Laboratornaya_1

21

КАНАЛ связи представляет собой линейный сумматор сигнала с выхода модулятора и шумового напряжения n(t). Гнездо «n(t)» предназначено для подачи шумового напряжения (ГШ), расположенного в узле «ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ» базового блока стенда. Он формирует квазибелый шум, имитирующий шум канала связи, в той же полосе частот, в которой расположен спектр модулированных сигналов – (12 - 28) кГц.

«ДЕМОДУЛЯТОР» выполнен по когерентной схеме с двумя каналами. При этом коммутация видов модуляции общая с модулятором. В соответствии с этим эталонные колебания S0 и S1 и пороговые напряжения в контрольных точках стенда изменяются автоматически согласованно со сменой вида модуляции.

Знаками (Х) на функциональной схеме обозначены аналоговые перемножители, выполненные на специализированных ИМС.

Узлы интеграторов выполнены на операционных усилителях. Электронные ключи (на схеме они не показаны) разряжают конденсаторы интеграторов перед началом каждого символа.

Сумматоры («Σ») предназначены для введения пороговых значений напряжений 0,5 Е0, зависящих от энергии эталонных

колебаний S0 и S1.

Решающее устройство «РУ» представляет собой компаратор, сравнивающий напряжения на выходах сумматоров. Само «решение», то есть биты сообщения «0» или «1» в виде соответствующих логических уровней напряжений, подается на выход демодулятора в момент перед окончанием каждого элементарного импульса и сохраняется до принятия следующего «решения». Моменты принятия решения и последующего разряда конденсаторов в интеграторах задаются специальной логической схемой, управляющей электронными коммутаторами и имитирующей работу подсистемы тактовой синхронизации приемной аппаратуры.

При амплитудной манипуляции предусмотрена возможность ручной установки порога принятия решения с целью изучения его влияния на вероятность ошибок в приеме двоичных сигналов. Оценка вероятности ошибки производится в ПК путем подсчета числа ошибок за определенное время анализа. Сами признаки ошибки (в символе или «букве») формируются в специальном узле «КОНТРОЛЬ ОШИБОК», расположенном ниже блока ЦАП. Для визуального контроля ошибок в стенде имеются светодиодные индикаторы.

В качестве измерительных приборов используются двухканальный осциллограф, встроенный вольтметр и персональный компьютер, работающий в режиме подсчета ошибок.

22

6.ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

1.Изучите состав и возможности лабораторного стенда по данному описанию.

2.Изучите основные разделы темы по литературным источникам [1..7] и конспекту лекций.

3.Ознакомьтесь с содержанием лабораторных исследований.

4.Выполните расчет помехоустойчивости когерентного приема двоичных радиосигналов при амплитудной и частотной манипуляции, изменяя отношение сигнал/шум q в пределах от минус 6 до 17 дБ.

5.Результаты расчетов сведите в таблицу и постройте

зависимость вероятности символьной ошибки Р0 от отношения сигнал/шум.

7.ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

7.1. Изучение работы демодулятора при отсутствии помехи

Скоммутировать схему исследуемого демодулятора с источником сигнала в соответствии с рис. 8.

Рис. 8. Структурная схема исследуемой модели системы связи

Тумблерами КОДЕРА – 1 набрать любую двоичную комбинацию из 5 элементов. Ручку регулятора «ПОРОГ - АМ» установить в крайнее левое положение. При этом регулятор порогового напряжения выключен и оно устанавливается автоматически при смене вида модуляции. Тумблер фазировки опорного колебания демодулятора установить в положение «0». Потенциометр установки уровня выходного напряжения генератора шума (ГШ) установить в крайнее левое положение. При этом шумовое напряжение на выходе

23

ГШ отсутствует. Вход внешней синхронизации осциллографа соединить с гнездом С2 в узле «ИСТОЧНИКИ», а усилители вертикального отклонения луча в осциллографе перевести в режим с открытым входом (для наблюдения процессов в контрольных точках исследуемой схемы с постоянной составляющей напряжения).

Амплитудный демодулятор:

а) кнопкой переключения видов модуляции установить вариант «0». Добившись синхронизации изображения на экране осциллографа с процессом, наблюдаемым с помощью первого канала осциллографа, на выходе КОДЕРА–1, зарисовать его временную диаграмму, осуществив при этом измерения амплитуды и временных параметров последовательности кодовых комбинаций, формируемых КОДЕРОМ– 1, при любой структуре выбранной 5-разрядной кодовой комбинации;

б) кнопкой переключения видов модуляции установить амплитудную модуляцию (АМ). При этом в режиме АМ–демодулятора работает нижний канал общей схемы демодулятора, изображенной на рис. 2; с помощью второго канала осциллографа (сохраняя подключение первого канала неизменным) наблюдать временные диаграммы во всех контрольных точках собранной схемы. Зарисовать их согласованными во времени с модулирующим сигналом (на 1-м канале), измерить основные амплитудно-временные параметры, осмыслить характер этих напряжений и их взаимосвязь.

Частотный демодулятор:

в) кнопкой переключения видов модуляции установить частотную модуляцию (ЧМ). При этом в режиме ЧМ-модуляции работают оба канала общей схемы демодулятора, изображенной на рис. 2;

г) выполнить исследование процессов, происходящих в демодуляторе ЧМ так же, как это описано в пункте «б» для АМдемодулятора.

Использование дискретного модулирующего сигнала с выхода АЦП:

д) сохраняя подключение внешней синхронизации осциллографа неизменным, подключить ко входу модулятора вместо КОДЕРА–1 выход АЦП, на вход которого подать напряжение полигармонического сигнала S4 источника, расположенного в узле «ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ». Манипулируя частотой дискретизации (в АЦП), исследовать взаимосвязь всех процессов в модуляторе и демодуляторе с сигналом S4, дать объяснение этим зависимостям. Зарисовать характерные временные диаграммы, согласованными во времени. Аналогично вместо S4 использовать выходное напряжение диапазонного генератора.

24

7.2. Исследование работы демодуляторов в условиях наличия аддитивного шума в составе принимаемого сигнала:

а) подключить вход модулятора к выходу КОДЕРА–1. Кнопкой переключения видов модуляции установить «АМ». Подключение первого канала к выходу КОДЕРА–1 сохранить неизменным. Второй канал осциллографа подключить к выходу демодулятора. Плавно увеличивая потенциометром генератора шума уровень выходного шумового напряжения, добиваться появления редких «сбоев» в сигнале на выходе демодулятора;

б) с помощью осциллографа при средней яркости изображения измерить установленное отношение сигнал/шум. Для этого, последовательно, отключая источник шума, измерить на входе демодулятора размах сигнала (в делениях на экране) – (2а – двойная амплитуда сигнала), а, отключая источник сигнала от входа канала, измерить размах шума (ширину засвеченной шумовой «дорожки») (также в делениях на экране). Он будет примерно равен 6σ, где σ – среднеквадратическое значение шумового напряжения. Найденное отношение q = a/σ есть оценка отношения сигнал/шум по напряжению. Запишите его;

в) наблюдайте с использованием второго канала осциллографа диаграммы напряжений во всех точках исследуемой функциональной схемы.

Отметьте и осмыслите их характерные изменения по сравнению с результатами, полученными в пункте 7.1 для амплитудного демодулятора;

г) для выполнения статистического анализа помехоустойчивости исследуемых видов модуляции и работы когерентных демодуляторов воспользуйтесь персональным компьютером и соответствующей подпрограммой, описанной в разделе 3 «Использование персонального компьютера». При этом на входы А и Б узла подключения персонального компьютера необходимо подать соответственно сигналы ошибок в букве и ошибок в символе от узла «контроль ошибок».

Индикация результатов приема верных и искаженных кодовых комбинаций осуществляется на входном табло стенда «ПРИНЯТО», а также светодиодом «ОШИБКА»;

д) в режимах АМ и ЧМ поочередно оценить вероятности ошибочного приема символов и кодовых комбинаций (слов), изменяя отношение сигнал/шум за время анализа равное 30 секунд. Результаты измерений и расчетов свести в табл. 1 и 2;

25

Таблица 1

Вид модуляции АМ, время анализа 30 с

Число измерений N

Отношение сигнал/шум q

Число ошибок в символе n0

Вероятность

символьной ошибки Р0

Число ошибок в кодовой комбинации n0ш

Вероятность ошибки в кодовой комбинации Р0ш

Таблица 2

Вид модуляции ЧМ, время анализа 30 с

Число измерений N

Отношение сигнал/шум q

Число ошибок в символе n0

Вероятность

символьной ошибки Р0

Число ошибок в кодовой комбинации n0ш

Вероятность ошибки в кодовой комбинации Р0ш

е) в режиме АМ исследовать зависимость вероятности символьной ошибки от порогового напряжения различения сигналов.

26

Для этого в режиме модулятора – АМ потенциометром выходного напряжения ГШ установить его на минимум. С помощью второго канала осциллографа измерить размах напряжения на выходе интегратора АМ – демодулятора Uмах в вольтах.

Составить табл. 3, предусмотрев в ней не менее 7 значений порогового напряжения Uпор.

Таблица 3

Вид модуляции АМ, время анализа 30 с

Отношение сигнал/шум q = …

Потенциометром «ПОРОГ АМ» установить значение порога Uпор = Uмах/2 (измеряя напряжение Е1/2 в контрольной точке демодулятора с помощью вольтметра постоянного напряжения). Увеличить уровень шума в канале до появления редких сбоев. Оценить соответствующее значение отношении сигнал/шум по описанной выше методике и занести его в таблицу. Затем, не меняя уровень шума, оценить вероятность символьной ошибки при этом пороговом напряжении, а затем и при всех остальных значениях Uпор. Построить график зависимости Р0 от Uпор.

Повторить измерения при меньшем (в два раза) значении q. Составить табл. 4, аналогичную табл. 3. Построить график зависимости Р0 от Uпор. Анализируя характер построенных зависимостей и составляя их, сделать выводы.

8. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1.Функциональную схему экспериментальной установки.

2.Результаты домашнего расчета.

3.Согласованные во времени временные диаграммы напряжений и графические зависимости, полученные при выполнении лабораторного задания.

4.Анализ полученных результатов в сравнении с теоретически ожидаемыми и соответствующие выводы.

27

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Какой процесс формирования сигнала называют модуляцией?

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

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

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

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

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

7.Как характеризуется помехоустойчивость приема дискретных сигналов?

8.Какие сигналы называют ортогональными?

9.Что означает понятие квазиортогональности?

10.Какие сигналы называют противоположными?

11.Почему помехоустойчивость приема ортогональных сигналов ниже, чем противоположных?

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

13.Объясните в чем заключается байесовский критерий различения сигналов?

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

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

16.Что называют отношением правдоподобия?

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

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

19.Изобразите функциональную схему корреляционного оптимального приемника дискретных двоичных АМ-сигналов с пассивной паузой и объясните принцип его действия.

20.Изобразите функциональную схему корреляционного оптимального приемника дискретных двоичных ЧМ-сигналов с пассивной паузой и объясните принцип его действия.

21.Изобразите функциональную схему согласованного оптимального приемника дискретных двоичных АМ-сигналов и объясните принцип его действия.

28

22.Изобразите функциональную схему согласованного оптимального приемника дискретных двоичных ЧМ-сигналов

иобъясните принцип его действия.

23.Каким должно быть значение порогового напряжения различения двоичных радиосигналов с амплитудной модуляцией и когерентной демодуляцией и почему?

24.Каким должно быть значение порогового напряжения различения двоичных радиосигналов с частотной модуляцией

икогерентной демодуляцией и почему?

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

26.Почему и как зависит вероятность символьной ошибки приема двоичных АМ-радиосигналов в аддитивной смеси с «белым» шумом от порогового уровня различения сигналов?

27.Каким должен быть оптимальный порог различения двоичных радиосигналов при АМ с пассивной паузой и когерентном приеме и почему?

28.Каким должен быть оптимальный порог различения двоичных радиосигналов с ЧМ при когерентном приеме и почему?

29

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. Изд. 2-е, дополненное и переработанное.− М.: Советское радио, 1972.

2.Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В. и др. Теория передачи сигналов. – М.: Радио и связь, 1986.

3.Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. – М.: Радио и связь, 1998.

4.Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений / Под ред. Л.М. Финка. – М.: Радио и связь, 1981.

5.Пеннин П.И. Системы передачи цифровой информации. – М.: Сов. радио, 1976.

6.Витерби Э.Д. Принципы когерентной связи: Пер с англ. / Под ред. Б.Р. Левина. – М.: Сов. радио, 1970.

7.Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. – М.: Советское радио, 1970.

Алехин Владимир Алексеевич Бессонов Игорь Виталиевич

Руководство к лабораторной работе ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОГЕРЕНТНЫХ ДЕМОДУЛЯТОРОВ АМ- и ЧМ-СИГНАЛОВ

Для студентов специальностей 210304 − Радиоэлектронные системы и 210402 − Средства связи с подвижными объектами

всех форм обучения

ЛР №020565 от 25 июня 1997 г. Подписано к печати Формат 60х841/16. Бумага офсетная.

Офсетная печать. Усл. печ.л. – 2,1. Уч.- изд.л. – 2,0. Заказ № Тираж 200 экз.

«С»

Издательство Технологического института Южного федерального университета ГСП 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44 Типография Технологического института Южного федерального университета ГСП 17А, Таганрог, 28, Энгельса, 1