Содержание отчета
Постановка задачи.
По данным табл. 1, учитывая свой индивидуальный вариант, определить величину (6).
Определить величину по (4) и (5).
Найти величину
по (1) и (2).Определить время спада
(3).Построить полученный модулирующий импульс и определить величину его длительности на уровне
(сравнить с величиной
).Сделать выводы по данной лабораторной работе.
ТАБЛИЦА 1. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ
Литература
Окунь Е.Л. Радиопередающие устройства. изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для техникумов.-М.: Сов. радио, 1973.-400 с.
Проектирование радиопередатчиков. Учеб. Пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др. Под ред. В.В. Шахгильдяна.-4-е изд. перераб. и доп.-М.: Радио и связь, 2000.-656с.
Лабораторная работа №8 формирование шумоподобных сигналов (шпс)
Цель работы: изучить способы формирования шумоподобных сигналов (ШПС), их типы и основные характеристики этих сложных сигналов.
При подготовке к выполнению данной работы необходимо повторить: простые и сложные сигналы: база сигналов; разновидности шумоподобных сигналов (ШПС); схемы РПУ для ШПС с ФМ и ШПС с ЧМ; преимущества и недостатки ШПС; код Баркера; схема для формирования кодов Баркера; автокорреляционные (взаимокорреляционные) и спектральные характеристики ШПС, включая кодовые последовательности Баркера. Данные материалы изложены в конспекте лекций по курсу и в специальной литературе [1, с. 5-25; с. 28-38; с. 44-49].
Контрольные вопросы
Что такое «база сигналов» и что она характеризует? Чем простые сигналы отличаются от сложных?
В чём состоят преимущества сложных сигналов?
Изобразите структурную схему формирования ШПС с ФМ и эпюры напряжений, которые поясняют ее работу.
Изобразите структурную схему формирования ШПС с ЧМ и эпюры напряжений, которые поясняют ее работу.
Что такое частотно-временная матрица ШПС?
Каким образом формируется последовательности Баркера? Поясните это на эпюрах напряжений.
В чём преимущества и недостатки ШПС с использованием кодов Баркера?
Что характеризует автокорреляционная функция кодовой последовательности (на примере кодов Баркера)?
Что характеризует взаимокорреляционная функция кодовой последовательности (на примере кодов Баркера)?
Что такое энергетический спектр сигналов? Что он характеризует?
Почему сложные сигналы (
)
часто называют шумоподобными? Из-за
каких свойств они похожи на шум?
Методические указания
Шумоподобными
сигналами (ШПС) называются такие сигналы,
у которых произведение ширины
энергетического спектра
на длительность
на много больше единицы. Это произведение
называется базой сигнала и обозначается
,
то есть:
У
ШПС
.
ШПС иногда называют сложными в отличие
от простых сигналов с
.
ШПС получили применение в широкополосных
системах связи, в командных радиолиниях
систем и комплексов радиоуправления,
в системах радионавигации, в радиолокации
и т.д. Это произошло потому, что ШПС имеют
ряд преимуществ перед простыми сигналами,
которые заключаются в следующем:
высокая помехоустойчивость;
скрытность систем с использованием ШПС;
возможность функционирования множества ШПС в одном частотном диапазоне;
возможность использования ШПС для борьбы с многолучевостью реальных каналов передачи информации;
обеспечивают минимальные СКО при изменении координат подвижных объектов;
обеспечивают хорошую электромагнитную совместимость при работе в одной полосе частот как с другими ШПС так и с простыми сигналами;
легко формируются в цифровом виде.
Широкополосные системы связи с ШПС в зависимости от назначения, тактико-технических характеристик, базы ШПС, элементной базы могут быть построены по различным схемам. Остановимся на некоторых структурных схемах РПУ с ШПС.
Н
А
а
рис. 1 представлена структурная схема
РПУ с фазоманипулированным (ФМ) сигналом.
ФМ
Мод
УМ
ИИ
ГФМ
ГНЧ
С
Рис. 1 РПУ с ШПС (ФМ)
В
РПУ (рис. 1) от источника информации (ИИ)
последовательность двоичных единиц и
нулей со скоростью
поступает на фазовый модулятор (ФМ). На
второй вход ФМ с генератора
фазоманипулированного сигнала поступает
ФМ-сигнал длительностью
.
Он представляет собой последовательность
видеоимпульсов единиц и нулей длительностью
,
где
число импульсов. Обычно считают, что
база ФМ сигнала примерно равна
,
т.е.
.
Ширина энергетического спектра ФМ
сигнала
.
Работой ГФМ управляет синхронизатор
(С). В генераторе несущей частоты (ГНЧ)
формируется сигнал несущей (рабочей
частоты РПУ). Далее усилитель мощности
(УМ) усиливает фазоманипулированный
сигнал и через антенну передаёт его в
эфир. В модуляторе (Мод) осуществляется
балансная модуляция несущей частоты
фазоманипулированным сигналом. На рис.
2 приведены эпюры напряжений в точках
схемы рис. 1. Здесь используется код
Баркера
“1”
“0”
“1”
T
2T
3T
“1”
“1”
“1”
“1”
“-1”
Н
А
а рис. 3 представлена структурная схема РПУ с частотно-манипулированными ШПС.
ИИ
ИИ
Мод1
УМ
ЧМ
ГЧМ
ГСЧ
ГНЧ
Рис. 4. Структурная схема РПУ с ШПС (ЧМ).
С
На
рис. 3 представлена структурная схема
РПУ с частотно-манипулированным (ЧМ)
ШПС. Такой ШПС часто называют сигналом
с прыгающей частотой. Здесь, как и в
схеме рис. 1, источником дискретной
информации является ИИ. Генератор сетки
частот (ГСЧ) формирует
частот с интервалом между соседними
значениями
.
На выходе модулятора Мод1 образуется
импульсов, несущие частоты которых
принимают значения от
до
с интервалом между ними
.
База такого сигнала
.
Генератор частотной манипуляции (ГЧМ)
вырабатывает кодовую последовательность
схемы
частот. На рис. 5 представлена
частотно-временная матрица сигналов
ШПС с ЧМ.
F
t
T
Рис. 5. Возможный вид частотно-временной матрицы сигналов ШПС с ЧМ.
На рис. 5 крестообразной штриховой показано колебания частот при передаче информационного нуля, а линейной – информационной единицы. Заметим, что оптимальные наборы частот допускают только одну общую частоту для информационной единицы и нуля. В одни и те же моменты времени передастся только одна частота из возможного набора.
В качестве кодовых последовательностей могут быть использованы:
Коды Баркера (
);последовательности ( неограничена);
Нелинейные последовательности и т.д.
Рассмотрим кодовые последовательности сигнала Баркера. Они представлены в табл. 1. В последней колонке приведён знак остатков (боковых пиков) автокорреляционной функции.
Рассмотрим схемные
решения по формированию кодовой
последовательности Баркера
(см. табл. 1). В этом случае она имеет вид:
Генератор кода Баркера (
)
строится по схеме рис. 6.
Табл. 1. Вид сигналов Баркера.
ГСИ
ГОИ
ЛЗ
1
2
И
И
И
+
выход
3
Рис. 6. Генератор кода Баркера ( )
Г
енератор
синхроимпульсов задаёт длину кодовой
последовательности
,
начало и ее окончание. Генератор одиночных
импульсов (ГОИ) – длительность
элементарного импульса кодовой
последовательности
.
Система инверторов (И) формирует
противоположные сигналы (-1). На выходе
сумматора (+) имеем периодически
повторяющуюся кодовую последовательность
Баркера (
).
На рис. 7 представлены эпюры напряжений
в указанных на рис. 6 точках.
1
2
3
1
1
1
1
-1
-1
-1
Рис. 7.
Линия задержки (ЛЗ) служит
для задержки элементарного импульса
длительностью
на величины:
Это осуществляется путём отводов ЛЗ,
обеспечивающих такие задержки.
Автокорреляционная функция (нормированная) находится с использованием традиционного выражения:
где:
число элементарных элементов;
значение «1» или «-1» в кодовой
последовательности. При исследовании
кодовых последовательностей без сдвижки
на одну позицию
.
Затем находятся значения
при сдвижках на 1, 2, 3 и т.д. значений
до
.
В зависимости от знака величины остатков (см. в табл. 1) энергетический спектр кодовой последовательности Баркера определяется по формулам:
при
положительных.
при отрицательных,
где:
,
где
номер варианта.
Чем меньший уровень
остатков
,
тем лучше. В идеальном случае они должны
быть тождественно равны нулю.