Комягин Р.В., Сенин А.И. Исследование помехоустойчивости радиосистем передачи информации (1151924)

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

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 'ГЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТИМ. Н.Э. БАУМАНАР.В. КОМЯГИН, А.И. СЕНИНИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РАДИОСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИИНФОРМАЦИИМетодические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Основы теории итехники радиосистем передачи информации"Москва, 20162ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫЦельработы–теоретическоеиэкспериментальноеисследованиепомехоустойчивости радиосистем передачи информации.Задачи работы – ознакомление с теоретическим материалом по даннымметодическим указаниям, выполнение работы в указанном порядке.Назначение лабораторной работы – углубление теоретических знаний,практических умений и навыков в результате проведения экспериментальныхисследований помехоустойчивости радиосистем передачи информации.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯОбщие сведения о радиосистемах передачи информацииВ цифровых системах передачи информации (СПИ) сообщение передастсясимволами bki, где i = 1, 2, ...

, m - номер кодового символа в алфавите, k - номер символа впоследовательности.Передача символов в непрерывном канале связи (НКС) осуществляется сигналамиSi(t). Преобразование символов bi в сигналы называется модуляцией, а устройство,выполняющее прямое и обратное преобразование, модемом. В НКС последовательностьсигналов S ki (t) искажается (линейные и нелинейные искажения) и на нее накладываютсяпомехи. Принятой реализации z(t) на приемной стороне ставится в соответствиепоследовательность символов bki (демодуляция).Качество передачи информации характеризуется вероятностью ошибки на символили на одну двоичную единицу информации Pош для каналов с постояннымипараметрами; средней вероятностью ошибки Pош и надежностью помехоустойчивостиР( Pош ≤ Pдоп ) для каналов с переменными параметрами, где Pдоп — допустимая вероятностьошибки в канале, Р( Pош ≤ Pдоп ) - вероятность того, что Pош ≤ Pдоп .Для передачи символов по НКС используются энергия Е=РcТ передатчика и полосачастот канала Fk .

Вид модуляции тем эффективнее, чем меньше E и Fk прификсированной вероятности ошибки Pош и скорости передачи R = 1/Т. Для канала с белымшумомшироко2h  E / N 0 è   R / Fk .используютотносительныекритерииэффективностиРазличение двух детерминированных сигналовПусть сигнал на входе приемника имеет видu(t )  s1 (t )  1    s0 (t )  n(t ),где θ — случайная величина, принимающая значения 0 и 1 с вероятностями p0 и p1соответственно; s0 (t ) и s1 (t ) — полезные сигналы с известными параметрами; n(t) —стационарный гауссовский белый шум с нулевым математическим ожиданием икорреляционной функцией Rn () N0().2Оптимальный алгоритм работы различителя сводится к вычислению отношенияправдоподобия l(u)3T E2l (u )  exp   1 u (t ) s1 (t ) dt N 0 N0 0T E2exp   0 u (t ) s0 (t ) dt  , N0 N0 0(1)и сравнению его с порогом p0/p1, где E0 и E1 — энергии сигналов s0(t) и s1(t).

Логарифмотношения правдоподобия описывается формулойTE1  E02u (t )  s1 (t )  s0 (t )  dt.N0N 0 0ln l (u )  Отсюда получаем, что решение принимается в пользу сигнала s1 (t ), еслиTzpE  E02u(t )  s1 (t )  s0 (t )  dt  ln 0  1 C1 .N0 0p1N0(2)Для симметричного канала, когда p0  p1  0, 5 и E0  E1  E , порог C1 равен нулю иалгоритм различения принимает видs1z  0.s0Структурная схема оптимального когерентного приемника состоит из двухкорреляторов, вычитающего и порогового устройств. Корреляторы могут быть замененысогласованными фильтрами с импульсными характеристиками h1 (t )  s1 (T  t ) иh0 (t )  s0 (T  t ) .Средняя вероятность ошибки записывается в видеPош  p0 Pош ( s0 )  p1 Pош ( s1 ),где Pош ( si ) — вероятность ошибки при передаче сигнала si (t ), i  0, 1.При p0  p1  0, 5Pош  0, 5  Pош ( s0 )  Pош ( s1 )  .(4)Условные вероятности Pош ( s0 ) и Pош ( s1 ) определяются через распределения z при наличиисоответственно сигналов s0 (t ) и s1 (t ) следующим образом:Pош ( s0 ) w  z s0  dz;w  z s1  dz.z C1Pош ( s1 ) (5)z C1Нетрудно видеть, что при сигнале s1 (t ) величинаTz  z1 2 s1 (t )  n(t )   s1 (t )  s0 (t )  dtN 0 0распределена по нормальному закону с математическим ожиданием и дисперсиейM  z1 2E(1  rs );N02z1 4E(1  rs ),N0Tгде rs 1s1 (t )s0 (t )dt — коэффициент взаимной корреляции сигналов s1 (t ) и s0 (t ) .E 0Аналогично при сигнале s0 (t ) величинаTz  z0 2 s0 (t )  n(t )  s1 (t )  s0 (t )  dtN 0 0распределена по нормальному закону с математическим ожиданием и дисперсией4M  z0   2E1  rs  ;N02z0 4E1  rs  .N0С учетом соотношений (3)-(5) и распределений w( z1 ) и w( z0 ) имеем0Pош  0, 5   w  z s0  dz   w  z s1  dz  0 E1 1  rs    1   N01  rs h  ,(6)z21где  ( z ) e  t /2 dt — интеграл вероятности;2 h2 E.N0Из формулы (6) видно, что средняя вероятность ошибки зависит не только отэнергии сигнала и спектральной плотности мощности шума, но и от коэффициентавзаимной корреляции между сигналами, т.

е. от используемой системы сигналов.Интеграл вероятности ( z ) является монотонно возрастающей функцией. Поэтому приодном и том же отношении E / N 0 помехоустойчивость системы оказывается тем выше,чем меньше коэффициент взаимной корреляции rs.Поскольку –1 ≤ rs ≤ 1, то наибольшей помехоустойчивостью обладают сигналы скоэффициентом корреляции rs = –1. Они имеют одинаковую форму, но противоположныезнаки и называются противоположными. Для нихPош  1  (7)2 E / N 0  1   ( 2  h).Примером противоположных сигналов являются фазоманипулированные сигналы сманипуляцией фазы на π:s1 (t )  S0 cos 0t;s0 (t )  S0 cos  0 t    ,0 ≤ t ≤T.Меньшей помехоустойчивостью обладают ортогональные сигналы (rs  0).

Для них(8)Pош  1   E / N 0  1   (h).Сигналы при rs  1 являются одинаковыми, т. е. s1 (t )  s0 (t ), и их невозможноразличить. Для них Pош  0, 5.Примером ортогональных сигналов являются фазоманипулированные сигналы сманипуляцией фазы на π/2:s1 (t )  S0 cos 0t;s0 (t )  S0 cos  0t   / 2  ,0 ≤ t ≤ T.Ортогональные сигналы можно получить, используя частотную манипуляцию.Действительно, в этом случаеs1 (t )  S0 cos  1t  1  ;s0 (t )  S0 cos  0t  0  .При 1  0   коэффициент взаимной корреляции между этими сигналами имеетвидrs sin((1  0 )T ) sin((1  0 )T  2)  sin 2.(1  0 )T(1  0 )TПри выполнении условия (1  0 )T  2k , k  1, 2, ..., коэффициент корреляции rsравен нулю и сигналы оказываются ортогональными. На практике параметры 1, 0 и Tвыбирают так, чтобы (ω1- ω2)T>>1. При этом rs  0.5Отметим, что минимальное значение коэффициента взаимной корреляции rs междучастотно-манипулированными сигналами равно 1 /(1, 5).

Оно достигается, когда(1  0 )T  1,5. При этом вероятность ошибки 1, 21E Pош  1    1  N0 1, 21h .Оценим помехоустойчивость системы передачи, использующей амплитудноманипулированные сигналыs1 (t )  S0 cos  0t    ;s0 (t )  0,0 ≤ t ≤ T.Алгоритм различения сигналов в рассматриваемом случае принимает видs1TpE2zu (t )s1 (t )dt  ln 0  C1 .s0 N 0N0 0p1Плотности вероятности w ( z s1 ) и w ( z s0 ) описываются гауссовскими законами спараметрами M  z  2 E / N 0 , 2z  2 E / N 0 и M  z  0, 2z  2 E / N 0 соответственно.При p1  p0  0, 5 средняя вероятность ошибки принимает вид C1Pош  0,5   w  z s1  dz   w  z s0  dz  .C1 Учитывая, что C1  E / N 0 находимPош  1   0, 5 2 E N 0  1   h / 2 .(9)Таким образом, наибольшей потенциальной помехоустойчивостью обладаютфазоманипулированные сигналы.

Они обеспечивают энергетический выигрыш в 2 раза посравнению с частотно-манипулированными сигналами и в 4 раза по сравнению самплитудно-манипулированными сигналами. Частотно-манипулированные сигналыобеспечивают энергетический выигрыш по сравнению с амплитудно-манипулированнымисигналами в 2 раза. Однако следует иметь в виду, что в отличие от фазовой и частотнойманипуляций при амплитудной манипуляции передается только один сигнал. Поэтомуесли исходить из среднеэнергетических затрат, то нетрудно заметить, что системы с АМи ЧМ-сигналами обладают одинаковой помехоустойчивостью.Отметим, что величина 2 E 1  rs  представляет расстояние между сигналами:1/ 2T2 d     s1 (t )  s0 (t )  dt 0.При этом формулу (6) можно записать в видеPош  1   d / 2 N 0 .(10)Из соотношения (10) следует, что при действии в канале гауссовского белого шумавероятность ошибки зависит только от расстояния между сигналами и спектральнойплотности мощности шума.

Этот вывод оказывается справедливым и для случаяразличения m сигналов (m > 2).При высоких требованиях к помехоустойчивости ( Pош  103 ) вероятность ошибкиудобно определять по приближенной формуле:6Pош  h 2 1  rs  exp  ,22 h 2 1  rs 1(11)которая получается при асимптотическом представлении интеграла вероятности:  x  1exp( x 2 / 2)2 x(12).Точность вычислений по формуле (11) составляет не хуже 10 %, если h 2 1  rs   3.Какуказывалосьранее,ФМ-сигналыобеспечиваютнаибольшуюпомехоустойчивость. Тем не менее они практически не используются в системах передачиинформации из-за трудностей реализации демодуляторов, связанных с созданиемопорного колебания, имеющего неизменную начальную фазу.В существующих системах передачи информации опорный сигнал формируется изпринимаемого сигнала.

В системах с фазовой манипуляцией задача затрудняется тем, чтопри равновероятных сигналах в их спектре отсутствует составляющая с частотой несущейи ее невозможно получить методом фильтрации. В этих случаях приходится применятьспособы формирования опорного колебания, основанные на снятии манипуляциипринятого сигнала.

Однако всем им присущ одинаковый недостаток: из-за различныхнеконтролируемых факторов возможны скачки фазы опорного колебания на π, чтоприводит к инвертированию принимаемых символов. Возникает так называемое явление«обратной работы», которое будет продолжаться до следующего скачка фазы.Эффективным средством борьбы с явлением «обратной работы» является применениеметода относительной фазовой модуляции (ОФМ), предложенного впервые Н.Т. Петровичем.Идея метода ОФМ состоит в том, что информация в сигнале определяется не абсолютнымзначением начальной фазы сигнала, как при обычной ФМ, а разностью  начальных фаздвух соседних сигналов: =0, если передается символ 0, =π, если передается символ 1.Формирователь ОФМ-сигнала состоит из относительного кодера (сумматора по mod 2 илинии задержки на время T) и фазового манипулятора (ФМ).

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы