МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

1110

Учебное пособие по курсу:

Основы теории систем и средств связи с подвижными объектами

Рязань 2006

1.Показатели качества системы связи. Информационная, энергетическая и спектральная эффективность. ОСШ…………………...…………………………….……………….6

2.Импульсная модуляция. Форматы представления цифровых сигналов и их СПМ. Временные диаграммы сигналов. Спектр сигнала в формате БВН……………….……..8

3.Основы передачи сигналов по каналу с ограниченной полосой. Фильтр Найквиста. Фильтр типа «Приподнятого косинуса». Глазковая диаграмма…………………………….. 10

4.Принципы цифровой полосовой модуляции. Условие эквивалентности модемных сигналов. Когерентный и некогерентный прием…………….………………………………16

5.Фазовая манипуляция. Многофазовая манипуляция. Основные принципы. Зависимость вероятности ошибки от ОСШ и плоскость «Полоса-эффективность». …….………….18

6.Комплексная огибающая. Модуляция QPSK. Модуляция OQPSK. Модуляция P/4-DQPSK………………………..……….23

7.Частотная манипуляция. Обнаружение ЧМ-сигналов. Расстояние между тонами. Вероятность ошибки. Плоскость «Полоса-эффективность». Манипуляция с минимальным сдвигом. Модемы GMSK…………..……………………………..28

8.Системы модуляции с расширенным спектром. Основные положения. Прямое расширение спектра. Программная перестройка частоты. Псевдослучайные последовательности………………………………………………35

9.Многолучевое распространение и борьба с замираниями в ССПО. Классификация эффектов при распространении радиоволн. Замирание огибающей. Доплеровское и временное рассеяние. Потери при распространении в свободном пространстве……41

10.Модели предсказания уровня принимаемого сигнала. Модели Окамуры, Окамуры-Хата. Модель Ли «от зоны к зоне». Влияние дополнительных факторов. Модель для коротких трасс……………………..………………………………44

11.Разнесенный прием. Классификация. Пространственное, поляризационное, угловое разнесение. Частотное разнесение. Временное разнесение и перемежение……………………….…48

12.Множественный доступ и методы разделения каналов. Классификация систем с множественным доступом. Методы разделения каналов. Кодовое разделение. Временное разделение и частотное разделение. Поляризационное и пространственное разделение……………………………………50

13.Канальное кодирование. Классификация. Типы защиты от ошибок. Модели каналов. Компромиссы, достигаемые за счет кодирования………………………………………………………..57

14.Линейные блочные коды. Основные понятия. Систематические линейные блочные коды. Проверочная матрица. Синдром. Нормальная матрица. Систематические линейные блочные коды. Процедура декодирования. Весовой коэффициент и расстояние Хэмминга. Возможность определения и исправления ошибки. Циклические коды……………………………………………………………….62

15.Сверточное кодирование. Представление сверточного кодера. Представление связи. Реакция кодера на импульсное возмущение. Полиномиальное представление. Диаграмма состояний. Древовидная диаграмма………………………….72

16.Сверточное кодирование. Представление сверточного кодера. Решетчатая диаграмма. Декодирование сверточных кодов. Общая постановка задачи. Мягкое и жесткое принятие решения. Алгоритм декодирования Витерби. Правила декодирования. Мягкое декодирование. Характеристики сверточного кода. Способность исправлять ошибки. Систематический сверточный код. Катастрофическая ошибка………………………………………………………..…….75

17.Коды с чередованием. Общие замечания. Блочное чередование. Сверточное чередование. Каскадные коды…..80

18.Тактовая и фазовая синхронизация: определения и назначение. Синхронизация: оценивание параметров сигнала, оценивание фазы несущей…………………………….83

19.Синхронизация: Модель замкнутой ФАП. Влияние аддитивного шума на оценку фазы…………..…………………85

20.Синхронизация: автоподстройка по модулированному сигналу, петли управляемые решениями……………………...89

21.Синхронизация: автоподстройка по модулированному сигналу, петли не управляемы решениями………..………… 93

22.Синхронизация: тактовая синхронизация, оценка параметров задержки по методу максимального правдоподобия, оценка параметра задержки, не управляемая решениями. Синхронизация с окнами на задержку-опережение…………………………………………..…………….98

23.Перспективные методы модуляции: классификация, многочастотная модуляция (DMT). Модуляция с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM). Субполосное мультиплексирование (SDM)….……………….

24.Перспективные методы модуляции: MIMO системы….102

1. Показатели качества системы связи. Информационная, энергетическая и спектральная эффективность. Осш.

В общем случае каждый вид модуляции характеризуется тремя показателями:

• Информационная эффективность η ;

• Энергетическая эффективность β ;

• Спектральная эффективность γ ;

C – пропускная способность канала связи;

Rи – скорость передачи информации;

β – показатель, характеризующий использование канала связи по мощности.

,

Pс – мощность сигнала;

No – мощность помехи;

β – количество единиц скорости, приходящихся на 1Вт и отнесенных к уровню шума (No).

γ – характеризует эффективность использования спектра.

ΔF – занимаемая полоса.

γ выражает удельную скорость передачи, т.е. количество бит/с, приходящихся на 1Гц.

Шеннон показал, что пропускная способность канала с аддитивным белым гауссовым шумом является функцией средней мощности принятого сигнала, а также средней мощности шума и ширины полосы.

,

,

,

При ,

.

Скорость можно увеличивать либо за счет расширения полосы, либо за счет увеличения мощности передатчика.

В цифровой связи в качестве критерия качества чаще всего используется нормированная версия ОСШ – Eb/No.

Eb – энергия бита, которая выражается через мощность сигнала, умноженную на длительность передачи бита ( ).

No – спектральная мощность, равная No = N/ΔF

,

Rb – скорость передачи бита.

- ОСШ, пронормированное на ширину полосы и скорость передачи в битах.

Одной из важнейших метрик производительности в системах цифровой связи является график зависимости вероятности появления ошибочного бита от Eb/No, т.е. Pb(Eb/No).

Чем меньше требуемое ОСШ, тем эффективнее процесс обнаружения при заданной вероятности ошибки.

2. Импульсная модуляция. Форматы представления цифровых сигналов и их спм. Временные диаграммы сигналов. Спектр сигнала в формате бвн.

Существует два важных различия между уровнем напряжения в двоичной логике и полосовыми сигналами, используемым для модуляции: во-первых, блок импульсной модуляции позволяет использовать бинарные и m-арные сигналы, во-вторых, фильтрация производимая в этом блоке формирует импульсы, длительность которых больше времени передачи одного бита, а спектр ограничен.

1. Вероятностью точного наличия импульса является функция энергии принятого импульса (площадь под графиком импульса), следовательно ширину импульса лучше сделать больше.

Спектр бинарного сигнала может быть выражен следующим образом:

- преобразование Фурье сигнала ;

- преобразование Фурье сигнала ;

- вероятность появления сообщения (сигнала) ;

- вероятность появления сообщения (сигнала) .

Выведем выражение для спектральной плотности мощности синхронного двоичного цифрового сигнала БВН (NRZ). Пусть вероятность появления 0 и 1 равна 0.5.

;

;

= ;

Отсутствует постоянная составляющая и гармоники

Первый ноль спектра имеет место на частоте , т.е. на частоте следования импульсов.