ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПАВЛЕНИЯИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра радиотехнических систем (РТС)

Исследование помехоустойчивости приемника М-позиционных цифровых сигналов

Учебно-методическое пособие по лабораторной работе

Автор пособия и Mathcad-программы –

студент гр.125-2 К.И. Зайцев

Руководитель – профессор каф. РТС

Ю.П. Акулиничев

Томск - 2008

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ 3

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 6

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 7

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы: Исследование помехоустойчивости приемника

М-позиционных цифровых сигналов.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость. Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным средством их описания. Квадратурное представление заключается в выражении колебания линейной комбинацией двух ортогональных составляющих — синусоидальной и косинусоидальной:

,

Такая дискретная модуляция (манипуляция) осуществляется по двум каналам на несущих, сдвинутых на 90° друг относительно друга, т.е. находящихся в квадратуре (отсюда и название представления и метода формирования сигналов).

Квадратурная Амплитудная Модуляция (КАМ) использует много различных фаз, определенных, как индексы: 2, 4, 16, 32, 64, и 256. Каждый индекс определяет специфическая амплитуда и фаза

Геометрические образы используются, чтобы графически представить качество и искажение цифрового сигнала данных.

Рисунок 2.1 – Геометрический образ для КАМ-2

Рисунок 2.2 – Геометрический образ для КАМ-4

Рисунок 2.3 – Геометрический образ для КАМ-16

Полосой фильтр

Полосовой фильтр — электронный или любой другой фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в нужном диапазоне и вырезает все остальные частоты.

Корреляционный приемник

Корреляционный приемник – это принципиальный элемент демодулятора любого из цифровых сигналов. Он преобразует непрерывный сигнал u(t), например радиоимпульс, поступающий на его вход, в число v в соответствии с правилом

Корреляционный приемник используют для обнаружения сигнала заданной формы среди шума.

Структура корреляционного приемника

Корреляционный приемник представляет собой электронную цепь, элементами которой являются умножитель, интегратор и источник сигнала формы, соответствующей форме обнаруживаемого сигнала. Входной сигнал, представляющий собой сумму шума и, возможно, полезного сигнала, подают на один из входов умножителя. На другой вход умножителя подается эталонный сигнал, который формой, частотой и фазой совпадает с сигналом, который необходимо детектировать. Выход умножителя подключен ко входу интегратора.

Реакция корреляционного приемник на входной сигнал

В том случае, если сигнал на входе совпадает с эталонным сигналом, смешанным с шумом, на входе интегратора оказывается сигнал, близкий к квадрату эталонного (различие в амплитуде, уменьшающейся из-за затухания), и, кроме того, произведение шума с близким нулю матожиданием и эталонного сигнала. В таком случае сигнал на выходе интегратора имеет большое положительное значение — квадрат сигнала всегда больше нуля, а интеграл шумовой составляющей близок к нулю при достаточно большой длительности сигнала.Если на вход подаётся смесь эталонного сигнала, сдвинутого по фазе на π, с шумом, то сигнал на выходе интегратора из аналогичных изложенным в предыдущем абзаце соображений принимает высокое отрицательное значение.При несовпадении входного сигнала с эталонным по форме или частоте, выходной сигнал умножителя не обладает знакопостоянством, а значит, выходной сигнал интегратора принимает низкие значения.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1) Выбор модуляции:

а) ФМ (М=2); б)КАМ –4 (М=4); в) КАМ–16 (М=16);

2) Установить значение амплитуды несущей А>3 (для КАМ-16 это амплитуда для максимального сигнала)

3) Вычислить отсчеты сигнала последовательно для всех возможных значений М-ичного символа. Число периодов несущей на импульс равно 4. Число отсчетов на период несущей равно 16. Всего будет 64М отсчетов. Для КАМ –4 и КАМ–16 отдельно вычисляются по 64М отсчетов для каждой из двух квадратурных составляющих.

4) Сгенерировать такое же количества отсчетов гауссовского шума с нулевым математическим ожиданием и СКО = 1.

5) Произвести суммирование отсчетов сигнала и шума.

6) Произвести фильтрацию отсчетов сигнала с шумом при помощи идеального полосового фильтра, у которого ширина полосы пропускания равна (вариант выбирается):

а) Δf = 1/τ_и,; б) Δf = 2/τ_и,; в) Δf = 4/τ_и,; г) без фильтрации. Использовать для этого прямое и обратное БПФ.

7) Имитация работы корреляционного приемника в качестве демодулятора сигнала с шумом (весовая функция соответствует символу 0). Для КАМ–4 и КАМ–16 отдельно выносится решение по каждой из двух квадратурных составляющих (нужны два комплекта корреляционного приемника), а затем выдается общий результат.

8) Оценить фактическое среднее значение отношения сигнал/шум на выходе интегратора в момент окончания импульса.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Структурная схема лабораторной установки (включая схему согласованного фильтра).

2. Продемонстрировать наблюдаемые осциллограммы напряжений:

а) сигнал без шума и фильтрации и с фильтрацией на одном графике для сравнения,

б) сигнал без шума и с шумом на одном графике для сравнения,

в) напряжение на выходе перемножителя,

г) напряжение на выходе интегратора.

3. Ответы на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое квадратуры?

2. В чем преимущество и недостатки КАМ?

3. Какие позиции может принимать КАМ?

4. Изобразите графические образы для нескольких позиций КАМ?

5. Чем является корреляционный приемник по отношению к входному сигналу?