Отчет по лабораторной работе №2 по РСПИ (Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование помехоустойчивости радиосистем передачи информации»)

IIDМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования2имени Н.Э. Баумана»11«Московский государственный технический университет(МГТУ им. Н.Э. Баумана)ФАКУЛЬТЕТ «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА» (РЛ)КАФЕДРА «РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА» (РЛ-1)Отчет по лабораторной работе №2«Исследование помехоустойчивостирадиосистем передачи информации»Выполнил:студент группы РЛ1-92Исаев И.Д.Проверил:Сенин А.И.Москва, 2018IIDЦель работы – теоретическое и экспериментальное исследование11помехоустойчивости радиосистем передачи информации.2Задача 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.1.Экспериментальная частьЭкспериментальная установка состоит из персонального компьютера ипрограммного обеспечения.

Исследование характеристик системы передачидискретной информации проводится путем математического моделированияустройств формирования и обработки сигналов, а также непрерывного какаласвязи. Непрерывный канал связи в общем виде содержит элементы, вносящиечастотные и нелинейные искажения, аддитивный шум и мультипликационнуюпомеху. На входе канала формируется полезный сигнал в соответствии свыбранным видом модуляции.

Демодулятор представляет собой оптимальныйприемник.Рисунок 1 – Схема корреляционного приемникаПрограммноеобеспечениепозволяетполучитьвременноепредставление сигналов в различных точках канала и демодулятора.Программа позволяет строить графики для различных видов сигналов. Подграфиками подразумеваются: временной вид сигнала, вероятностныехарактеристики, виды сигнала после перемножителя и интегратора приналичии помех и искажений в канале.2IIDПрактическая часть112.2Рисунок 2 – Сигнал ФМ-2 с белым шумомРисунок 3 – Сигнал ФМ-2 с рэлеевскими замираниями и с гармоническойпомехой с фазой 30°311IID2Рисунок 4 – Сигнал ФМ-2 с рэлеевскими замираниями и с гармоническойпомехой с фазой 45°Рисунок 5 – Сигнал ФМ-2 с рэлеевскими замираниями и с гармоническойпомехой с фазой 60°411IID2Рисунок 6 – Сигнал ФМ-4 с белым шумомРисунок 7 – Сигнал ФМ-4 с рэлеевскими замираниями и гармоническойпомехой с фазой 30°511IID2Рисунок 8 – Сигнал ФМ-4 с рэлеевскими замираниями и гармоническойпомехой с фазой 45°Рисунок 9 – Сигнал ФМ-4 с рэлеевскими замираниями и гармоническойпомехой с фазой 60°611IID2Рисунок 10 – Сигнал ФМ-4с с белым шумом, рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 30°Рисунок 11 – Сигнал ФМ-4с с белым шумом, рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 45°711IID2Рисунок 12 – Сигнал ФМ-4с с белым шумом, рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 60°Рисунок 13 – Сигнал ФМ-8 с белым шумом, рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 30°811IID2Рисунок 14 – Сигнал ФМ-8 с белым шумом, рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 45°Рисунок 14 – Сигнал ФМ-8 с белым шумом, рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 60°911IID2Рисунок 14 – Сигнал АФМ-8 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 30°Рисунок 15 – Сигнал АФМ-8 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 45°1011IID2Рисунок 16 – Сигнал АФМ-8 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 60°Рисунок 17 – Сигнал ФМ-16 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 30°1111IID2Рисунок 18 – Сигнал ФМ-16 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 45°Рисунок 19 – Сигнал ФМ-16 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 60°1211IID2Рисунок 20 – Сигнал АФМ-16 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 30°Рисунок 21– Сигнал АФМ-16 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 45°1311IID2Рисунок 22 – Сигнал АФМ-16 с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 60°Рисунок 23 – Сигнал ММС с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 30°1411IID2Рисунок 24 – Сигнал ММС с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 45°Рисунок 25 – Сигнал ММС с белым шумом, с рэлеевскими замираниями игармонической помехой с фазой 60°15Сформулируйте задачу различениясигналов.21.11IIDКонтрольные вопросыПусть колебание на входе приёмника является суммой помехи и одногоиз сигналовреализации2.,,…,.

Задача состоит в том, чтобы по принятойв условиях помех решить, какой из сигналов был принят.Поясните алгоритм работы оптимального демодуляторадетерминированных сигналов при когерентном и некогерентном методахприема.Демодулятор представляет собой оптимальный приемник, содержащийкорреляторов и схему выбора максимума. В случае некогерентногонакопления принятый сигнал разбивается на квадратуры и высчитываетсякорреляционный интеграл от обоих квадратур.

Далее идет усреднение сигналапо фазовой составляющей: корень от суммы квадратов действующей имнимой части сигнала поступает в схему накопления. Для когерентнойобработки необходимо обеспечить фазовую синхронизацию приемника сгенератором сигнала передатчика, так как принцип когерентной обработкитребует учитывать информацию о начальной фазе принятого сигнала.3.Как найти вероятность ошибки в двоичных РСПИ?Вероятность ошибки при двоичной передаче и когерентном приеме= 1 − Ф √1 − ∙ ℎ ,ошгдеФ=1√2!)"#$*%&$'( ≈ 1 −1√2!#, $ & -⋯ /).При двоичной передаче и некогерентном приеме ортогональныхсигналов 123 = 0 :ош= 0,5#4&&$16IIDВ системах с фазовой модуляцией (ФМ) и противоположными11для устранения "обратной работы", связанной с25 = −1сигналаминеоднозначным определением фазы несущего колебания, используют методыотносительной фазовой модуляции (ОФМ) с когерентной и некогерентнойошобработкой.

В этом случае для когерентного приёмаа для некогерентного приёмаош= 0,5# $6 .&= 2 ,1 − Ф √2 ∙ ℎ /,4.Как найти вероятность ошибки в многопозиционных РСПИ?Длямногопозиционныхсистемпередачиинформациисредняявероятность ошибки находится усреднением по ансамблю сигналов:= 78ошгде8ош2292– вероятность передачи сигнала2ош2,2,– вероятность ошибки при передаче сигнала2.При использовании АФМ-сигналов ее вычисление в общем случаеявляется весьма громоздким. Решение задачи упрощается при большихотношениях сигнал-шум. При этом можно воспользоваться верхней границейдля вероятности ошибкиош:≤7393=:ош3< :.При работе системы в условиях действия гауссовского белого шума содностороннейспектральнойвыраженная через расстояние 'ошплотностью2, 33<2>?вероятность, находится по формуле' 2, 3= 1−Ф@B.A2>?17ошибки,' :, 3≤ 7 C1 − Ф @BD.2>A?392:11ошIIDТогда3=:Используя асимптотическое представление интеграла вероятности,можно записатьош2≈7393=:E & FG ,FH$# IJK:,√2!'83:.Соответственно, средняя вероятность ошибки имеет видош≈ 7729 393=:A2>?E & FG ,FH$# IJK√2!':, 3что дает удовлетворительную точность приРасчеты показывают, что приош8:,< 0,01.≥ 8 системы с АФМ-сигналамиобладают более высокой помехоустойчивостью, чем m-ичные системы сфазовой манипуляцией.

Например, приош= 10$O и= 8 проигрыш всредней энергии системы с фазовой манипуляцией по сравнению с системой,использующей оптимальный ансамбль АФМ сигналов, составляет 1,7 дБ, при= 16 – 4,3 дБ, при= 128 – 13,1 дБ.= 32 – 7,1 дБ, при= 64 – 10,1 дБ, приМногие из известных ансамблей АФМ-сигналов, построенных наоснове треугольной и квадратной сетей, и ансамблей с круговымрасположением сигнальных точек практически обеспечивают одинаковуюпомехоустойчивость. По крайней мере, могут быть построены различныетипы систем АФМ-сигналов, проигрыш которых в средней энергии посравнению с оптимальными системами не будет превышать 0,5 дБ.

Этопозволяет выбирать сигналы, для которых реализация модулятора идемодулятора не вызывает трудностей.18IID5. Сравните помехоустойчивость двоичных и многопозиционных РСПИ.11Для канала с рэлеевскими замираниями и некогерентным приемом ЧМ2сигналов помехоустойчивость определяется какнад,При заданных параметрах= 2допнад,доп&6ср.= 10$ и ℎср = 100 получаем= 0,92.Помехоустойчивость для m-позиционного приема:над,=1− 1−над,.С ростом количества числа ветвей многопозиционного приемапомехоустойчивость будет расти:над,= 0,9936,над,W= 0,9995,над,O= 0,999997.На практике, как правило, используют двух- или трехпозиционныйприем, так как с увеличением каналов выигрыш в помехоустойчивостиуменьшается.6.

Изобразите структурные схемы оптимальных различителей сигналовФМ-2, ФМ-4, ФМ-8.Рисунок 10 – Оптимальный корреляционный различитель ФМ-2 сигналов1911IID2Рисунок 11 – Оптимальный измеритель фазы сигналовДля обеспечения возможности различения сигналов с фазовойманипуляцией необходимо использовать фазовую синхронизацию опорныхсигналов с генератором принимаемых сигналов.7. Изобразите структурные схемы оптимальных различителей сигналовЧМ, АМ, ОФМ при некогерентном приеме.Рисунок 12 – Оптимальный различитель ОФМ сигналов2011IID2Рисунок 12 – Оптимальный корреляционный различитель АМ и ЧМ сигналовРазличие оптимальных различителей для АМ и ЧМ сигналовзаключается в различных опорных сигналах, подаваемых на перемножители.Домашнее заданиеОпределитьсреднюювероятностьошибкиФМсигналовприкогерентном приеме в условиях рэлеевских замираний.Будем рассматривать канал с рэлеевскими замираниями, которыепроявляются в изменении уровня сигнала на входе приемника.

Если скоростьизменения коэффициента передачи канала Y мала по сравнению со скоростьюпередачи посылок, то за время длительности посылки условия приема сигналапрактически не меняются. Однако достоверность принимаемых символовбудет меняться во времени в зависимости от Y. Поэтому можно ввестиусловную вероятность ошибкиошY .

Учитывая, что коэффициент μпринимает случайные значения, качество передачи информации можнозадавать средней вероятностью ошибкипомехоустойчивостинепревышенияошошY ≤доп,Y допустимого значения21ошYи надежностью похарактеризующейдоп .вероятностьIIDОценим, как влияют общие замирания на помехоустойчивость и11надежность для двоичной СПИ. Вероятность ошибки при приеме информацииошкорреляции сигналов:=] ℎ ;. Вид функции ] ℎ ;,2является функцией отношения ℎ = [/>? и коэффициента взаимной,определяетсяспособом обработки сигналов (по условию – когерентная). Среднюювероятность ошибки при медленных общих замираниях можно оценить,ошусредняяY по закону распределения _ Y либо по закону _ ℎ :*ℎ ="ошПрирэлеевских?замиранияхразличимости:*="?2ℎℎср#ош*_ ℎ =?'ℎ − " Ф √2ℎ?2ℎℎср= Ф √2ℎ ⇒ ' = 'Ф √2ℎ =ош−*ℎ =1−"1√2!*"#?= 0,5 −?'a =1√2!*"#?2ℎℎср#6&$ &6ср2ℎℎср##16&$ &6ср√2!6&$ &6ср.2ℎℎср#6&$ &6ср*'ℎ ='ℎ = 1 − " Ф √2ℎ?# $6 ' √2ℎ .&'ℎ ⇒ a = −#*6&$ &6ср.коэффициента2ℎℎср#6&$ &6ср6&$ & ∞∞'a = 1 − a b + " a ' = 1 + Ф √2ℎ # 6ср b −006&$ &6ср $6&#распределениеℎ = " ,1 − Ф √2ℎ /*6&$ &6срℎ _ ℎ 'ℎ.ош?' √2ℎ = 1 − 0,5 −$6&&-6ср&6ср1√2!' √2ℎ = 0,5 −221*"#?√2!*6&$ &6ср $6&"#?#$√ 6&' √2ℎ =∙&-6ср&6ср' √2ℎ ='ℎ.&ℎср' √2ℎ = 0,5 − 0,5e=ℎср + 12&6ср∙Ce &D6ср -11&IID$ℎсрeℎср + 1 -*1= 0,5 −∙" #√2!ℎср ?eℎср + 1√ 6ℎср11= 0,5 C1 − eD = 0,5 C1 − e1 −D ≈ 0,5 C1 − e1 −D=ℎср + 1ℎсрℎср + 11= 0,5 f1 − @1 −Bℎср/g.Формула разложения по биному Ньютона (первые 2 члена):h+iВ соответствии с ней:ошj= hj + khj$ i.1@1 −Bℎср/=1−ℎ = 0,5 f1 − @1 −1.2ℎср11.Bg =2ℎср4ℎсрСписок использованной литературы1.

Информационные технологии в радиотехнических системах: учеб.пособие / под ред. И.Б. Федорова. – Изд. 3-е перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУим. Н.Э. Баумана, 2011. – 846с.23.