Книга: Метода для курсовой работы по Большову

Файлы скачаны со студенческого портала для студенты "Baumanki.net"

Файлы представлены исключительно для ознакомления

Не забывайте, что Вы можете зарабатывать, выкладывая свои файлы на сайт

Оценивайте свой ВУЗ в различных голосованиях, в том числе в досье на преподавателей!

Распознанный текст из изображения:

Авторы-составители: В. А. Вейцель, А. И. Куприянов,

М. И. Жодзишский

Методические указания к курсовому проекту «Радиолинии с цифровой передачей информации» / Авт.-сост.: Вейцель В. А., Куприянов А. И., 5Кодзишский М, И. — М.: МАИ, 1987. — 22 с.

Изложен рекомендуемый порядок выполнения курсового проекта «Радиолинии с цифровой передачей информации». Рассмотрены общие методы теоретического расчета, а также возможности имитационного моделирования на основе имеющейся системы автоматизированного проектирования.

Приведен пример типового задания и порядок расчета базового варианта радиолинии с проверкой путем имитационного моделирования.

Рассмотрена задача планирования машинного эксперимента. Дана оценка возможных причин расхождения результатов расчета и моделирования. Указана необходимая литература.

Рецензенты: В. П. Орешкин, И. В. Поваляева

© Московский авиациоииый ииститут, 1087 г'.

!. ОЬЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТЕ

Курсовой проект по курсу «Теория и проектирование радио систем управления и передачи информации» может выполняться по нескольким различным темам. Одна из них посвящена функциональ ному проектированию радиолинии с цифровой передачей информа цни между наземным пунктом управления и бортом летательного аппарата.

Курсовой проект строится на основе сочетания теоретического анализа и расчетов по упрощенным формулам с имитационным моделированием на ЦВМ, для которого в основном используется готовое программное обеспечение и частично специально написанные и отлаженные студентом программы.

В исходных данных к проекту задаются характеристики пунктов передачи и приема информации, параметры и количество передавае мой информации, характеристики помех, возможности имеющейся аппаратуры. В результате проектирования должны быть выбраны пе оговоренные в задании элементы структуры радиолинии, методы кодирования и декодирования, параметры модуляции радиосигнала, способы его выделения и обработки в радиоканале, установлены технические требования к вспомогательным системам радиолпггии. Имитационное моделирование является одним из основных этапов проекта. Моделируются предварительно отобранные варианты решений, которые согласно теоретическим приближенным оценкам могут удовлетворить поставленным требованиям.

Созданная для курсового проекта по данной теме универсальная модель радиолинии с условным названием «Информация» может оыть использована в стандартном и нестандартном режпмах. В первом случае модель радиолинии собирается только из готовых модулей. Во втором — пользователь может вводить в нее свои программы, чтобы моделировать новые, не предусмотренные заранее варианты.

В стандартном режиме модель радиолинин позволяет имитировать сообщение в виде случайного или периодического процесса, осуществлять его дискретизацию н квантование, кодировать сообщение выбранным кодом, формировать радиосигналы с модуляцией

Распознанный текст из изображения:

КИМ-ФМ, КИМ-ЛМ, КИМ-ЧМ, КИМ-ОФМ и др., формировать приемный тракт с синхронным, амплитудным, частотным и авто- корреляционным детектированием при разных видах додетекторной и последетекторной обработки. вводить помехи как аддитивные (шумовые, импульсные и гармонические), так и модулиру1ощие, в том числе и поступающие из вспомогательных систем синхронизации. Имеется возможность имитировать различные способы посимвольного приема с коррекцией ошибок символов и прием в цело!~ кодовых слов. Блок оценки верности сравнивает принятое и переда!- пое сообщение и отмечает ошибки. Блок статистики позволяет подсчитать вероятность неправильно принятых символов, сообщений, а также вероятность обнаруженных, но неисправленных ошибок. Модель управляется с помощью «головной программы», которую составляет и отлаживает пользователь.

При работе в нестандартном режиме пользователь, кроме головной программы, может составить свои оригинальные подпрограммы. описывающие работу отдельных блоков радиоканала, либо действие каких-либо помех, либо работу блоков, определяющих непредусмотренные стандартным режимом характеристики принятых сообщений. Следует снабдить эти подпрограммы определенными именами и обеспечить в них некоторые ограничения по входным и выходным параметрам. Тогда модель автоматически включит их в свою структуру, заменив ими соответствующий стандартный вариант. При этом все остальные элементы радиолинии будут по-прежнему набираться из готовых модулей.

Проектирование, основанное на непосредственном использовании пмптационнои модели, выглядит следующим образом. Вначале путем теоретического анализа, аналогий и упрощенных расчетов составляется первичный (б а з о в ы й) вариант радиолинии. Этот вариант набирается на модели, проводится машинныи эксперимент, в результате которого определя1отся показатели качества передачи информации. Если эти показатели не удовлетворяют требованиям технического задания, проектировщик вносит изменения в первичный вариант. Модель помогает определить направление поиска. Для ->того мож!!О, например, последовательно искг!1Очать действу!ощис и!!мехи, чтобы найти наиболее Опасную помеху. Тогда можно будет применить соответствующие средства, которыми располагает радиотехника для борьбы именно с этим видом помехи. Если первичный вариант дает показатели значительно лучше требуемых, следует попытаться сэкономить ресурсы на передачу информации — время, мощность, полосу занимаемых частот — или упростить некоторые блоки радполинии. Таким образом, проектирование идет в режиме диалога человека и машины.

Иначе выглядит процесс проектирования в тех случаях, когда в техническом задании поставлены весьма высокие требования на

з Остонср!!(!с'!'! ! !О1!Од!!'!!! 1! !!формац1!!!. Дс!!О в том, что О'1с!!ь малые вероятности ошноок (порядка 10 ' и меньше) практическ!! Певозм05к!1О Оценить с пОмОщью имитационн01! модели, поскольку для этого потребуется слишком большое время машинного эксперпмс пта (см. ~ 7) . Такие м;!лые вероят!Иост!! Приходится оцепив;! гь только р нечетным путем, Как правило, за !Исклн1чением самь!х !!ростых случаев, расчет удается довести ДО конц» только н результате ряда допущений и приближений. Оценить же, насколько справеДливы эти Допущени51 и к каким ошибкам в оцепке Они могут цривестн, теоретически обычно невозможно. Поэтому, если нельзя воспользоваться готовыми результатами предыдущих исследований, необходимо в начале проектирования разрабатывать методику расчета для оценки вероятностей ошибок. Эту методику !!роверяют с помощью имитационной модели для таких условий, прп которых Оцениваемые вероятности пе очень малы (для модели «Информация» — не менее 5 10 '). Убедившись, что допущения, лежащие в основе расчетных формул, не приводят к существенным искажениям результатов, можно переходить непосредственно к выбору параметров радиолинии. При этом для оценки получающихся вероятностей ошибок пользуются уже только расчетными методами.

Проект выполняется, главным образом, на основе материала, который содержится в учебных пособиях, приведенных в списке рекомендованной литературы. Возможно, при проектировании потребуется обратиться не только к указанным здесь работам, но и к пособиям, рекомендованным по другим дисциплинам учебного плана, которые преподавались на предыдущих семестрах. Кроме того, по отдельным вопросам может быть привлечен материал из монографий и статей журналов.

~~ 2, ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Задание на проектирование состоит пз восьми разделов, опреде- .1;яющих внешние условия работы ради!!линии и требования, которым она дол5кна удовлетворять.

1. Характеристики пунктов передачи и приема информации.

2. Источник сообщения и характеристики передаваемой информ;! ции.

3 Требования к количеству и качеству информации, принятой в сеансе связи.

4, Характеристики имеющейся аппаратуры и ограни !сп!!я и:! !! роект радиолинии.

5. Внецгние воздействия и помехи.

6 Заданные технические решения,

Распознанный текст из изображения:

1. ! СЕ!11)ЕО-ЭЕО!1ОМНЧССЕ!!Е Х;1Р!11тТС~)НС!Н!СН Н~)О!ОТННс) ~)с)Ы!!О-

линии.

8. Реше!<Ия, которые должны быть приняты в результате проектирования.

Пример задания на проектирование радиолинии

с цифровой передачей информации «Борт ИСЗ—

наземный пункт управления»

Ма

. Максимальная дальность связи — 1000 км. Длительность

связи — 8

ИСЗ в

— 800 с. Закон движения передающего пункта (на борту

СЗ) в сеансе точно известен. Его антенна ориентирована произ-

вольно, в сеансе ориентация не изменяется. Приемный пункт во

время сеанса неподвижен "'.

2. Ист н

. Источники сообщении выдают дискретные отсчеты практиче-

ски нормальных случайных процессов с динамическим диапазоном

+ 3 В, в диапазоне частот от 0 до 0,25 Гц.

3 Допустимая ошибка квантования — не более 7о7е. Вероятность

ошибки при приеме одного отсчета сообщения — не более 4 10 '-'.

Допустим пропуск не более 10% переданных отсчетов сообщения.

10-в от

4. Длина рабочей волны — 30 см. Нестабильность генератора—

-)- 2 к

0 ~ от номинала. Для радиолинии отведена полоса частот

5 кГц. Мощность передатчика — не выше 1 Вт. Площадь прием-

ной антенны — не более 0,2 м-'. Передающая антенна ненаправлен-

ная с изменением усиления от 1 до 0,05.

5. На входе приемника действует широкополосный шум с шумо-

вой температурой 1000' К и гармоническая помеха с частотой, отсто-

ящей от несущеи сигнала на 40 Гц, и мощностью 0,6 10 1' Вт,

Амплитуда сигнала замирает почти по закону Релея с временем

корреляции 0,1 с,

1 1'!

6. В бортовом передающем тракте формируется радиосигнал

( М-ФМ и выполняется кодирование ортогональным кодом. Разде-

ление каналов временное, число каналов — 45. Радиолиния не

имеет обратной связи.

7. П

. Прототип проектируемой радиолинии имеет мощность пере-

датчика 0,5 Вт и приемную антенну площадью 0,1 м'-'. Стоимость

радиолинии-прототипа — 10 тыс. р.

8. В результате функционального проектирования необходимо

найти следующие решения:

— определить длительность символа, число символов в кодовом

слове о девнацсцо фазы в модуляторе передатяяаа;

вь)по

В РЯДЕ ЗаДаНИй ДаЛЬНОСТЬ И ДЛИТЕЛ)зНОСТЬ СВЯЗИ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ В РЕЗУЛЬ"

р .у тат<

илнения РГР по «урсу -.Радиосист<е)!ы управления и передачи информац))нф.

— иыбрать способ декодирования и параметры декоднрующего устройства;

— выбрать структуру радиоприемника и его параметры: полосу пропускания высокочастотного тракта, время интегрироваания, динамический диапазон;

— задать мощность передатчика;

— выбрать диаметр зеркала приемной антенны;

— составить ТЗ на систему символьной синхронизации. Указать номинальное положение меток символьной синхронизации относительно начала информационного символа. Задать допустимое отклонение метки из-за помех. Задать постоянную времени системы синхронизации и порог срыва слежения;

— составить ТЗ на систему синхронизации по несущей частоте. Задать допустимую систематическую и случайную ошибки в фазе опорного напряжения синхронного детектора, полосу захвата и постоянную времени системы синхронизации. Дать рекомендации по ее структуре, указать действущую мощность сигнала и параметрь< внешних возмущений;

— выбрать принцип работы системы вхождения в связь по несущей частоте. Задать необходимые для проектируемой радполпнии характеристики этой системы;

— определить о>!сидаемую вероятность ошибки в приеме сообщения и вероятность пропуска сообщения. Сравнить их с требованиями технического задания и сравнить проектируемую раднолинию с идеальной линией связи. Оценить расход полосы частот на передачу <)дной двоичной единицы информации в секунду;

— <)ценить стоимость проектируемой радиолннш!.

~ 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование начинается с анализа задания. Прежде всего, следует уяснить смысл и характер заданных величин: какие величины заданы жестко, какие ограничены в диапазоне и почему; какие из величин являются ресурсами, расход которых надо экономить; КаЕОВЫ ЗаДаННЫЕ ХаРс)!ътЕРИСТИКИ СЛУЧай1!ЫХ ВЕЛИЧИН И ИХ СМЫС)! и т. д. Затем выбирается структура радиолинии. Обычно при курсовом проектировании метод модуляции сигнала и способ кодирования являются заданными. Значит выбирать надо параметры радиосигнала, структуру и параметры приемного тракта, тип и параметры декодирующего устройства так, чтобы обеспечить выполнение требований ТЗ к достоверности информацпн, Эт!! вопросы в достаточной тепенп рассмотрены в ~1; 2; 3; 5].

Следует обратить внимание на расчет вероятности ошибки символа при разных методах модуляции и демодуляции ~2] и на ~.;<с)ет вероятности ошибки прн нр!!еме коррек!!!1зуемого кодов<)го

Распознанный текст из изображения:

сл<гиа ~2]. Необходимо учитывать, что теоретически!! ~)с!с'!с!' н !!~!! стейшем случае преследует цель только самой грубой оценки, которая нуж«'! для зада!!!!я базо~ого вар!!анта при моделирова!!!!и. Поэтому допустимы довольно грубые приближения. Ошибки соседних символов при расчете можно считать независимыми. Оценки вероятности ошибки при приеме в целом можно делать с помо!ць!о теоремы Финка [6, с. 642, 648].

При расчете каналов с сигналом КИМ-АМ влияние АРУ можно не учитывать. Допускается во всех случаях использовать формулы [2], не делая поправки на заданную величину порога в решающей схеме. Действие случайной импульсной помехи можно учесть, приняв, что амплитуда импульсов значительно превышает сигнал, и, следовательно, примерно половина символов, пораженных импульсами помехи, будет принята неправильно, а искажения остальных определяются только шумом. Гармоническую помеху можно заменить шумовой с тои же мощностью на выходе фильтра.

Ошибки декодера, корректирующего символ, принятый с наименьшей достоверностью, приблизительно можно считать такими же, как при приеме в целом [6, с. 656]. При анализе ошибок слож. ного сигнала КИМ-ИВК-ФМ следует считать, что действие шум» на него проявляется так же, как на простой сигнал КИМ-ФМ. Действие гармонической и узкополосной шумовой помехи ослабляется в т раз, где и — число символов ИВК. Частотная характеристика фильтра, согласованного с ИВК, в основном определяется спектром одного элемента ИВК (более подробно в [1, с. 103]).

Оценку стоимости можно выполнить, пользуясь методикой [12, разд. 7].

Поскольку следующим этапом проектирования будет имитационное моделирование, желательно при теоретическом анализе базового варианта опираться на такие технические решения, для которых есть готовое матобеспечение в стандартном пакете универсальной модели. Это сильно упростит работу. К нестандартным вариантам следует обращаться по мере необходимости на боле» поздних этапах.

Далее следует заняться анализом вспомогательных подсистем !АРУ, ФАП и др.), работа которых ранее считалась идеальной. Методика анализа приводится в [1, 2, 3, 5, 6, 9]. Необходимо определить условия, при которых вспомогательная подсистема дает малые ошибки, и задаться примерной величиной этих ошибок. Естественно. потребуется проверить, может ли быть получен нужный ренским при заданных условиях, а значит, и оценить основные параметры подсистемы. В первую очередь следует оценить те показатели подсистем, которые потребуется задать при моделировании Ос!зового варн!!!!т!!. Эт!! Параметрь! укс!за!!ы в [7, ~ 4]

В!прая ~!ас!ь !!Роекта состоит в !!рове1>ке выб1)~!!!!!о~о !!аз!п!!~го варианта радиолинпн с помощью имитацонной модели. Начинать следует с ознакомления с имеющимся матобеспечением. В перву!о очередь это относится к универсальной модели радиолинпп на вычислительном стенде с условным названием «Информац!!я».

Правила пользования моделью описаны в [7]. Сначала необходимо усвоить порядок работы с этой инструкцией, которын изложен в ее первом п !раграфе. Следует также ознакомиться с примером, приведенном в последнем разделе. Остальные разделы [7] слу'ка! только как справочные, обращаются к которым по мере необходимости при выполнении конкретного задания. Важно помнить, что в оглавлении этого пособия указаны все варианты технических решений, модели которых имеются в стандартном пакете программ. Именно их целесообразно в первую очередь применять для базового варианта. В дальнейшем оглавление позволит быстро находить нужные величины для составления головной программы,

Перед моделированием надо провести планирование эксперимента и, прежде всего, назначить объем выборки, чтобы получить достаточно надежные результаты, не загр~чкая вычислительныи стенд излишней работой.

При работе на модели «Информац!!я» в режиме разделения времени в дисплейном классе удобно пользоваться процедурой К081!'!Г01 [7, с. 60].

Подготавливая исходные данные для моделирования, необходимо обратить внимание на то, чтобы все параметры головной программы н данного варианта модели были указаны в соответствии с правилами языка Фортран, Следует помнить, что пропущенные величины в стандартной головной программе автоматически заменяются нулями, поэтому нулевые значения можно не задавать.

В некоторых проектах потребуется моделировать не только основной радиоканал, но и некоторые вспомогательные подсистемы. Для этого можно использовать готовые программные модули, имеющиеся на вычислительном стенде. В [11] и [10] описано использование готовых программ для моделирования системы вхождения в связь по несущей частоте.

~~ 4. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА. ЗАЩИТА ПРОЕКТА

Защита проекта проводится в виде дискуссии. В качествс оппонентов выступают члены комиссии, принимающие проект. Студент обяза!! доказ~~~, что проект основ;!и на дос~ато~но наас'кных расчетах и элементы радиоли!!ип выбраны таким образ..м, что

Распознанный текст из изображения:

их упрощение или удешевление невозможно без изменения требов-'1- ний технического задания.

Необходимо пояснить, прн каких условиях справедливы формулы, использованные в теоретических расчетах, и показать, что этн условия выполнены в данном конкретном случае. Это означает, что надо не просто воспользоваться готовыми формулами из учебника, но посмотреть и их вывод, обратить внимание на приближения и допущения, принятые в процессе доказательства. Потребуется объяснить причины расхождения расчетов и результатов моделирования. Для этого необходимо разобраться в используемь~х алгоритмах готовой модели, понять, какие явления, не учитываемые теоретическими формулами, отражены в модели. Возможно, конечно, и обратное — теория учитывает какой-то фактор, не отображенный при моделировании. Разумеется, результаты расчета и моделирования точно никогда не совпадают. Однако, если они различаютси на порядок, это настораживает и заставляет проверить, нет лн грубых ошибок в расчетах или в модели.

Описание используемых имитационных моделей приведено В учебном пособии [8] . Следует внимательно изучить те из них, которые применялись в Вашем проекте. При этом полезно ответить и'.1 вопрос, что и каким образом надо будет изменить в алгоритме и случае новых условий работы канала, например если в приемном тракте вместо интегратора применить фильтр нижних частот, и т. п. Необходимо обратить внимание на методы моделирования высокочастотных процессов, а также на способы повышения быстродействия вычислительной процедуры на алгоритмическом уровне.

Защита проекта должна показать, что Вы не просто взяли первые пспавшиеся технические решения, а просмотрели альтернативные варианты, выбрав из них наилучший, особое внимание при этом обращая на то, насколько экономно расходуются «ограниченные» ресурсы — время, энергия, мощность, полоса частот, стоимость аппаратуры и др. Поскольку моделирование основано на статистическом эксперименте, необходимо оценивать статистическую достоверность полученных результатов, исходя из объема взятой выборки.

Пояснительная записка должна содержать техническое задапне, расчет базового вариант;1, определение исходных данных для ег! моделирования, результаты моделированпя как базового Варианта, так и всех последующиих модернизаций. В записке необходимо об ьяснить расхождение в результатах расчета и эксперимента и В заключение дать ответы на вонрось1, поставленные в разделе 8 технического задания.

При оформлении записки необходимо выполнять требования ГОСТ 32 — 81.

10

5. ПРИМЕР РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ БАЗОВОГО ВАРИАНТА РАДИОЛ ИНИИ

Рассмотрим возможный порядок расчета базового нарианти

радиолинии для задания, приведенного в качестве примера в ~ 3

данного пособия

1. Определяем число уровней квантования А1„.„, необходимое

для получения ошибки квантования не более 7п~п:

1

Ƅ, = — + 1 = 15,3.

0,07

Округляя, берем А'„„= 16. Ортогональный код для 16 уровней

,,ол>кен иметь "' 16 символов [8, $ 3~.

2. Находим минимальную необходимую частоту опроса Р„нр

датчика сообщения с полосой О...Р„, при временном разделении

каналов. например, из условия

Р,н ~ 5Г„„

где Р,„= 0,25 Гц, т. е.

Р„„р= 1,25 Гц11лп Т,,= — =08 с,

~ опр

В кадр должно уложиться 45 кодоВых слОВ (по числу канал«в), н еще 5 кодовых слов оставим для передачи сигнала кадровой синхронизации. Итого 50 кодовых слов по 16 символов в каждом, Прн времени кадра 0,8 с, это дает длительность символа Т, = 10 ' с.

3. Определяем вероятность ошибки символа. Допустим что применяется посимвольный прием как более простой. Сигнал с выхода приемника в решающей схеме сравнивается с нулевым порогом. 16-разрядный ортогональный код имеет кодовое расстояние, равное 8, и, следовательно, может исправлять одно-, двух- н трехкратные ошибки [2~. Четырехкратные ошибки только обнару~киваются, но достоверно не исправляются. Замечаем, что в модели «Информация» имеется стандартный модуль для 1!ужного декодера [7, ~ 9. 1~. Этот декодер исправляет принятую запрещенную кодовую комбинацию на ближайшее к ней разрешенное кодовое слово. При наличии четырехкратной ошибки декодер фиксирует «Отказ от декодирования» (или «Пропуск сообщения»).

Вероятность четырехкратной ошибки в 16-разрядном кодовом слове, согласно [2, с. 319], будет опоеделяться так:

р„... = С",вР ~1 —,0)'-',

где С4в =182!1; р — вероятность ошибки символа.

' В и т е р б и Э. Д. Принципы ногерентной связи. — М.: Сов. радио,

)Ч71). — 285 с.

Распознанный текст из изображения:

Формула справедлива, осли ошиоки символов счнтак)тся независимыми Декодер выдает правильное решение, если ошибок нет или их кратность пе больше трех. Поэтому вероятность правильного решения

р„„, = (1 — р)"'+ С),р(1 — р)" + С'-.р'(1 — р) ' )- С"гр'(1 — — р)", где С'„. =- 16; С;-',. = 120; С'„= 560. Вероятность ошибочного декодирования

Рош Рправ Рпвоп. В техническом задании допускается: р, = 4 10 — '-' н рпр,п — 0,1.

Подбирая величину р, находим, что при р=0,12 будет рпр,п — —.8 10 — ~ и р, =-3,8 10 ~. Эти величины соответствуют требованиям ТЗ.

Поэтому будем считать, что р, равная 0,12, является допустимой величиной.

4. Находим энергетическое отношение, обеспечивающее требуемую вероятность. Типовой приемный тракт для сигнала КИМ-ФМ описан в [2~. Эта схема осуществляет оптимальное выделение символа на фоне белого шума, Вероятность ошибки при распознавании одиночного символа для сигнала, замирающего по закону Релея, согласно [2], определяется как р=05 ) — — '

)с~

)/2 + ('И где )1.- "— Отношение энергии сигнала на один символ к «нект1гальной плотности мощности !пума. Для сигнала К1ЛМ-ФМ с девиацией фазы -+ 90" -,. = [/2 [2, с. 223~. Полагая р =-0,12, находим 1!2 = 1,36.

5. Оцениваем имеющиеся эпергетические потери. Требуемо« энергетическое отношение /1э можно обеспечить, если учесть, что в радиоканале будут дополнительные потери. Можно считать, что энергетическое отношение определяется как )! = —, а Рсэ Тсэ

(7п)э 1д):- Р... 7'„а, 6пп, —:)1)вив;1,)1ентн11е зна))енп)1 «Оответсгвенно м )щно«тп сигнала, длительности символа, спектральной плотности шумя, изл!ененные с учетом имеющихся потерь.

5. 1. Определим потери мощности сигнала. В проектируемой радиолинии необходимо получить синхронное опорное напряжение дл!! Детск п11)О11а!111)1, Сн( тсыя ![);1:)оной;11)топ!)д!"! ~)()Й кн дг) )1/кн!1

работать по гармош1ке на несущей частоте, Это гаранп1рует нас ))1 неожиданного перехода в режим «обратной работы» [5, с 233~, к которому весьма чувствителен сигнал КИМ-ФМ. Гармоника на несущей частоте всегда присутствует в сигнале КИМ-ФМ, если девиация фазы меньше 90' [5, с. 245~. Возьмем девиацию 0= 60'. Тогда потери мощности в информационном канале определяются множителем з!и'! ) =0,75.

Дополнительные потери могут появиться из-за ошибки в фазе спорного напряжения, что уменьшает коэффициент передачи детектора по сигналу. Если допустить, что ошибка составляет 10", то потери мощности будут определяться множителем сов'10'=0)97. Следовательно,

Р„= Р, 0,75 0,97,

где Р, — мощность сигнала на входе приемника.

5.2. Согласно ТЗ в радиолинии действует не только широкополосный шум со спектральной плотностью 1,38 10 'з 10' Вт/Гц, но и гармоническая помеха. Помеха расстроена по частоте на 40 Гц. При времени интегрирования 10 ' с (эквивалентная полоса порядка 1 кГц) ослаблением помехи в интеграторе практически можно пренебречь.

Заменим гармоническую помеху равным ей по мощности шумом на выходе интегратора. Для этого на входе придется добавить шум со спектральной плотностью 6„, которая находится из условия

где Р,— мощность гармонической помехи.

Подставляя союда Р„= 0,6 1О-!7 Вт и принимая 7'„= О,8 10 ' « (см. п 5. 3), полУчаем бп = 0,48 10 ".о Вт/Гц. Следователь))О, полная эквивалентная спектральная плотность помехи будет

б,„э = 0,48 10-"-П+ 1, 18.10 — 'З 11!1 = 1,86 10-'0 Вт!ГЦ.

Теперь можно определить мощность сигнала, которая долж)1я быть на входе приемника, чтобы обеспечить требуемое энергетическое отношение:

0,75 0,97 0,8РоТо

1,86 10-'"

)т куда

Р, = 4,35 10-" Вт при Т, = 1О-' с.

5. 3. Потери из-за неполного использования длительности символа (Г„< Т,) в основном связаны с ошибками системы символьной синхронизации. Для определения величины потерь оценим возмож- 111)е о111ибкп синхронизации. Возьмем з;1 основу систему сннхроннза-

И

Распознанный текст из изображения:

цпп, )эассмотренну1о в ~3, с. 1д]. Для нес получена оценочная формула среднеквадратичной ошибки временной метки ~- в виде (в ооозначениях данного пособия)

4 Р,.;.,

где Т,, — величина, обратная тактовой частоте (1,,~Р, ь' ~3]); Р„, —— эквивалентная мощность сигнала с учетом потерь (Р,л,. в [3]); О, — эквивалентная спектральная плотность шума; —., — эквивалентная постоянная времени следящей системы синхронизации.

Подставляя сюда найденные выше значения О, и Р„п полагая, что должно выполняться условие; 'Т, '- 0,1, находим -., ) 4 10 " с. Так как в нашем случае для синхронизации используется информационная последовательность символов [5], то система символьной синхронизации должна работать в более тяжелых условиях, чем в [3], где для этой цели применяется специальный синхросигнал. Поэтому возьмем постоянную времени, на порядок большую, чем вытекает из формулы, выведенной в [3], и примем;, —— 5 1О-' с.

Чтобы уменьшить влияние ошибок символьной синхронизации, несколько уменьшим время интегрирования, оставив в начале и конце каждого символа так называемые «защитные» интервалы [6, с. 579], по величине равные среднеквадратичной ошибке а При этом будет использоваться 80% длительности симВОла (что было учтено выше, когда мы приняли Т„= О,8 Т,.).

5.4. Проверим, может ли быть получена требуемая мощность сигнала Р, при условиях, оговоренных в техническом задании. Необходимая для этого мощность передатчика Р„,р определяется как [4, с. 112]

Р 4-,.Р'

~1~э!

1 ~пср$1~~ .

где Р— дальность; 0„,,,— усиление передающей антенны; 5,ч, п,лощадь приемной антенны.

Величина Р и наихудшее значение О„,,„так же, как максимально ,лопустимая площадь 5,л., заданы в ТЗ. Коэффициент дополнительного ослабления «, связанный главным образом с поглощением радиоволн в атмосфере, примем, например, равным 0,1 [4, с. 115]. Тогда для найденного значения Р, получим Р„„р —— Г!,55 Вт. Эта величина удовлетворяет ТЗ.

5.5. Теперь, объединяя техническое задание и результаты расчетов, определим исходные данные моделирования базового варианта радиолинии.

Согласно заданию, через радиолинню передаются последовательно сообщения различных источников, которые можно считать независимыми. Модель «Информация» позволяет имитировать единый результирующий поток сообщений. По-видимому, наиболее близкой к реальности в данном случае будет последовательность независимых отсчетов нормального случайного процесса, квантованных на 16 уровнеп. Кодирование, согласно ТЗ, выполняется ортогональным двоичным кодом. В передатчике формируется радиосигнал КИМ-ФМ с девиацией фазы 60'. Длительность символов 10-' с (частота следования 1000 Гц). Амплитуда сигнала замирает по закону Релея с временем корреляции 0,1 с. На входе приемника действует широкополосный шум с отношением средней мощности сигнала к спектральнои плотности шума

Кроме того, имеется гармоническая помеха, расстроенная па 40 1 и от несущеп частоты сигнала, с мощностью 0,6 10 ~' Вт, что составляет примерно 15% от средней мощности полезного сигнала.

В приемном тракте сигнал усиливается, детектируется синхроп ным детектором, и выделенные символы интегрируются, Интегратор символов в номинальном режиме начинает интегрирование через О,! 1О-' с после начала символа и заканчивает за О, ! 10"' с до его окончания. Флуктуации метки символьной синхронизации могут иметь среднеквадратичную величину 10-' с, что составляет 0,1 длины символа. Время корреляции этих флуктуаций примерно совпадает с постоянной времени следящей системы синхронизации и, следовательно, равно 0,05 с. Плотность вероятностей можно принять нормальной.

Опорное напряжение для синхронного детектора получается с помощью системы ФАП. Флуктуации фазы опорного напряжения, выделяемого из сигнала КИМ-ФМ, практически нормальны с дисперсиеи .-„', которая, согласно [5, с. 238], будет

— +~д~! — (,

2 ~шэ

Р,соз~Й 2

где Д~ — шумовая полоса ФАП.

11одставляя сюда найденные выше значения величин 6 „Р, Т,, О и полагая, что можно допустить:„= 10', находим ~~„= 10 Гц, откуда следует, что время корреляции флуктуаций фазы в опорном напряжении будет порядка 0,1 с.

Моделирование варианта радиоканала с подобными параметрами рассмотрено в качестве примера в ~ 10 пособия [7]

Распознанный текст из изображения:

6. ПЛАНИРОВАНИЕ МАШИННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

В результате имитационного моделирования мы получаем значения относительных частот некоторых событий (ошибок символов, ошибок слов, отказов от декодирования), которые принимаются в качестве оценок соответствующих вероятностей. Если при эксперименте проведено > »', независимых испытаний и событие Л имело место прн а испытаниях, то оценка вероятности р получается как

л

П

~ А

М,

Прп конечных значениях М„, и величина р случайна. Ее математи-

А

ческое о'кидание совпадает с истинным значением вероятности события Л. При М, —, - оценка рл асимптотическн нормальна с дисперсией

>А( >А)

и„

(2)

В эксперименте мы имеем дело всегда с конечной выборкой. Поэтому формулы эти надо рассматривать как приблизительные. Они справедливы при выполнении соотношения

(3)

М„р (1 — у~„) «9.

Г1ланирование машинного эксперимента, прежде всего, состоит в правильном назначении числа испытаний У. Чем больше Ж, тем точнее будет оценка вероятности. Однако при этом увеличивается время машинного эксперимента, которое всегда необходимо экономить. Фактическое значение Й ~ У„ и зависит от условий эксперимента.

Пусть, например, речь идет об оценке вероятности ошибки символа. Если по условиям эксперимента можно считать, что ошибки символов независимы, то прохождение каждого символа дает одно независимое испытание, н число символов в выборке й, = У. Тогда, задав в головной программе число М, соответствующее полному количеству кодовых слов ~7], и число Й5, соответствующее количеству двоичных символов в кодовом слове, мы тем самым задали У„= (М) (У5) . Однако не во всех случаях ошибки символов будут »езавис»мы. Ипо>да в приемном тракте действуют медленноменяю-

>ц»сс» м<>чулнрун>щ»с номсх», в»смя к»»»с»»ц»» > > »»1>Ь>л сушил > вепно больше длительности символа. Прп этом случайно возникшие неблагоприятные условия приема подействуют сразу на многие следующие друг за другом символы, а следовательно, и ошибки оудут появляться «пачками». В рассматриваемой модели подобные явления связаны, прежде всего, с замираниями амплитуды сигл>ала, флуктуациямн символьной синхронизации и фазы опорного напряжения синхронного детектора. В результате число независимых испытаний может оказаться значительно меньшим, чем число символов.

Г1риблизительно (с запасом в сторону большей надел'>4ск тп) «таких случаях можно о»ределить величп»у Л>, к:>к

̄— — — ",

~к

где 7,— полное время эксперимента; =,— время корреляции самого медленного из действующих в рад~олинии возмущений.

Покажем, как исходя из приведенных соотношений можно спланировать машинный эксперимент для задания, рассмотренного в виде примера в предыдущих параграфах.

Расчет вероятности ошибки символа в ~ 5 дал величину р = 0,12. Для выполнения условий (3) потребуется иметь М„= 85. Самое медленное возмущение в данном случае — замирание амплитуды сигнала с временем корреляции ..„. = 0,1 с Следовательно, весь эксперимент должен продолжаться не менее Т, = 0,1.':;85 =8,5 с. Поскольку длительность символа взята 10-' с, за это время пройдет У = 8500 символов или 531 кодовое слово по 16 символов в каждом. Таким образом, для получения хорошей оценки вероятности ошибки символа в эксперименте следует задать М ~~ 531.

Если исходить из оценки других интересующих нас событий— ошибок слов или отказов от декодирсвання, получим другие величины. Так, для ошибок слов р, = 0,038 аналогично найдем М)~ 1700. Для отказов р„р„— 0,08 получим М 762. Очевидно, если мы проводим единый эксперимент для оценки всех трех вероятностей, надо задать наибольшее из трех значений М (в данном случае М= 1700).

Необходимо подчеркнуть, что в целях экономии машинного времени полный эксперимент с большим объемом выборки, обеспечивающим хорошую точность оценки, стоит проводить только один раз для моделирования окончательно выбранного варианта радио- линии. Для промежуточных вариантов, проверяемых в процессе проектирования, надо брать меныиие выборки, достаточные только для грубои прикидки.

,'~ 434

Распознанный текст из изображения:

7, АНАЛИЗ ПРИЧИН РАСХОЖДЕНИЯ РЕЗУЛЬТА'1'ОВ

РАСЧЕТА И МОДЕЛИРОВАНИЯ. ВОЗМОЖНЫЕ

НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ БАЗОВОГО ВАРИАНТА

Расчеты, проведенные при выборе базового варианта радио- линии в ~ 5, дали следующие показатели достоверности приема информации:

вероятность ошибки символа — 0,12;

вероятность отказа от декодирования — 0,08;

вероятность ошибки кодового слова 1сообщення) — 0,038.

В результате моделирования того же варианта [7, ~ 10] получены следующие оценки достоверности:

вероятность ошибки символа — 0,139;

вероятность ошибки кодового слова — 0,068;

вероятность отказа от декодирования — 0,162.

При моделировании была взята выборка М = — 500 кодовых слон, что соответствует длительности сеанса 8 с.

Как видим, результаты расчета и моделирования различны, причем показатели, полученные при моделировании, не соответствуют требованиям ТЗ.

Оценим точность статистического эксперимента при моделировании, учитывая количество независимых испытаний в данном эксперименте Н, = 80 [7, ~ 10]. Для определения близости относительной частогы появления события к вероятности его появления исполл зуем формулу (2) нз ~ 6. Тогда получим следующие оценки резуль татов моделирования:

вероятность ошибки символа равна 0,139+ 0,038 или примерно от 0,10 до 0,17 [с вероятностью 0,68);

вероятность ошибки кодового слова равна 0,068+0,028 плн примерно от 0,04 до 0,096;

вероятность отказа от декодирования равна 0,162+ 0,04 нлн примерно от 0,12 до 0,2.

Полученные числа показывают, что ограниченность выборки, скорее всего, не является единственной причиной расхождения результатов расчета и эксперимента.

Анализируя методику расчета вероятности ошибки символа н модель радиоканала, описанную в [7, ~ 4] и [8, ~ 2], отмечаем следующие различия:

— при расчете гармоническая помеха заменялась нормальным шумом с той же мощностью. Однако при этом не учитывался иной закон распределения вероятностей помехи, а следовательно, допускалась ошибка. Прп моделировании имитировалось совместное воздей твин нормального шума и гармонической помехи;

-- в расчете мы нрснебрсглц ошибками, свазапнымн с флуктуацнями метки символьнои синхронизации, полагая, что защитные интервалы в достаточной степени компенсируют их влияние В действительности компенсация никогда не будет полной, и это учитывает использованная модель;

— уменьшение коэффициента передачи синхронного детектора из-за ошибок в фазе опорного напряжения в расчете было оценено приблизительно. Фактически фаза случайно меняется, что также у ги ты в а ется моделью;

— расчет вероятностей ошибок кодового слова и отказов от декодирования делался в предположении независимости ошибок соседних символов. Как уже отмечалось, при заданных условиях это допущение нельзя считать справедливым. В работе имитационной модели действие медленных возмущений проявляется по сути так же, как при натурном эксперименте. Поэтому модель правильно учитывает статистику возникающих ошибок.

Таким образом, подводя итог, можно утверждать, что полученные результаты моделирования ближе к действительности, чем расчет. В данном случае это означает, что базовый вариант радио- линии не удовлетворяет требованиям ТЗ, и, следовательно, его надо модернизировать.

Целесообразные направления модернизации должен определить проектировщик. Что может быть предложено в данном конкретном случае? Например, можно увеличить мощность передатчика, поскольку ТЗ это еще допускает. Правда, такое решение заметно увеличит стоимость радиолинни [12]. Можно попробовать заменить посимвольный прием на прием в целом кодовых слов. Это должно уменьшить действие шумовой помехи, а возможно, и влияние ошибок синхронизации. Другие пути заключаются в уменьшении потерь энергии сигнала в основном тракте. Правда, при этом возрастут требования к системам синхронизации. Эффективность подобных мер можно проверить на универсальной модели, внося изменения в базовый вариант по очереди или совместно. Получив приемлемый вариант, полезно еще проверить, не будет ли портить результаты явление срыва слежения в системах автоподстройки. Такое сомнение в данном случае вполне обоснованно, поскольку сигнал сильно замирает, Модель «Информация» позволяет провести такую проверку [7, ~ 7, 8]. С помощью модели можно подобрать приемлемый порог срыва слежения и показатели инерционности захвата и срыва. Соответствующие данные войдут в технические условия на проектирование подсистем синхронизации. Требуемый динамический диапазон приемного тракта также можно установить с помоью модели, обратившись к [7, ~ 4], где изложены правила вызова модели радиоканала с ограничителем. Используя эту модель„можно подобрать приемлемый порог ограничителя,

~Ф

Распознанный текст из изображения:

3;1.1У М Е~" !Си, 11:14 О ЖС1!1!1>111:1! !1.'С !в ! !Г1~)ЯД(11С !1~)ОС К Г! ! ~)(1И "11! П >!

является обязательным. Студенту предоставляется право предлагать свои варианты технических решений в режиме диалога с ЦВМ,

обосновывая пх целесообразность.

Л И'!'ЕРАТУРЛ

1. Б е р ез и и Л. В,, В ей цель В, А. Теория и проектирование радиосистем. — М.: Сов. радио, 1977.

2. П е и и н П. И. Системы передачи цифровой информации, — М.: Сов

радио, 1976.

8. В е й це л ь В. А., Б е р е з ин Л. В. Проектирование командно-измеря.

тельной раднолинпи системы управления летательным аппаратом.— М.: МАИ.

1984.

4. Основы радиоуправления / Березин Л. В., Вейцель В. А., Волковский С. А

и др.; Под ред. Вейцеля В. А. и Типугина В. Н. — М.: Сов. радио, 1973,

5. Радиосистемы передачи информации / Тепляков И. М., Рощин Б. В., Фомин А. И., Вейцель В. А. — М.: Радио и связь, 1982.

6. Ф и н к Л. М. Теория передачи дискретных сообщений. — М.: Сов. радио.

! 970,

7. В е й ц ел ь В. А., Н у ж н о в С. С. Автоматизированная модель радиолпнпп с цифровой передачей информации: Руководство пользователя. — М.: МАИ, 1985.

8. В е й и е л ь В. А. Имитационное моделирование радиолииий с цифровой

передачей информации. — М.: МАИ, 1986.

9. Вейцель В. А., Жодзишский М. И. Цифровые системы вхожде.

нпя в связь в когерентных радиолинпях комплексов ЛА, — М.: МАИ, 1980.

1О Вейцель В. А., Жодзишский М. И. Методические указания к

; втоматнзированному проектированию цифровых систем вхождения в связь в когерснтных радиолиниях комплексов ЛА. — М.: МАИ, 1980.

11 Описание библиотеки прикладных программ по моделированию н обработке радиосигналов: Метод. указания / Под ред. Вейцеля В. А. — М.: МАИ, 1979

12. Г у т к и н Л. С. Проектирование радиосистем и радиоустройств, — М.:

Радио и связь, 1986.

21

Распознанный текст из изображения:

МИНИСТЕРСТВО

ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

МОСКОВСКИЙ

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

АВ11АЦ11ОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРД)КОНИКИДЗЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

„РАДИОЛИНИИ С ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

ИНФОРМАЦИИ"

Утверждено

на заседании редсовета

22 мая 1986 г.

МОСКВА 1937