МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛОВ С ДВОИЧНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ

Работу выполнила ________________________ Шостак Екатерина Сергеевна

Курс 2

Направление 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор _____________________ А.И. Приходько

Нормоконтролер

доцент _____________________________________________ В.Е. Лысенко

Краснодар 2018

РЕФЕРАТ

Курсовой проект: 38 с., 10 рис., 10 источников, 1 табл., 3 прил.

МОДУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ, СИГНАЛЫ С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ, СИГНАЛЫ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ (ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ) ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ, СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ МОЩНОСТИ, КОГЕРЕНТНЫЙ ПРИЕМ, ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ, ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИЕМА.

Объект исследования – модулированные сигналы.

Предмет исследования – сигналы с двоичной фазовой манипуляцией.

Целью курсового проекта является анализ характеристик сигналов с двоичной фазовой манипуляцией (ФМ).

В результате выполнения курсового проекта был проведен анализ методов формирования и обработки сигналов с ФМ Исследованы помехоустойчивость приема и спектральные характеристики сигналов с ФМ. Разработаны программы расчета основных характеристик сигналов с ФМ.

Содержание

РЕФЕРАТ 2

СОДЕРЖАНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Двоичная фазовая манипуляция 5

1.1 Определение, методы формирования и когерентного приема сигналов с ФМ 5

1.2 Помехоустойчивость когерентного приема сигналов с ФМ 9

1.3 Спектральная плотность мощности сигналов с ФМ 10

2 Двоичная относительная фазовая манипуляция 12

2.1 Определение, методы формирования и когерентного приема сигналов с ОФМ 12

2.2 Некогерентный прием сигналов с ОФМ 15

2.3 Помехоустойчивость приема сигналов с ОФМ 18

3 Программная реализация методов расчета характеристик сигналов с двоичной фазовой манипуляцией 21

3.1 Описание программы построения временн́ых диаграмм сигналов с ФМ 21

3.2 Описание программы расчета помехоустойчивости приема сигналов с ФМ 24

3.3 Описание программы расчета спектральной плотности мощности сигналов с ФМ 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29

ПРИЛОЖЕНИЕ А 30

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 36

ПРИЛОЖЕНИЕ В 38

Введение

В настоящее время широкое распространение получили системы с фазовой и относительной фазовой манипуляцией. Это обусловлено в большей степени их высокой помехоустойчивостью и простотой модулятора и демодулятора.

Объект исследования – модулированные сигналы.

Предмет исследования – сигналы с двоичной фазовой манипуляцией (ФМ).

Целью курсового проекта является анализ характеристик сигналов с двоичной ФМ.

Задачи исследования:

– анализ методов формирования и обработки сигналов с ФМ;

– исследование помехоустойчивости приема сигналов с ФМ;

– исследование спектральных характеристик сигналов с ФМ;

– разработка программ расчета основных характеристик сигналов с ФМ.

1. Двоичная фазовая манипуляция

11Equation Section 1

1. Определение, методы формирования и когерентного приема сигналов с фм

При двоичной фазовой манипуляции (ФМ) символы передаваемой двоичной информационной последовательности (данных) преобразуются в два гармонических сигнала с начальными фазами 0 и π:

22\* MERGEFORMAT ()

где и – амплитуда и несущая частота сигналов соответственно. Сигналы 2 называются противоположными сигналами с коэффициентом корреляции, равным . Поэтому при их когерентной обработке достигается минимальное значение вероятности ошибки при заданной величине отношения энергии элемента сигнала к спектральной плотности мощности аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) на входе демодулятора приемника.

Все сигналы фазовой манипуляции могут быть графически представлены сигнальной группировкой в двумерной системе координат с

и

33\* MERGEFORMAT ()

в качестве его горизонтальной и вертикальной оси, соответственно. Заметим, что мы намеренно добавляем знак минус в , так что выражение для сигнала фазовой манипуляции будет представлять собой сумму вместо разности. Многие другие сигналы, особенно сигналы квадратурной модуляции (КАМ), также могут быть представлены данным образом. На рисунке 1 показано сигнальное созвездие двоичной фазовой манипуляции, где и представлены двумя точками на горизонтальной оси, где

. 44\* MERGEFORMAT ()

Переходя к демодуляции, следует сказать, что условие необходимо для обеспечения минимальной вероятности битовой ошибки. Однако, если , это условие может быть ослаблено, а результирующее ухудшение производительности BER пренебрежимо мало.

Модулятор, генерирующий сигнал ФМ, имеет простое строение (рисунок 2 (а)). Сначала поток биполярных данных формируется из потока двоичных данных

, 55\* MERGEFORMAT ()

где , - прямоугольный импульс с единичной амплитудой, определенный на промежутке . Затем умножается на синусоидальный носитель . Результатом является сигнал ФМ

. 66\* MERGEFORMAT ()

Рисунок 1 – Сопоставление сигналов ДФМ

Рисунок 2 – Модулятор ДФМ (a) и когерентный демодулятор ДФМ (b)

Следует обратить внимание, что распределение бита не обязательно должно быть синхронизовано с несущим колебанием.

Когерентный демодулятор ФМ является частью класса когерентных детекторов бинарных сигналов. Когерентный детектор может быть представлен в виде коррелятора или согласованного фильтра. Базовым сигналом коррелятора является сигнал разности . На рисунке 2 представлен когерентный приемник, который использует коррелятор, опорным сигналом которого является уменьшенная версия разностного сигнала. Необходимо подчеркнуть, что опорный сигнал должен быть синхронным с принятым сигналом по частоте и фазе.

Опорный сигнал генерируется схемой восстановления несущей. Следует отметить, что согласованный фильтр не рекомендуется использовать вместо коррелятора в полосе пропускания, так как фильтр трудно реализуем в реальных условиях.