудно
- фазовая конверсия /Крылов Г.М., Пруслин В.З., Богатырев Е.А. и др. Под ред.
Г.М. Крылова. - М.: Связь, 1979.-256 с., ил.
2.
Бодиловский
В.Г., Смирнова М.А. Справочник молодого радиста. Изд. 3-е переработ. И доп.
М.,»Высшая школа», 1975 г.
3.
Цифровые
и интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л.Н.Ниссельсон,
В.И.Кулешова и др.; под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990.-496
с. Ил.
4.
Фолкенбери
Л.М. Применение операционных усилителей/ под ред. Гальперина, 1985 - 572 с.
Приложение 1
Программа расчета коэффициента
передачи
кодера с АФК на операционном
усилителе.
1 REM KODER AFK
10 R1=
20 R3=
30 R4=
40 C1=
50 F=
60 WC1=
70 FOR U=0.001 TO
0.11 STEP 0.01
80 RD=26E-3*R1/U
90 K0=R3/R1
100 A=RG+R4
110 B=1/WC1
120 C=RG+R3+R4
130
K=K0*SQR((A^2+B^2)/(C^2+B^2))
140
FK=ATN(B/C)-ATN(B/A)
150 PRINT K; TAB 17;
FK
160 NEXT U

© 2011 Рефераты