Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория электрических и радиотехнических цепей. Практикум
.pdf
Таблица 7.1
1
от 1 до 1000
с шагом 1
10–5
4
от 1 до 1000
с шагом 1
10–8
2
от 1 до 1000
с шагом 1
10–6
5
от 1 до 1000
с шагом 1
10–9
3
от 1 до 1000
с шагом 1
10–7
6
от 1 до 1000
с шагом 1
10
–12
1
30
4
27
2
35
5
24 3 32
6
36
Варианты диапазона изменения математического ожидания
энергетического отношения сигнал/шум на входе приемника
Энергетическое
отношение
сигнал/шум
2
Вариант
= ES / N0
h
Требуемая
Р
ОШ
Энергетическое
отношение
сигнал/шум h
Вариант
= E
/ N0
S
Требуемая
2
Р
ОШ
Таблица 7.2
Варианты глубины замираний при некогерентном приеме сигналов
АТ в канале связи с райсовскими замираниями
Параметр
глубины замираний
Вариант
2
γ
, кГц
Вариант
Параметр
глубины замираний
2
γ
, кГц
Контрольные вопросы
1. Какова цель практической работы?
2. Каково содержание программы практической работы?
3. По каким причинам большая часть реальных каналов связи
являются каналами с замираниями сигналов?
4. Какой канал связи называется каналом связи с замираниями?
5. Каков общий механизм возникновения многолучевости при
распространении радиоволн?
6. Что такое диффузная многолучевость распространении ра-
диоволн?
7. Что такое дискретная многолучевость распространении ра-
диоволн?
131
8. Продолжите фразу «Замирания принимаемых сигналов
можно рассматривать как ...».
9. Как классифицируются замирания?
10. Каков смыл термина «общие замирания»?
11. Каким выражением описывается полная вероятность
ошибки в канале связи с общими замираниями?
12. Каким условиям должен удовлетворять канал связи, что-
бы его можно было назвать каналом связи с релеевскими замираниями?
13. Каким условиям должен удовлетворять канал связи, что-
бы его можно было назвать каналом связи с райсовскими замираниями?
14. Как величина параметра глубины райсовских замираний
определяет тип общих замираний, возникающих в канале связи?
15. Как соотносятся релеевские и райсовские замирания в ка-
налах связи СВ и КВ и УКВ диапазонах радиоволн?
16. Каким условиям должен удовлетворять канал связи, что-
бы его можно было назвать каналом связи с односторонненормальными замираниями?
17. Какие выводы можно сделать по результатам сравнения
потенциальной помехоустойчивости некогерентного и когерентного приема сигналов AT , ЧТ, ФТ и ОФT в каналах связи с общими
замираниями?
18. Какие функции Mathcad используются в практической работе?
19. Какие выводы можно сделать по результатам выполнения
индивидуального задания?
Рекомендуемая литература: 1–3.
132
8. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
ПРИ РАЗНЕСЕННОМ ПРИЕМЕ
Цель работы – приобретение навыков исследования помехо-
устойчивости при разнесенном приеме сигналов в канале с замираниями.
Формируемые компетенции или их части:
– Способность выявлять естественнонаучную сущность про-
блем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и
применять соответствующий физико-математический аппарат для
их формализации, анализа и выработки решения (ПК-1);
– Способность осуществлять поиск, изучение, обобщение и
систематизацию научно-технической информации, нормативных и
методических материалов в сфере своей профессиональной деятельности (ПК-9);
– Способность применять современные методы исследования
с использованием компьютерных технологий (ПК-10).
Теоретическая часть
Эффективным способом повышения помехоустойчивости связи в условиях замираний является разнесенный прием. Сущность
такого приема заключается в том, что в приемнике решение о переданной реализации сигнала принимается на основе обработки
нескольких (двух и более) копий одного сигнала, пришедших разными путями, но при этом несущих одну и ту же информацию.
Основными видами разнесенного приема являются:
1. Пространственно-разнесенный прием – одновременный
прием сигналов одного передатчика несколькими приемниками на
разнесенные в пространстве антенны.
2. Частотно-разнесенный прием – прием сигналов, передавае-
мых одновременно на нескольких частотах одним или несколькими передатчиками.
3. Временной разнесенный прием – прием сигналов, много-
кратно передаваемых на одной и той же частоте через некоторые
интервалы времени.
4. Поляризационно-разнесенный прием – прием сигналов, при
котором для регистрации лучей с различной поляризацией используют разные приемные антенны.
133
5. Угловой разнесенный прием – прием сигналов, при кото-
H0
ρ ρλ
∆=
,
ром регистрация лучей осуществляется по углу их прихода в точку
приема.
Необходимым условием любого из видов разнесенного приема
является независимость сигналов в точке приема, т. е. некоррелированность замираний в ветвях разнесения.
При выполнении этого условия вероятность совпадения максимальных и минимальных значений амплитуд сигналов в ветвях
разнесения очень мала, более вероятно их несовпадение. Это позволяет уменьшить динамический диапазон изменения амплитуды
результирующего сигнала и, тем самым, повысить среднее отношение сигнал/шум на входе приемника по сравнению с одиночным
приемом.
Наиболее распространенным на практике видом разнесенного
приема сигналов, в частности – при коротковолновой радиосвязи,
является пространственно-разнесенный прием.
При пространственном разнесении антенн параметр разнесения обычно задают в виде нормированного расстояния разнесения,
определяемого как
где ρ – расстояние между антеннами, м.
Величина ∆ρ
существенно зависит от расположения антенн
Н
относительно направления трассы распространения. Минимальное
разнесение антенн требуется при их расположении поперек трассы,
т.к. при этом интервал пространственной корреляции общих замираний ∆ρ
∆ρ
= 2… 25. В ряде случаев, встречающихся на практике, корреля-
Н
имеет наименьшее значение.
К
Для различных радиоканалов величина ∆ρ
в среднем составляет
Н
цией замираний в ветвях разнесения можно пренебречь при значении
нормированного расстояния разнесения антенн ∆ρ
≈ 10.
Н
По способу обработки разнесенных сигналов при пространственно-разнесенном приеме различают:
− линейное сложение;
− автовыбор.
Рассмотрим содержание этих способов обработки разнесенных сигналов.
Линейное сложение. При данном способе обработки в фор-
мировании результирующего сигнала участвуют все Q каналов
134
приема – ветви разнесения независимо от того, какое математиче-
2
0q
h
2
0q
h
( )
( )
2 22 2
0рез 01 02 0
max , , , ,
Q
h t hh h t=
2
0рез
h
ское ожидание
входе приемника обеспечивается в каждой q-й ветви, q = 1,2, …, Q.
Вариант структурной схемы устройства, реализующего линейное сложение сигналов при сдвоенном пространственноразнесенном приеме (Q = 2), представлен на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Структурная схема устройства, реализующего линейное
На рис. 8.1 элементы A1 и A2 обозначают приемные антенны
первой и второй ветви разнесения. Для суммирования сигналов
с одинаковым весом необходимо обеспечить одинаковое усиление
в трактах приемников, что может быть достигнуто с помощью системы автоматической регулировки усиления (АРУ). Коэффициенты усиления усилителей промежуточной частоты (УПЧ) обоих
приемников всегда одинаковы и определяются наибольшим из
суммируемых сигналов. Практическая реализация линейного сложения наиболее проста при некогерентной обработке сигналов.
Автовыбор. Данный способ обработки основан на том, что
в каждый момент времени t выбирается канал приема (ветвь разнесения) с наибольшим уровнем сигнала или отношением сиг-
энергетического отношения сигнал/шум на
сложение разнесенных сигналов
нал/шум
где
шум на входе приемника.
, q = 1,2, …, Q, т. е. реализуется правило:
– результирующее энергетическое отношение сигнал/
,
135
(8.1)
На рис. 8.2 представлена структурная схема сдвоенного прие-
( )
2
0рез
ht
ма сигналов (Q = 2) с переключением приемников (с их автоматическим выбором), работающих на две пространственноразнесенные антенны.
Рис. 8.2. Структурная схема сдвоенного пространственно-разнесенного
приема сигналов с автовыбором
Выбор ветви разнесения осуществляется на основе результатов сравнения уровней сигналов (или отношений сигнал/шум) в
трактах промежуточной частоты приемников или на их выходах,
как это показано на рис. 8.3. Соответствующее устройство управ-
ления (1 или 2) отключает канал приема с наименьшим в данный
момент времени уровнем сигнала (или отношением сигнал/шум).
Формирование результирующего отношения сигнал/шум
при сдвоенном пространственно-разнесенном приеме сиг-
налов с автовыбором ветви разнесения иллюстрирует рис. 8.3.
Рис. 8.3. Формирование результирующего отношения сигнал/шум
при разнесенном приеме с автовыбором
136
2
02
h
2
01
h
22
0рез 02
hh=
22
01 02
hh>
( )
( )( ) ( )
2
ош_ЧТ 0
22 2
0рез 0рез 0рез
!
,
21 2 2 2 2
Q
Р hQ
h h Qh
=
++ +
( )
( )( ) ( )
2
ош_ФТ 0
22 2
0рез 0рез 0рез
!
,
21 2
Q
Р hQ
h h Qh
=
++ +
2
0рез
h
Из рис. 8.3 следует, что на интервале времени 0 < t ≤ t
шение сигнал/шум на выходе второго приемника
отно-
1
больше, чем
на выходе первого
сигнал S
(t) формирует только второй канал приема (на рисунке
ВЫХ
, поэтому
и результирующий
8.2 – нижняя ветвь разнесения). Первый (верхний) канал приема на
данном интервале времени отключен устройством управления 1.
В течение временного интервала t
< t ≤ t2 выполняется неравенство
1
, что определяет выбор верхней ветви разнесения и т. д.
Помехоустойчивость пространственно-разнесенного приема
Рассмотрим основные результаты методики оценки помехоустойчивости некогерентного пространственно-разнесенного приема сигналов частотной и относительной фазовой телеграфии с
автовыбором ветви разнесения по максимуму сигнала в условиях
независимых релеевских замираний сигналов и помех в каналах
приема.
В данном случае при отсутствии корреляции замираний в ветвях разнесения вероятность ошибочного приема сигналов ЧТ и
ОФТ определяется выражениями:
,
(8.2)
,
(8.3)
где Q – число ветвей разнесения (каналов приема);
– результирующее математическое ожидание энергетиче-
ского отношения сигнал/шум на входе приемника.
рентного пространственно-разнесенного приема сигналов частотной телеграфии, построенные в соответствии с выражением (8.1)
для различного числа ветвей разнесения Q.
На рис. 8.4 представлены кривые помехоустойчивости некоге-
137
Рис. 8.4. Кривые помехоустойчивости некогерентного
2
0
consth =
пространственно-разнесенного приема сигналов ЧТ
Из анализа рис. 8.4 следует, что с увеличением числа каналов
приема вероятность ошибки Р
отношения сигнал/шум
уменьшения Р
с применением каждой последующей ветви
ОШ_ЧТ
(при фиксированной величине
ОШ_ЧТ
) уменьшается. При этом степень
разнесения (после Q = 2) снижается. Поэтому на практике при выборе кратности пространственного разнесения антенн необходимо
учитывать целесообразность с экономической точки зрения.
Таким образом, приходим к следующим выводам:
1. Применение разнесенного приема обеспечивает повышение
помехоустойчивости некогерентного пространственно-разнесенного приема сигналов частотной и относительной фазовой телеграфии связи по сравнению с одиночным приемом.
2. Применение более чем двух антенн при разнесенном прие-
ме существенного выигрыша в вероятности связи не дает.
Оборудование и материалы
Аппаратура. Для выполнения практической работы необхо-
дим персональный компьютер со следующими характеристиками:
процессор Pentium/Celeron с тактовой частотой 300 МГц и выше,
оперативная память − не менее 128 Мбайт и более, свободное дис-
138
ковое пространство − не менее 100 Мбайт, устройство для чтения
( )
{ }
2
0
, 0, ; 1, 2
q
h k t k Nq⋅∆ = =
компакт-дисков, монитор типа Super VGA (число цветов − 256).
Программное обеспечение. Для выполнения практической
работы необходима операционная система WINDOWS 2000/ XP
Professional, библиотека Microsoft .NET Framework версии 1.1 или
выше, программа MathCAD 13 и выше.
Указания по технике безопасности
При выполнении практической работы запрещается:
− самостоятельно производить ремонт персонального ком-
пьютера, а также установку и удаление имеющегося программного
обеспечения;
− нарушать общепринятые правила техники безопасности
при работе с электрооборудованием, в частности, касаться электрических розеток металлическими предметами и т. д.;
− принимать пищу, напитки и сорить на рабочем месте поль-
зователя персонального компьютера.
В случае неисправности персонального компьютера необходимо немедленно сообщить об этом обслуживающему персоналу
лаборатории (системному администратору, оператору).
Указания по порядку выполнения работы
Методику выполнения работы рассмотрим на примере исследования некогерентного пространственно-разнесенного приема сигналов частотной и относительной фазовой телеграфии с автовыбором
ветви разнесения по максимуму сигнала в условиях независимых
релеевских замираний сигналов и помех в каналах приема.
Будем считать, что для исследуемых каналов связи с независимыми релеевскими замираниями сигналов и помех в каналах
приема получена выборка значений математического ожидания
(среднего значения) энергетического отношения сигнал/шум на
входе приемника в виде совокупности дискретных отсчетов
, взятых с периодом дискретизации
∆t = 1 с.
Из результатов измерений значений энергетического отношения сигнал/шум на входах приемников первой и второй ветви разнесения в указанные дискретные моменты времени сформированы
139
выборочные совокупности, которые сохранены в формате тесто-
2
0рез
h
2
0рез
h
вых файлов h201.prn и h202.prn.
Требуется в математическом пакете Mathcad:
− прочитать исходные данные о реализациях энергетического
отношения сигнал/шум на входах приемников первой и второй
ветви разнесения из тестовых файлов h201.prn и h202.prn;
− построить временные диаграммы распределения энергети-
ческих отношений сигнал/шум на входах приемников первой и
второй ветви разнесения;
− выполнить формирование результирующего отношения
сигнал/шум при разнесенном приеме с автовыбором в соответ-
ствии с алгоритмом (8.1);
− по формулам (8.2)–(8.3) рассчитать помехоустойчивости
некогерентного приема сигналов ЧТ и ФТ для исследуемого канала
связи с релеевскими замираниями и сравнить полученные результаты между собой;
− исследовать, как при заданном число ветвей разнесения
(каналов приема), будет изменяться потенциальная помехоустой-
чивость некогерентного пространственно-разнесенного приема
сигналов ЧТ и ФТ с автовыбором ветви разнесения по максимуму
сигнала в условиях независимых релеевских замираний сигналов и
помех в каналах приема, если результирующее математическое
ожидание энергетического отношения сигнал/шум на входе при-
емника
будет изменяться от 1 до 1000 с шагом 1 (построим
графики, используя логарифмический масштаб осей);
− исследовать, как будет изменяться потенциальная помехо-
устойчивость некогерентного пространственно-разнесенного приема сигналов ЧТ и ФТ с автовыбором ветви разнесения по максимуму сигнала в условиях независимых релеевских замираний сигналов и помех в каналах приема, если результирующее математическое ожидание энергетического отношения сигнал/шум на входе
приемника
будет изменяться от 1 до 1000 с шагом 1, а число
ветвей разнесения (каналов приема) будет изменяться от 1 до 4 с
шагом 1 (построить графики, используя логарифмический масштаб
осей, раздельно для сигналов ЧТ и ФТ).
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]