Этап II

Этап I

Порядок выполнения лабораторной работы

Исследование модулированных сигналов

Схема объекта исследования приведена на рис. 2.1.

Рис. 9. Схема исследуемой системы связи

Сигнал , вырабатываемый источником, как правило, не может эффективно передаваться по системам связи. В таких случаях для передачи первичного сигнала выбирается сигнал, хорошо передающийся по каналам связи, параметры которого меняются в зависимости от первичного сигнала.

Чаще всего в качестве вторичного сигнала выбирается гармонический сигнал . Кроме того, такой способ позволяет передавать по одному каналу связи сразу несколько первичных сигналов.

Запустить программу TIPSlab4.exe. Интерфейс программы приведен на рисунке 10 .

Далее ввести сообщение . Исследовать влияние выбора алфавита кодера на вид сообщения кодера и длину его блока .

Выбирая различные символы исходного сообщения , изучить соответствие сигнала , последовательности с выхода кодера длинной символов вторичного алфавита.

Рассмотреть соответствие сигнала его спектральному представлению.

Исследовать различные виды модуляции первичного сигнала. Параметры несущего сигнала выбираются по заданию преподавателя.

Выбрать оптимальное значение коэффициента модуляции, для всех рассмотренных видов модуляции, считая типичным передаваемую последовательность символов первичного источника.

Сделать выводы об оптимальном виде модуляции для сообщений данного типа.

Пример, выполнения первого этапа лабораторной работы приведен на рис. 11.

Рис. 11. Исследование видов модуляции сигналов на программе TIPSlab4.exe

Построить в пакете MatLab сигналы их спектры, аналогичные полученным в программе TIPSlab4.exe.

Построить графики исходного и модулированного сигналов. Для примера на рис. 12 приведены графики прямоугольного сигнала и сигнала с амплитудной модуляцией.

Рассчитать спектры сигналов. Для этого необходимо воспользоваться функцией вычисления быстрого преобразования Фурье (БПФ) – fft().

Формат вызова функции:

, где – массив вещественных чисел длинной элементов. Функция возвращает массив комплексных чисел, организацию которых иллюстрирует рис. 13.

Рис. 12. Исходный сигнал и сигнал с амплитудной модуляцией

а

б в

Рис. 13. Иллюстрация к расчету спектра с помощью БПФ

а – ожидаемый вид спектра, б – форма вычисленного с помощью БПФ,

в – хранение отсчетов спектра после выполнения функции fft()

Функция БПФ возвращает комплексных точек спектра. Число соответствует числу точек исходного сигнала и должно равняться . Однако, в силу специфики работы БПФ данный массив имеет особенности организации представленные на рис. 13. Ожидаемый нами спектр сигнала (рис. 13,а) записывается в массив по кругу (рис. 13,б), при этом постоянная составляющая и гармоника частоты с номером складываются и записываются дважды. Кроме того, в каждом отсчете значений спектра сигнала полученного с помощью БПФ будет присутствовать множитель равный .

Таким образом, для построения вещественной части сигнала необходимо:

1. разделить все отсчеты спектра полученного с помощью функции БПФ на :

2. разделить нулевую и последнюю спектральные составляющие на 2: ;

3. получить вещественную часть спектра ;

4. вывести первые отсчетов спектра .

Результат выполнения данных операция для сигналов, представленных на рис. 12 показан на рис. 14.

а б

Рис. 14. Спектр исходного (а) и спектр сигнала с амплитудной модуляцией (б)

Внешний вид спектров, представленных на рис. 11 и рис. 14 отличаются. В программе лабораторной работы TIPSlab2 предлагается, что сигнал является периодическим.

Для построения сигналов с балансными видами модуляции Вам придется составить сигнал из спектральных составляющих в соответствии с рис. 15. Для этого необходимо обнулить одну из половин спектра сигнала с амплитудной модуляцией.

Формула для восстановления сигнала по его спектру может быть записана следующим образом:

,

где функция – возвращает аргумент комплексного числа. Кроме того, в формуле используется: – время анализа (в лабораторной работе предполагается 1 мс.; – номер спектральной составляющей, так как нумерация элементов в массиве MatLab осуществляется с , то в формуле используется значение .

а б

Рис. 15. Спектры сигналов с верхней (а) и нижней (б) балансным модуляциями

Рис. 16. Схема формирования сигналов с балансной модуляцией

Контрольные вопросы

1. Каков алгоритм оптимального когерентного приема точно известных сигналов ?

2. Какие сигналы и почему являются наилучшими при оптимальном когерентном приеме ?

3. Почему системы с абсолютной ФМ не нашли применения в технике связи ?

4. Почему в системах связи с ОФМ нет явления “обратной работы”?

5. В чем заключается принцип работы системы с ОФМ ?

6. Почему помехоустойчивость систем с ОФМ ниже, чем для систем с абсолютной ФМ ?

7. Как работают схемы выделения опорного напряжения ?

8. Почему вероятность ошибки в методе сравнения полярностей меньше, чем в методе сравнения фаз ?

9.Какой процесс формирования сигнала называют модуляцией?

10.Какие виды дискретной модуляции вы знаете? Дайте им краткую характеристику.

11.Какую функцию выполняет демодулятор сигнала и как это осуществляется при дискретных видах модуляции?

12.Что понимают под термином «Когерентный приём»? Что необходимо знать для организации когерентной обработки сигналов?

13.Какие линейные фильтры называют согласованными, каковы их основные свойства?

14.В чём заключается различие в понятиях «Согласованный линейный фильтр», «Оптимальный линейный фильтр»?

15.Как характеризуется помехоустойчивость приема дискретных сигналов?

16.Какие сигналы называют ортогональными?

17.Что означает понятие квазиортогональности?

18.Какие сигналы называют противоположными?

19.Почему помехоустойчивость приема ортогональных сигналов ниже чем противоположных?

20.Для чего необходимо знать моменты прихода элементарных сигналов при их обработке?

21.Объясните в чем заключается «Байесовский критерий» различения сигналов?

22.В чем заключается «Критерий идеального наблюдателя», применяемый при распознавании двоичных сигналов?

23.В чем заключается «Критерий максимального правдоподобия», используемый при распознавании двоичных сигналов?

24.Что называют отношением правдоподобия?

25.Что представляет собой корреляционный интеграл и какую роль он играет в задачах различения дискретных сигналов?

26.От чего и как зависит точность статистической оценки вероятности повторяющихся независимых событий?

27.Изобразите функциональную схему корреляционного оптимального приемника дискретных двоичных ФМ - сигналов и объясните принцип его действия.

28.Изобразите функциональную схему согласованного оптимального приемника дискретных двоичных ФМ – сигналов и объясните принцип его действия.

29.Каким должно быть значение порогового напряжения различения двоичных радиосигналов с фазовой модуляцией и почему?

30.Как статистически оценивается вероятность повторяющихся независимых случайных событий? От чего зависит погрешность этой оценки?

31. Какое шумовое напряжение называют «белым шумом» и почему?

32. Какую роль играет интегратор в оптимальном корреляционном приемнике?

33. Почему фазовая манипуляция не получила широкого распространения в системах связи?

34. Что называют режимом «обратной работы демодулятора», почему он возникает?

35. В чем заключается относительная фазовая манипуляция и почему демодулятор ОФМ свободен от явления «обратной работы»?

36. Приведите алгоритм работы оптимального демодулятора и его функциональную схему для ОФМ.

37. Объясните почему и как отличаются помехоустойчивости радиосигналов с ФМ и ОФМ.

38. Как формируется опорное гармоническое колебание при демодуляции ФМ – радиосигнала и чем обусловлена неопределенность его начальной фазы?

39. В чем заключается относительное кодирование? Приведите алгоритм и соответствующую функциональную схему кодера.

40. В чем заключается относительное декодирование? Приведите алгоритм и соответствующую функциональную схему декодера.

41. За счет чего происходит размножение ошибок в канале радиосвязи, использующим двоичную ОФМ?

42. Как статистически оценивается вероятность символьных ошибок?