Работа 15. Исследование когерентных демодуляторов

 

Работа «Исследование когерентных демодуляторов» предназначена для изучения работы функциональных узлов, входящих в когерентные демодуляторы. Она содержит шесть заданий:

1. Исследование сигналов в разных точках когерентного демодулятора АМ сигналов на корреляторе.

2. Исследование сигналов в разных точках когерентного демодулятора ЧМ сигналов на корреляторах.

3. Исследование сигналов в разных точках когерентного демодулятора ФМ сигналов на корреляторе.

4. Исследование сигналов в разных точках когерентного демодулятора ЧМ сигналов на согласованных фильтрах.

5. Исследование влияния фазового сдвига ФМ колебаний в линии связи на качество работы когерентного демодулятора на корреляторе.

6. Исследование влияния фазового сдвига ФМ колебаний в линии связи на качество работы когерентного демодулятора на согласованном фильтре.

Задание 1

Нарисуйте схему когерентного демодулятора АМ сигналов на корреляторе. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе перемножителя (т. 6),

3) на выходе интегратора (т. 7),

4) на выходе РУ демодулятора (т. 10).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание z(t) в виде аддитивной смеси сигнала [s₀(t) = 0 (при передаче «0») или s₁(t) = Usinω ₁t (при передаче «1»)] с реализацией шумового процесса n(t). Задача демодулятора состоит в принятии решения о переданном канальном символе («0» или «1») на основе анализа этого колебания на интервале длительности сигнала.

Анализ осуществляется ветвью, содержащей коррелятор (совокупность опорного генератора, перемножителя и интегратора со сбросом), настроенной на разностный сигнал s₁(t) – s₀(t) = Usinω ₁t. Органом этой настройки является опорный генератор, вырабатывающий на каждом такте сигнал Usinω ₁t, совпадающий с передаваемым s₁(t) по частоте, амплитуде и фазе. На выходе перемножителя (т. 6) имеем произведение входного и опорного колебаний вида Usin²ω ₁t = 0, 5U – 0, 5Ucos2ω ₁t + n(t).

На выходе интегратора напряжение имеет вид суммы линейно нарастающей функции (при передаче «1») или константы 0 (при передаче «0») с шумовой составляющей.

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты выходного напряжения интегратора с порогом (0, 4 В). Если отсчет превышает порог, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

Общий вид алгоритма оптимального когерентного приема двоичной СПДС

,

где Е₀ – энергия сигнала s₀(t), Е₁ – энергия сигнала s₁(t).

 

Алгоритм когерентного приема АМ сигналов

.

Задание 2

Зафиксируйте схему когерентного демодулятора ЧМ сигналов на корреляторах. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе коррелятора 1 (т. 7),

3) на выходе коррелятора 2 (т. 9),

4) на выходе РУ демодулятора (т. 10).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание z(t) в виде аддитивной смеси сигнала [s₀(t) = Usinω ₀t (при передаче «0») или s₁(t) = Usinω ₁t (при передаче «1»)] с реализацией шумового процесса n(t). Задача демодулятора состоит в принятии решения о переданном канальном символе («0» или «1») на основе анализа этого колебания на интервале длительности сигнала.

Анализ осуществляется в ветвях, содержащих корреляторы, настроенные на сигналы s₁(t) и s₀(t), соответственно. Органами этой настройки являются опорные генераторы, вырабатывающие на каждом такте сигналы Usinω ₁t (в верхней ветви) и Usinω ₀t (в нижней ветви).

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты выходных напряжений ветвей. Если отсчет напряжения верхней ветви превышает отсчет нижней, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

Общий вид алгоритма оптимального когерентного приема двоичной СПДС:

,

где Е₀ – энергия сигнала s₀(t), Е₁ – энергия сигнала s₁(t).

Алгоритм когерентного приема ЧМ сигналов с равными энергиями (Е₀ = Е₁)

.

 

Задание 3

Зафиксируйте схему когерентного демодулятора ФМ сигналов на корреляторе. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе перемножителя (т. 6),

3) на выходе интегратора (т. 7),

4) на выходе РУ демодулятора (т. 10).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание z(t) в виде аддитивной смеси сигнала [s₁(t) = Usinω ₁t (при передаче «1») или s₀(t) = – s₁(t) = –Usinω ₁t (при передаче «0»)] с реализацией шумового процесса n(t). Задача демодулятора состоит в принятии решения о переданном канальном символе («0» или «1») на основе анализа этого колебания на интервале длительности сигнала.

Анализ осуществляется ветвью, содержащей коррелятор (совокупность опорного генератора, перемножителя и интегратора со сбросом), настроенной на разностный сигнал 0, 5[s₁(t) – s₀(t)] = Usinω ₁t. Органом этой настройки является опорный генератор, вырабатывающий на каждом такте сигнал Usinω ₁t. Опорное колебание совпадает с сигналом s₁(t) и отличается от s₀(t) полярностью. На выходе ветви (интегратора) напряжение имеет вид суммы линейно нарастающей (при передаче «1») или линейно убывающей (при передаче «0») функции с шумовой составляющей.

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты выходного напряжения интегратора с нулевым порогом. Если отсчет превышает порог, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

Общий вид алгоритма оптимального когерентного приема двоичной СПДС

,

где Е₀ – энергия сигнала s₀(t), Е₁ – энергия сигнала s₁(t).

Алгоритм когерентного приема ФМ сигналов с равными энергиями:

.

 

Задание 4

Установите когерентные модуляторы на согласованных фильтрах. Для этого активизируйте пункты меню «Параметры СПДС» / «Демодулятор» / «Когерентный на согласованных фильтрах». Зафиксируйте схему когерентного демодулятора ЧМ сигналов на согласованных фильтрах.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы, спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора и АЧХ согласованных фильтров (СФ1 и СФ2) в следующем порядке:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе СФ1 (т. 7),

3) на выходе СФ2 (т. 9),

4) на выходе РУ демодулятора (т. 10).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание z(t) в виде аддитивной смеси сигнала [s₀(t) = Usinω ₀t (при передаче «0») или s₁(t) = Usinω ₁t (при передаче «1»)] с реализацией шумового процесса n(t). Задача демодулятора состоит в принятии решения о переданном канальном символе («0» или «1») на основе анализа этого колебания на интервале длительности сигнала.

Анализ осуществляется в ветвях, содержащих фильтры, согласованные с сигналами s₁(t) и s₀(t), соответственно. АЧХ этих фильтров совпадают с огибающими амплитудных спектров «своих» сигналов. В отличии от корреляторов, СФ создают реакцию длительностью 2Т, что приводит к наложению «хвоста» реакции от предыдущего сигнала на начало реакции от последующего. Однако это не влияет на отсчеты реакции СФ в конце каждого такта, поскольку значения «хвостов» в эти моменты времени равны нулю.

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты выходных напряжений ветвей. Если отсчет напряжения верхней ветви превышает отсчет нижней, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

Общий вид алгоритма оптимального когерентного приема двоичной СПДС:

,

где Е₀ – энергия сигнала s₀(t), Е₁ – энергия сигнала s₁(t).

Алгоритм когерентного приема ЧМ сигналов с равными энергиями (Е₀ = Е₁) на СФ

.

 

Задание 5

Исследуйте влияние сдвига фазы ФМ сигналов в линии связи на их обработку в когерентном демодуляторе на корреляторе.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы на выходе коррелятора демодулятора (т. 7) и запишите принятые слова (на выходе декодера) в следующем порядке по каналам при сдвиге фазы:

1) 0º,

2) 45º,

3) 90º,

4) 180º.

Обратите внимание на ошибки приема сообщений в п. 3, которые меняются при повторении передачи, и на «обратную работу» в п. 4 с сохраняющимися ошибками при повторах передач.

Комментарии и выводы

Наличие фазового сдвига Δ φ ≠ 0 между несущим (на входе демодулятора) и опорным (на выходе генератора в демодуляторе) колебаниями вызывает уменьшение размаха реакции корреляторов, что существенным образом сказывается на качестве приема при использовании когерентного демодулятора. В частности:

1) при увеличении фазового сдвига от 0 до 90° снижается значение отсчетов пропорционально косинусу разности фаз (cosΔ φ ), что приводит к уменьшению их различия для разных сигналов и, следовательно, к снижению помехоустойчивости;

2) при фазовом сдвиге 90° отсчеты сигнальной составляющей реакции корреляторов становятся нулевыми (cosΔ φ = cos90° = 0), что приводит к «обрыву» канала;

3) при дальнейшем увеличении фазового сдвига от 90 до 180 градусов наряду с величиной меняется полярность отсчетов, что приводит к «обратной» работе, вызываемой инвертированием двоичных символов кодовых комбинаций на выходе демодулятора.

 

Задание 6

Исследуйте влияние сдвига фаз ФМ сигналов в линии связи на их обработку в когерентном демодуляторе на согласованном фильтре.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы на выходе СФ1 демодулятора (т. 7) и запишите принятые слова (на выходе декодера) в следующем порядке по каналам при сдвиге фазы:

1) 0º,

2) 45º,

3) 90º,

4) 180º.

Сопоставьте полученные результаты с аналогичными из предыдущего задания.

Комментарии и выводы

Наличие временного сдвига между несущим колебанием (на входе демодулятора) и моментами взятия отсчетов («kT») реакции СФ (в демодуляторе) существенным образом сказывается на качестве приема при использовании когерентного демодулятора. В частности:

1) при увеличении временного сдвига от 0 до четверти периода несущей частоты (0 < cosΔ φ < 90°) снижается значение отсчетов пропорционально cosΔ φ, что приводит к снижению помехоустойчивости;

2) при временном сдвиге в четверть периода (фазовом сдвиге 90°) отсчеты сигнальной составляющей реакции СФ становятся нулевыми, что приводит к «обрыву» канала;

3) при дальнейшем увеличении фазового сдвига от 90° до 180° (90° < cosΔ φ < 180°) наряду с величиной меняется полярность отсчетов (cosΔ φ < 0) что приводит к «обратной» работе, вызываемой инвертированием двоичных символов кодовых комбинаций на выходе демодулятора.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте задачу оптимального приема дискретных сообщений.

2. Что называют правилом решения (решающей схемой) демодулятора?

3. Что такое идеальный (оптимальный) приемник (демодулятор) дискретных сообщений?

4. Что понимают под потенциальной помехоустойчивостью приема дискретных сообщений?

5. В чем суть теории потенциальной помехоустойчивости?

6. Напишите выражения, используемые в качестве критериев качества приема дискретных сообщений.

7. В чем суть критерия идеального наблюдателя (критерия Котельникова)?

8. В чем суть критерия максимального правдоподобия?

9. В чем суть критерия минимального среднего риска?

10. В чем суть критерия Неймана-Пирсона?

11. Напишите подходящие выражения для алгоритма работы оптимального когерентного демодулятора.

12. Нарисуйте подходящие схемы оптимального когерентного демодулятора на корреляторах.

13. Нарисуйте подходящие схемы оптимального когерентного демодулятора на согласованных фильтрах.

14. Нарисуйте подходящие осциллограммы сигнала на выходе коррелятора оптимального когерентного демодулятора.

15. Нарисуйте подходящие осциллограммы сигнала на выходе согласованного фильтра оптимального когерентного демодулятора.

16. Нарисуйте подходящие осциллограммы сигнала на выходе оптимального когерентного демодулятора.

17.
Нарисуйте подходящие осциллограммы сигнала на выходе решающего устройства оптимального когерентного демодулятора.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: