Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нестандартные методы защиты информации. Лабораторный практикум
.pdf
Варианты спектральной плотностью мощность помехи
Спектральная
Спектральная
3
410
-
×
4
3
310
-
×
3
510
-
×
5
3
810
-
×
3
210
-
×
6
3
610
-
×
0
f
S
T
0
f
S
T
1 30 0,4 0,1 4 27 0,6 0,25 2 35 0,7 0,2 5 24 0,8 0,3 3 32 0,8 0,1 6 36 0,9 0,2
S
T
S
T
В
f
Б
f
В
f
Б
f
1 30 20 0,5 0,1 4 40 30 0,6 0,25 2 35 25 0,7 0,2 5 30 15 0,8 0,3 3 35 20 0,8 0,1 6 50 40 0,9 0,2
типа «белый шум»
Таблица 2.1
Вариант
1
2
3
Вариант
плотность мощности
помехи N0, В2/Гц
Варианты параметров сигнала АТ
, В
, кГц
частота
Несущая
0
Sн
Амплитуда
Варианты параметров сигнала ЧТ
Параметр
Вариант
, с
плотность мощности
помехи N0, В2/Гц
Таблица 2.2
, В
, кГц
Вариант
частота
Несущая
0
Sн
Амплитуда
, с
Параметр
Таблица 2.3
, В
Частота
Вариант
«посылки» и
«паузы», кГц
0
Sн
Амплитуда
, с
Частота
Параметр
Вариант
31
«посылки» и
«паузы», кГц
, В
0
Sн
Амплитуда
, с
Параметр
Таблица 2.4
0
f
S
T
0
f
S
T
1 30 0,4 0,1 4 27 0,6 0,25 2 35 0,7 0,2 5 24 0,8 0,3 3 32 0,8 0,1 6 36 0,9 0,2
ош
Р
Энергетич
е-
0
hEN
ош
Р
0
hEN
ош
Р
от 1 до 1000
5
10
-
от 1 до 1000
8
10
-
от 1 до 1000
6
10
-
от 1 до 1000
9
10
-
от 1 до 1000
7
10
-
от 1 до 1000
12
10
-
Варианты параметров сигнала ОФТ
, В
, кГц
Вариант
частота
Несущая
0
Sн
Амплитуда
, с
Параметр
Вариант
, кГц
частота
Несущая
, В
0
Sн
Амплитуда
Таблица 2.5
Варианты диапазона изменения энергетического отношения
сигнал/шум на входе приемника и требуемой
Энергетиче-
ское отно-
шение сиг-
нал/шум
2
=
S
с шагом 1
с шагом 1
Требуе-
Вари-
ант
1
2
ское отно-
шение сиг-
нал/шум
2
=
S
с шагом 1
с шагом 1
Требуе-
мая
Вари-
ант
4
5
, с
Параметр
мая
циальную помехоустойчивость приема сигналов AT?
3
с шагом 1
6
с шагом 1
Контрольные вопросы
1. Какова цель лабораторной работы?
2. Каково содержание программы лабораторной работы?
3. Как записывается формула, позволяющая рассчитать потен-
32
4. Как записывается формула, позволяющая рассчитать потен-
циальную помехоустойчивость некогерентного приема сигналов
ЧT?
5. Как записывается формула, позволяющая рассчитать потен-
циальную помехоустойчивость некогерентного приема сигналов
ОФT?
6. Какие выводы можно сделать по результатам сравнения по-
тенциальной помехоустойчивости некогерентного и когерентного
приема сигналов AT , ЧТ и ОФT?
7. Какие функции Mathcad используются в лабораторной работе?
8. Какие выводы можно сделать по результатам выполнения ин-
дивидуального задания?
Литература: 5, 6, 11, 12, 14.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
В КАНАЛЕ С ЗАМИРАНИЯМИ
Цель – приобретение навыков исследования помехоустойчиво-
сти приема сигналов в канале с замираниями.
Формируемые компетенции или их части: ПК-2, ПК-5, ПСК-6.3.
Теоретическая часть
Напомним, что наиболее важная проблема, решаемая в изучаемой дисциплине, состоит в повышении помехоустойчивости систем
электрической связи (СЭС).
Учитывая то, что большая часть реальных каналов связи являются каналами с замираниями сигналов, представляется необходимым
исследовать методики расчета помехоустойчивости когерентных и
некогерентных схем обработки сигналов в каналах связи с переменными параметрами.
Напомним, что канал связи с замираниями – канал, в котором
амплитуды спектральных составляющих сигнала на входе приемника, подвержены флуктуациям (случайным изменениям).
33
В реальных каналах связи при флуктуации амплитуд, составля-
t
D
ющих сигнала всегда наблюдаются и флуктуации их фаз.
Замирания представляют собой явление, характерное для большей части радиоканалов. Причинами замираний являются:
- характер реальных амплитудных и частотных характеристик
канала связи;
- наличие многолучевого распространения электромагнитных
волн (появление параллельных каналов приема).
Объяснение многолучевого характера распространения радиоволн (РРВ) состоит в том, что энергия волны распространяется от
передатчика к приемнику не по тонкому воображаемому лучу. Поле
волны в точке приема согласно принципу Гюйгенса возникает в результате интерференции множества лучей, создаваемых «элементарными излучателями», или «переизлучателями», внутри некоторого ограниченного объема рассеяния, положение которого определяется направленными свойствами передающей и приемной антенн.
Диффузный (рассеивающий) характер отражения радиоволн от
различных неоднородностей пространства (тропосферы, ионосферы
и т. д.) может привести при определенных условиях к большой разности хода приходящих лучей, а, следовательно, и к их взаимному
запаздыванию. Характеристикой этого является относительное вре-
мя запаздывания i-х лучей в точку приема
i
.
Общий механизм возникновения многолучевости при распространении радиоволн поясняет рис. 3.1.
Рис. 3.1. Механизм возникновения многолучевости при РРВ
34
Вследствие разности хода лучей сигнал в приемной антенне
а) б)
представляет собой сумму отдельных колебаний с различными фазами и амплитудами. Интерференция этих колебаний в условиях,
когда разности хода лучей не остаются постоянными, и является
основной причиной флуктуаций, как амплитуд, так и фаз составляющих сигнала, т. е. причиной замираний.
Необходимо отметить, что многолучевость при РРВ может носить как непрерывный характер, когда принимаемый сигнал создается непрерывным множеством лучей (диффузная многолучевость),
так и дискретный характер, когда принимаемый сигнал создается
ограниченным числом лучей сравнимой интенсивности (дискретная
многолучевость).
Наиболее типичный пример образования диффузной многолучевости – интерференция в приемной антенне бесчисленного множества диффузных лучей (подлучей), возникших за счет рассеяния
волны на неоднородностях ионосферы при коротковолновой радиосвязи.
Примером образования дискретной многолучевости является
случай интерференции в приемной антенне двух дискретных лучей
сравнимой интенсивности, претерпевших различное число отражений от одного и того же, либо различных слоев ионосферы (к примеру, односкачковое и двухскачковое РРВ) при коротковолновой
(КВ) радиосвязи. Механизм образования различных видов многолучевости при распространении радиоволн КВ диапазона иллюстрирует рис. 3.2.
Рис. 3.2. Механизм образования диффузной (а)
и дискретной (б) многолучевости
35
Замирания принимаемых сигналов можно рассматривать как
(
)
Kt
(
)
St
i
n
iK1
=
(
)
(
)
x
(
)
t
D
случайные изменения коэффициента передачи канала связи во вре-
мени
ной помехи.
Итак, замирания сигналов – это случайные изменения (флуктуации) уровня сигнала на входе приемника.
Если на входе канала связи с замираниями действует сигнал
, то аналитическое представление сигнала на его выходе имеет
вид
гдеn – количество элементарных лучей (подлучей) в точке приема;
– номер луча (
редачи КС по i-тому лучу;
ча;
Свойства и состояние отражающего (рассеивающего) объема среды распространения радиоволн (ионосферы, тропосферы и т. д.)
непрерывно случайным образом меняются во времени. Поэтому ко-
эффициент передачи канала связи по i-тому лучу
распространения
Время распространения i-того луча можно представить как
. Это наиболее распространенный вид мультипликатив-
n
() ()
å
i
=*1
t
– аддитивная помеха.
itр
являются случайными функциями времени.
);
itр
( )
р
tK
i
– случайный коэффициент пе-
– время распространения i-го подлу-
()
tttStKtS
x+-×=
ii
,
tK
i
и время его
tt tD+=
рр
t
р
где
– среднее время распространения суммарного луча;
случайное отклонение
время запаздывания i-того луча в точку приема).
С учетом последнего выражения сигнал на выходе канала связи с
замираниями можно представить в виде
itр
от среднего значения (относительное
36
ii
,
i
–
StKtSttt
*
З
t
З
t
S
T
t
>>
S
T
t
£
(
)
*
(
)
() ()
n
=×--D+
å
ii
1
i
=
( )
р
tx
()
Периодом замираний
между двумя максимумами огибающей замирающего сигнала.
Классификация замираний
1. По скорости различают замирания:
- медленные;
- быстрые.
Медленные замирания – флуктуации, при которых заметные изменения параметров сигнала наблюдаются только на длительности
сеанса связи (
полняется неравенство
Быстрые замирания – флуктуации, при которых заметные изменения параметров сигнала наблюдаются на длительности его эле-
ментарной посылки (длительности элемента сигнала), т. е.
Медленные замирания принимаемых сигналов, в отличие от
быстрых, обусловлены не многолучевым характером РРВ, а изменениями состояния среды распространения радиоволн.
2. По степени общности замирания подразделяются:
а) на общие замирания (дружные, гладкие):
- релеевского типа;
- райсовского типа;
- односторонне-нормального типа;
б) селективные замирания:
- частотно-селективные замирания (ЧСЗ);
- пространственно-селективные замирания (ПСЗ);
- время селективные замирания (ВСЗ).
В лабораторной работе исследуется помехоустойчивость приема
сигналов с общими замираниями. Напомним определение общих
замираний принимаемых сигналов в КС. Пусть принимаемый сиг-
может составлять часы, сутки и т. д., но всегда вы-
называют средний интервал времени
З
).
З
.
нал
tS
отличается от переданного
37
tS
случайным коэффици-
ентом передачи канала связи
(
)
(
)
t
(
)
(
)
t
(
)
KtK
=
(
)
qq
=
0
hEN
2
0
h
2
h
но одинаковым для всех спектральных составляющих, сдвигом фа-
q
зы
ся общими (или гладкими), поскольку соотношения между амплитудами и фазами спектральных составляющих сигнала не изменяются. Другими словами общие замирания не приводят к искажению
формы принимаемого сигнала.
исходят относительно медленно и случайные изменения коэффици-
ента передачи канала связи
расположенных элементах принимаемого сигнала сильно коррелированы между собой, то прием осуществляется так же, как и в каналах связи без замираний. Оптимальными в этом случае являются
такие же схемы обработки, которые были рассмотрены на лекциях
«Оптимальный прием сигналов» и «Прием сигналов с неизвестной
начальной фазой», с той лишь разницей, что для регулирования
. Возникающие в таком канале связи замирания называют-
Из лекционного курса известно, что если общие замирания про-
tK
и случайным, но приблизитель-
tK
и сдвига фазы
q
в близко
схемы в соответствии с ожидаемыми значениями
t
усиления и автоматической подстройки фазы и частоты.
Однако в ряде случаев автоматическая подстройка фазы приводит к значительному усложнению аппаратуры, вследствие чего широкое применение нашли некогерентные методы приема.
Необходимо отметить, что в процессе замираний величина энергетического отношения сигнал/шум на входе приемника
2
=
та передачи канала связи K. Поэтому для определения полной вероятности ошибки необходимо усреднить эту условную вероятность в
соответствии с распределением вероятностей коэффициента передачи K.
Обозначим через
этом случае можно записать:
используются устройства автоматической регулировки
S
изменяется пропорционально квадрату коэффициен-
математическое ожидание величины
38
и
. В
2
22
0
hh
0
K
(
)
2
ош 0
Ph
Р WKhdK
¥
æö
ç÷
èø
(
)
WK
ош
Р
(
)
2
ош 0
Ph
(
)
WK
22
KK
æö
ç÷
èø
0³K
K
=
2
K
0
,
(3.1)
где
связи.
– математическое ожидание коэффициента передачи канала
Пусть вероятность ошибки в канале связи без замираний выра-
=Y
жается функцией
ки в канале связи с общими замираниями определяется выражением
вида
=Y
ош 0
где
та передачи канала связи, характеризующая тип замираний.
Таким образом, для определения вероятности ошибочного прие-
ма
работки в условиях определенного типа замираний необходимо
– плотность распределения вероятностей коэффициен-
конкретного вида сигналов при известном способе их об-
( )
ò
0
. Тогда полная вероятность ошиб-
2
K
K
2
2
0
,
(3.2)
=Y
подставить в выражение (3.2) соотношение
ствие замираний и плотность распределения вероятностей коэффи-
циента передачи канала связи
грирование.
Рассмотрим некоторые частные случаи.
Когерентный прием в канале связи с релеевскими замираниями. В канале связи с релеевскими замираниями коэффициент
передачи канала связи имеет распределение Релея, и его одномерная плотность распределения вероятностей определяется выражением вида
KK
WK
( )
=×-
exp
ss
, а затем осуществить инте-
2
2
,
,
в отсут-
39
а сдвиг фазы q в близко расположенных элементах принимае-
pqp
-<<
02
qp
<<
12,;
0,.
ppqp
qp
-<<
>
(
)
(
)
q
а) б)
22
0
h
æö
ç÷
ç÷
èø
мого сигнала имеет равномерную плотность распределения вероят-
ностей на интервале
(или
), т. е.
ì
W
q
=
()
í
î
На рис. 3.3 представлены плотности распределения
W
ность ошибки при когерентном приеме в канале связи с быстрыми
интерференционными замираниями релеевского типа можно определить как
.
Рис. 3.3. Законы распределения вероятностей коэффициента
передачи КС (а) и сдвига фазы (б)
Действуя в соответствии с вышеизложенной методикой, вероят-
2
h
0
2
b
+
Р
=×-
ош
1
1
2
KW
3.3)
и
(
где b – коэффициент, зависящий от вида сигнала.
Величина коэффициента b для сигналов различных видов составляет:
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]