Порядок выполнения работы. 1. Используя программы shps.exe и spectr, исследуйте амплитудный

1. Используя программы shps.exe и spectr, исследуйте амплитудный, фазовый спектры и автокорреляционную функцию прямоугольного импульса в отсутствии шумов. Для этого необходимо:

· запустить shps.exe

· выбрать произвольный сигнал

· количество посылок - 1

· посылка - 1

· шум приравнять нулю

· отменить многолучевость

· не включать оптимальный фильтр

· запустить spectr.exe

· в меню «файл» необходимо открыть файлы для сигнала – posl.dat (на вопрос: Переписать? надо ответить: Нет), для спектра – spectr1 и корреляционной функции – korel1. Для расчета спектра и корреляционной функции нажать F9, для просмотра результатов используйте меню «просмотр результатов». Если график виден не достаточно детально, то, изменив конечное время или частоту, можно растянуть его по оси. Иногда удобно на одном графике смотреть и сигнал, и корреляционную функцию. Важно также обратить внимание на то, что графики возможно пронормированы. (нормировку можно отключить, тогда по оси Y будут реальные значения функций).

· обратите внимание - на каких частотах спектр прямоугольного импульса обращается в ноль и какую частоту можно считать граничной частотой. Как эти частоты связаны с длительностью импульса (0.05 сек)?

2. Исследуйте несколько кодов Баркера (например, с номерами 7, 11, и 13), сравните их амплитудные спектры, фазовые спектры и корреляционные функции между собой, а также со своими аналогами для прямоугольного импульса. (Вид спектров некоторых кодов имеется в [1] стр. 94). Для этого необходимо:

· в программе shps.exe выбрать код Баркера

· ввести номер кода

· шум приравнять нулю

· отменить многолучевость

· не включать оптимальный фильтр

· запустить spectr.exe

· в меню «файл» необходимо открыть файлы для сигнала – posl.dat, спектра – spectr2 и корреляционной функции – korel2. Для расчета спектра и корреляционной функции – F9, для просмотра результатов используйте меню «просмотр результатов». Чтобы сравнить спектр данного сигнала со спектром прямоугольного импульса, можно в меню "График Спектра" последовательно для просмотра выбрать файлы spectr2 и spectr1.

· Измерьте уровень боковых лепестков корреляционной функции кодов Баркера. Во сколько раз они меньше центрального максимума?

· Измерьте толщину основного лепестка. Как она зависит от номера кода и длительности элементарной посылки?

· Повторите ту же процедуру для другого номера кода (N=7,11,13).

3. Пронаблюдайте автокорреляционную функцию этих же сигналов при наличии шумов. Для этого следуйте той же схеме, что и раньше, но задайте несколько значений шума (0.05; 0.2).

4. С помощью программы shps.exe создайте сигналы с произвольными кодовыми последовательностями с длинами равными кодам Баркера, но с кодировками отличными от них. Сравните амплитудные спектры и корреляционные функции этих сигналов и кодов Баркера. Например, в случае с N=7 для этого надо:

· запустить shps.exe

· выбрать произвольный сигнал

· количество посылок - 7

· посылка - 1,0,1,1,1,0 (или любые другие посылки)

· шум приравнять нулю

· отменить многолучевость

· не включать оптимальный фильтр

· запустить spectr.exe

· измерьте уровень боковых липестков корреляционной функции.

· (наверняка они уже не будут одинаковыми и равными 1/N, а это приведет к ухудшению условий приема).

5. С помощью программы shps.exe создайте М-последовательность с m = 3...7. Для этого запустите программу, введите порядок характеристического многочлена и, используя таблицу 2, сам многочлен (любой из возможных). Коэффициент усечения выберите равным единице. Уровень шума - нулю. Исследуйте характеристики получившегося сигнала программой spectr: измерьте уровень боковых лепестков корреляционной функции, толщину основного максимума и ширину спектра сигнала. Для корреляционной функции m-последовательности с m=4 откройте файл korel3, т.к. она будет использоваться в дальнейшем.

6. Создайте произвольные последовательности с N=15 или m-последовательности с m=4 и характеристическим многочленом, которого нет в таблице 2. С помощью программы spectr.exe сравните корреляционную функцию полученной последовательности с корреляционной функцией "правильной" m-последовательности, которая сохранена в файле korel3.

7. Создайте периодическую m-последовательность с m=4, и посмотрите как изменится ее корреляционная функция по сравнению с одиночным m-сигналом. Характерные особенности можно пронаблюдать на сигнале представляющем собой две m-последовательности, следующие одна за другой. Для этого надо рассчитать длительность m-последовательности в секундах, и подставить полученное значение в качестве задержки между лучами. Корреляционная функция полученного сигнала будет иметь два основных пика и минимальный уровень боковых лепестков между ними.

8. Используя оптимальный фильтр, встроенный в программе, исследуйте при каком максимальном уровне помех возможно использование кодов Баркера для надежной передачи информации. Условием надежного приема будем считать требование превышения сигнала над уровнем помех в 2 раза. Для этого необходимо:

· в программе shps.exe выбрать код Баркера

· ввести номер кода (7, 11, 13)

· ввести уровень шума (0.5, 1, 1.5, 2, 3, …)

· отменить многолучевость

· включить оптимальный фильтр

· запустить spectr.exe

· в меню просмотр результатов выбрать график сигнала – optim.dat и там же optim_n.dat. Отключите нормировку. На экране будет сигнал на выходе фильтра и отдельно шум на выходе.

· Измерьте максимальный уровень сигнала и шума.

· Проделайте аналогичную операцию и для более длинных последовательностей (m-последовательностей пятого и большего порядка.) Вы увидите, что даже если помеха в несколько раз превышает полезный сигнал, информация может быть выделена с большой надежностью. Так m-последовательность длиной 127 элементарных посылок может быть скрыта в шуме в 12 раз превышающем амплитуду полезного сигнала. А оптимальным фильтром такую последовательность мы легко можем выделить из шума. Причем только фильтр настроенный именно на этот сигнал может его заметить. Это обстоятельство объясняет высокую скрытность широкополосных систем связи.

9. В реальной ситуации в точку приема приходят сигналы, отразившиеся от различных препятствий на пути распространения (слои ионосферы, здания, холмы и т.п.). Эти сигналы приходят с различным запаздыванием и, перекрываясь во времени, вызывают замирания результирующего сигнала. Исследуйте: какое время задержки должно быть между прямоугольными импульсами длительности 0.35 сек (7 посылок), чтобы при приеме они не накладывались бы друг на друга (их можно было различить). И какое время задержки должно быть между сигналами Баркера той же длительности (семизначный код), чтобы их можно было различить. Для этого необходимо:

· запустить shps.exe

· выбрать произвольный сигнал

· количество посылок - 7

· посылка - 1,1,1,1,1,1,1

· шум приравнять нулю

· задержка между лучами (0.05, 0.2, 0.04, 0.7, 0.8)

· включить оптимальный фильтр

· запустить spectr.exe

· посмотреть график сигнала на выходе фильтра – файл optim.dat

· подобрать такое время задержки, чтобы оба пика были четко разделены.

· проделайте то же самое для семизначного кода Баркера и определите минимальную задержку при которой эти сигналы можно разделить.

· сделайте вывод - какой из сигналов (прямоугольный или код Баркера) эффективнее применять для борьбы с многолучевостью.

Таблица 2. Некоторые характеристические многочлены, порождающие М-последовательности.

m=3	m=6	m=8
			m=10
m=4				m=12
	m=7	m=9
m=5
			m=11

Коэффициенты следуют в порядке а_m a_m-1 … a₁. Очевидно a₀, равное 1, в формировании М-последовательности не участвует

Контрольные вопросы

1. Что такое "сложные" сигналы? Чем объясняется их повышенная помехоустойчивость в сравнении с "простым" сигналом?

2. Фаза радиоимпульсного сигнала, манипулированного по закону семизначного кода Баркера. Суммарная длительность сигнала 35 мкс. Частота несущей - 100МГц. Определите:

а) ширину спектра сигнала;

б) базу сигнала;

в) при какой многолучевости целесообразно применять сигнал для выполнения условия разделения лучей;

г) как изменяется отношение сигнал/шум на выходе по сравнению со входом, если шум белый:

3. В прямоугольный радиоимпульсный сигнал 220мкс, обрабатываемый на приеме оптимально, ввели фазовую манипуляцию по закону Баркера с N = 11. Вопросы:

а) как изменится отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра;

б) как изменится разрешающая способность.

4. Образуйте М-последовательность по правилу d_j = d_j-u +d_j-3.

5. Какие задачи могут решаться при приеме сигнала в присутствии помех?

6. Назовите критерий согласованности фильтра с заданным сигналом.

7. Как учитываются параметры помехи при построении согласованного фильтра?

8. Дайте определение помехи типа белый шум.

9. Поясните физический смысл АЧХ и ФЧХ согласованного фильтра.

10. От чего зависит отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра?

11. Какой вид имеет сигнал на выходе согласованного фильтра?

Литература

1. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. В.Б. Пестрякова. – М., “Сов. радио”, 1973, -424c.

2. Ю.С. Лёзин. Введение в теорию радиотехнических систем. – М.: Радио и связь, 1985, -384c.

3. Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, -384c.

Дата добавления: 2015-09-03