Диссертация (1090940), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Данныеисследования здесь не приводятся в силу ограниченности объема работы имогут быть найдены через библиографический список.63Выводы по третьему разделуНайдена энергетическая эффективность СШП сигналов с различнойформой спектральной плотности. Доказано, что наименьшие полные энергетические потери среди рассмотренных сигналов имеет сигнал с огибающейспектральной плотности косинусоидальной формы. Показана некорректностьвыбора полосы сигнала с произвольной формой спектральной плотности пофиксированному уровню ослабления относительно максимума (например,минус 3дБ или минус10дБ) в канале с прямоугольной передаточной функцией, поскольку энергетическая эффективность сигналов при этом не будет являться оптимальной с точки зрения предложенного метода оценки.Дополнительно можно уточнить, что:– для любого из рассмотренных сигналов существует оптимальное значениеуровняограничивающего полосу частот спектральной плотности относи-тельно максимального излучения, при котором полные энергетические потери сигнала при прохождении канала с прямоугольной частотной характеристикой минимальны;– при ограничении полосы частот СШП сигнала в канале с прямоугольнойчастотной характеристикой по уровню минус 10 дБ относительно максимального излучения, как установлено на законодательном уровне в настоящее время, полные энергетические потери для гауссовского спектра составляют 2,62 дБ;– при ограничении полосы частот гауссовского спектра в канале с прямоугольной частотной характеристикой по уровню минус 4,26 дБ полные энергетические потери минимальны и составляют 2,01 дБ;– наименьшие полные энергетические потери в канале с прямоугольной частотной характеристикой из рассмотренных сигналов имеет сигнал с огибающей спектральной плотности косинусоидальной формы.

При ограниченииполосы частот СШП сигнала по уровню минус 4,15 дБ относительно макси-64мального излучения, полные энергетические потери для косинусоидальногоспектра составляют 1,7 дБ, что на 0,95 дБ лучше по сравнению со гауссовским спектром при его ограничении по уровню минус 10 дБ относительномаксимального излучения;– сигналы с прямоугольным спектром наилучшим образом используют выделенную полосу частот.

Они позволяют передать через канал на 32% энергиибольше, по сравнению с косинусоидальным спектром при ограничении егополосы частот по уровню минус 4,15 дБ относительно максимального излучения.Результаты третьего раздела отражены в публикациях [59, 69, 72].654 НОВЫЙ ВИД СИГНАЛОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВСШП ИМПУЛЬСНЫХ РСПИВ четвёртом разделе работы предложен новый вид сигналов, рекомендуемый для использования в СШП импульсных РСПИ, по причине их наилучшей энергетической эффективности, в непрерывном канале с ограниченнойполосой частот, а также равномерным в полосе и постоянным во временимодулем передаточной функции; исследованы некоторые их свойства.Форма предложенного сигнала во временной области найдена империческим путём и описывается законом:(84)где– масштабный коэффициент,– показатель степени радикала.Форма сигналов во временной и частотной области для некоторыхказана на рис. 30 и 31 соответственно.,,66по-Рисунок 30 Временная форма предложенных сигналовСвойства предложенных сигналов.1.

Два сигнала (84) являются ортогональными, если временной сдвигмежду ними соответствует условию.2. При передаче информации множеством сигналов (84) моменты отсчётов, когда снимается информация, можно выбрать таким образом, чтобы ониотстояли друг от друга на интервале( – скорость передачи информа-ции), где воздействие соседних импульсов не проявляется.

Данное свойствоговорит о соответствии сигналов (10) первому условию Найквиста.3. Присигнал (10) удовлетворяет одновременно и второму усло-вию Найквиста, поскольку для такого сигнала вне интервалацентром в точке отсчёта) имеют место нули приа его значение при удалении на, где(с,от точки отсчёта составляет половинумаксимального значения (рис. 30).,,Рисунок 31 Частотная форма предложенных сигналов67Предложенные сигналы обладают наилучшей энергетической эффективностью (таблица 11) среди рассмотренных ранее сигналов [раздел 3].Очевидно (рис. 30), что с ростомэнергетические потери сигнала (46) будутуменьшаться, стремясь к нулю.Таблица 11Энергетические потери СШП излучения при использовании новых сигналовФункция огибающей, дБспектральной плотно- ПотеристиСигнал (5) приСигнал (5) приСигнал (5) приСигнал (5) приEL , дБ–1–3@– 10– 0,66– 0,40– 0,39 @  -3,22 – 0,42– 0,98– 0,57– 0,56 @  -4,06 – 0,61– 1,61– 0,94– 0,93 @  -3,67 – 1,25– 2,36– 1,44– 1,41 @  -3,89 – 1,99Рисунк 32 Предложенный сигнал приудовлетворяющий условиям Найквиста,Рисунок 33 Форма сигналовsin(x)/x,предложенный сигналОсобенностью предложенных сигналов является уменьшение скоростиизменения сигнала при пересечении оси абсцисс (рис.

33). Данная особен-68ность говорит о расширении горизонтального раскрыва глазковой диаграммы(рис. 34б).Действительно, если рассматривать предложенный сигнал прив срав-нении с сигналом, описываемом функцией sin(x)/x при их косинусоидальномсглаживании с коэффициентом сглаживания, то по уровню 0.95 от ам-плитудного значения глазковая диаграмма предложенного сигнала в последовательности длиной 15 бит из 28 комбинаций оказывается в 2,1 раза шире(рис. 12). Данное обстоятельство говорит о снижении требований к тактовойсинхронизации по меньшей мере в 2,1 раза при восстановлении переданногосигнала, при той же вероятности ошибки на бит, в случаеРисунок 34а Глазковая диаграмма сигнала Рисунок 34б Глазковая диаграмма предложенного сигналапри r=1при r=1691.1A2АмплитудаАмплитуда1.11.00.9A11.00.92t12t20.832Время230.832Время23Рисунок 35а Увеличенная глазковая диа- Рисунок 35б Увеличенная глазковая диаграмма рис.

34аграмма рис. 34биспользования предложенного сигнала.Энергетическая эффективность сигналов, для которых построены глазковые диаграммы рис. 35а и 35б, приведена в таблице 12.Таблица 12Сравнение энергетических потерь СШП излучения, дБСигнал@, при r=1, при r=102– 0,64– 1,2–1,84 @ –4,21– 0,68– 1,2–1,88 @ –4,1914-13-2-3-15-1070-5-30Рисунок 36 Энергетические потери СШП излучения предложенных сигналовпри; 2 при; 3 при; 4 приРис.

36 показывает сравнительный график энергетических потерь СШПизлучения для предложенных сигналов, а рис. 37 – помехоустойчивостьСШП импульсной радиосистемы передачи данных при двоичной фазовойманипуляции передаваемых сигналов. График 37 получен методом математического моделирования СШП импульсного канала передачи при наличииаддитивного белого гауссовского шума в системе Matlab, ошибка моделирования составляет ±0,2дБ.красная кривая – теоретический предел; синяя кривая – моделирование для сигнала видачёрная кривая – предложенный сигнал при;; зелёная кривая – предложенный сигнал присиняя кривая – предложенный сигнал при; жёлтая кривая – предложенный сигнал приРисунок 37 Помехоустойчивость СШП импульсной радиосистемы передачиданных при двоичной фазовой манипуляции передаваемых сигналовВыводы по четвертому разделу71;.Таким образом, в четвёртом разделе предложен новый вид сигналов дляиспользования в СШП импульсной РСПИ. Показано, что предложенные сигналы обладают наилучшей энергетической эффективностью среди рассмотренных сигналов, которая растет с увеличением показателя степени радикала.

При передаче высокоскоростной информации непрерывной последовательностью перекрывающихся сигналов вида, требованияк точности тактовой синхронизации при допустимом отклонении амплитудысигнала 5 % при восстановлении передаваемой информации могут быть снижены в 2,1 раз, в сравнении с сигналами, используемыми в настоящее время всистемах с OFDM, огибающая которых во временной области изменяется позакону, при косинусоидальном сглаживании их спектра с коэффици-ентом сглаживания единица и одинаковой энергетической эффективности. Вопросы реализации предложенных сигналов рассмотрены в экспериментальном разделе.725. ЭКСПЕРИМЕНТВ экспериментальном разделе приведён анализ современной элементнойбазы, предложены варианты реализации системы СШП импульсной радиосвязи, приведены результаты испытаний разработанных систем различногоназначения, согласно предложенным вариантам, целью которых являласьпроверка работоспособности системы на максимальной дальности связи врежиме измерения вероятности ошибки на бит и в режиме приёма-передачицифрового видео потока, а также определение взаимной ЭМС между разработанной системой связи и выборочными УП радиосистемами.5.1 Формирование сигналов, огибающая которых во временнойобласти изменяется по закону модуля sin(x)/хПолосовые сигналы, не смотря на необычность временной формы,найдут широкое применение в СШП радиосистемах по причине эффективного использования спектра радиочастот, а также возможности построения ортогонального базиса СШП сигналов.Как сказано в [60], в современных радиоэлектронных комплексах выборсигналов диктуется, прежде всего, не техническими удобствами их генерирования, преобразования и приёма, а возможностью оптимального решения задач, предусмотренных при проектировании системы, тем не менее, сложность формирования или обработки предлагаемых СШП сигналов может являться сдерживающим фактором на пути развития системы по техническойили экономической точке зрения.Например, аналоговый полосовой сигнал с огибающей во временной области, изменяющейся по закону sin(x)/x, может быть сформирован методомпрямого цифрового синтеза (Direct Digital Synthesis) [67, 68], который пред-73полагает использование высокоскоростного, а поэтому дорогостоящего наданный момент, цифроаналогового преобразования.Альтернативный способ формирования полосового сигнала применён вописанной ниже системе СШП радиосвязи.Упрощённая блок-схема системы СШП радиосвязи приведена на Рисунке 37.ПотребительПЛИСЦСПSin(x)/xмодулятор/демодуляторОбработкаРисунок 37 – Блок-схема системы СШП радиосвязиОсобенность данной структуры заключается в реализации sin(x)/х модема, фактически представляющего собой скоростной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), формирующего сигнал с огибающей сложной формы,полоса которого соизмерима с максимальной рабочей частотой программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), о чём подана заявка наизобретение [97].Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к схемамформирования сигналов произвольной, сложной формы, а также малой длительности методом цифро-аналогового преобразования и может быть использованоприпроектированиивысокоскоростныхмодулято-ров/демодуляторов радиотехнических систем проводной и беспроводнойцифровой передачи данных.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении скорости преобразования цифро-аналогового преобразователя. Другой технический результат состоит в создании цифро-аналогового преобразователя, более точно представляющегоформу аналогового сигнала, в данном случае сигнала вида sin(x)/x. Указанные результаты касаются реализации ЦАП на основе обычных (широко рас-74пространённых, дешёвых и потребляющих небольшую мощность) микросхемПЛИС с одной из известных резистивных матриц или их комбинаций на выходе ПЛИС.Заявленный технический результат достигается за счёт создания специальной цифровой структуры, реализованной на основе ПЛИС, являющейсяцифровой частью ЦАП, и применения нового метода управления ею.Сущность изобретения заключается методе реализации такого ЦАП,среднеквадратическое отклонение формы сигнала, на выходе которого в несколько раз меньше по сравнению со среднеквадратическим отклонениемформы сигнала на выходе обычного ЦАП, реализованного и управляемогосогласно общеизвестным принципам.

Характеристики

Список файлов диссертации