Работа 16. Исследование некогерентных демодуляторов

 

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

1. Исследование сигналов в разных точках оптимального некогерентного демодулятора АМ сигналов.

2. Исследование сигналов в разных точках оптимального некогерентного демодулятора ЧМ сигналов.

3. Исследование сигналов в разных точках оптимального некогерентного демодулятора ОФМ сигналов.

4. Исследование сигналов в разных точках квазиоптимального некогерентного демодулятора АМ сигналов.

5. Исследование сигналов в разных точках квазиоптимального некогерентного демодулятора ЧМ сигналов.

6. Исследование влияния фазового сдвига ОФМ колебаний в линии связи на качество работы оптимального некогерентного демодулятора.

 

Задание 1

Убедитесь, что установлен некогерентный оптимальный демодулятор на согласованных фильтрах. Если нет, то активизируйте пункты меню «Параметры СПДС» / «Демодулятор» / «Некогерентный оптимальный». Зафиксируйте схему некогерентного оптимального демодулятора АМ сигналов на согласованном фильтре.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора и АЧХ фильтров в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе СФ1 (т. 6),

3) на выходе детектора (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 или s₁(t) = Usinω ₁t] 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 фильтр (СФ), согласованный с разностным сигналом s₁(t) – s₀(t) = Usinω ₁t по форме, и детектор огибающей. Детектор огибающей («Дет») состоит из безынерционного двухполупериодного выпрямителя и ФНЧ. Реакция детектора пропорциональна огибающей его входного сигнала (отклика СФ). На экране анализатора спектра и ИЧХ зеленой линией воспроизводится АЧХ ФНЧ.

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты огибающей реакции СФ с порогом (λ _пор = 0, 28 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 некогерентного приема двоичной СПДС

.

Алгоритм некогерентного приема АМ сигналов:

.

Задание 2

Зафиксируйте схему некогерентного оптимального демодулятора ЧМ сигналов на согласованных фильтрах. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора и АЧХ фильтров в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе детектора 1 (т. 7),

3) на выходе СФ2 (т. 8),

4) на выходе детектора 2 (т. 9).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание z(t) в виде аддитивной смеси сигнала [s₁(t) = Usinω ₁t или s₀(t) = Usinω ₀t] и реализации 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 (СФ1 и СФ0), согласованные с сигналами s₁(t) и s₀(t), соответственно, и детекторы огибающих. Детектор огибающей («Дет») состоит из безынерционного двухполупериодного выпрямителя и ФНЧ. Реакции детекторов пропорциональны огибающим их входных сигналов (откликов СФ1 и СФ0).

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты огибающих реакций СФ1 и СФ0 между собой. Если отсчет огибающей реакции СФ1 в верхней ветви превышает соответствующий отсчет в нижней ветви, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

Общий вид алгоритма оптимального некогерентного приема двоичной СПДС

.

Алгоритм некогерентного приема АМ сигналов:

.

 

Задание 3

Зафиксируйте схему некогерентного оптимального демодулятора ОФМ сигналов на согласованном фильтре. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора и АЧХ фильтра в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе перемножителя (т. 6),

3) на выходе ФНЧ (т. 7),

4) на выходе РУ демодулятора (т. 10).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание в виде аддитивной смеси сигнала [s₁(t) = Usinω ₁t или s₀(t) = –s₁(t) = –Usinω ₁t] и реализации шумового процесса n(t). Задача демодулятора состоит в принятии решения о переданном канальном символе («0» или «1») на основе анализа этого колебания на интервале длительностью 2T. На этом интервале сигналы с ОФМ являются ортогональными в усиленном смысле, что позволяет реализовать их некогерентный прием (в отличие от сигналов с ФМ). Анализ осуществляется ветвью, содержащей фильтр (СФ), согласованный с разностным сигналом 0, 5[s₁(t) – s₀(t)] = Usinω ₁t, элемент задержки реакции СФ на длительность сигнала Т, перемножитель текущей и задержанной реакций СФ и ФНЧ.

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

 

Задание 4

Активизируйте пункты меню «Параметры СПДС» / «Демодулятор» / «Некогерентный квазиоптимальный». Зафиксируйте схему некогерентного квазиоптимального демодулятора АМ сигналов. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора и АЧХ фильтров в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе ПФ1 (т. 6),

3) на выходе детектора (т. 7),

4) на выходе РУ демодулятора (т. 10).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание в виде аддитивной смеси сигнала [s₀(t) = 0 или s₁(t) = Usinω ₁t] 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 полосовой фильтр (ПФ), согласованный с разностным сигналом [s₁(t) – s₀(t) = Usinω ₁t] по ширине его спектра, и детектор огибающей. При выборе ширины полосы пропускания ПФ Δ f_ПФ = 1, 37/Т (по Сифорову В.И.) достигается максимальное отношение с/ш на выходе фильтра и минимальный энергетический проигрыш (0, 86 дБ) по сравнению с использованием СФ. Дополнительное снижение помехоустойчивости вызывается межсимвольной интерференцией, возникающей из-за наложения «хвостов» реакции ПФ от предшествующих посылок на последующие. Реакция детектора пропорциональна огибающей его входного сигнала (отклика ПФ). На экране анализатора спектра и ИЧХ зеленой линией воспроизводится АЧХ ФНЧ.

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты огибающей реакции СФ с порогом (U_пор = 0, 28 В). Если отсчет превышает порог, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

 

Задание 5

Зафиксируйте схему квазиоптимального некогерентного демодулятора ЧМ сигналов. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках демодулятора и АЧХ фильтров в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе ПФ1 (т. 6),

3) на выходе ПФ2 (т. 8),

4) на выходе детектора 2 (т. 9).

Комментарии и выводы

На входе демодулятора (т.5) действует колебание z(t) в виде аддитивной смеси сигнала [s₀(t) = Usinω ₀t или s₁(t) = Usinω ₁t] и реализации 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 Т.

Анализ осуществляется в ветвях, содержащих полосовые фильтры (ПФ1 и ПФ0) с прямоугольными АЧХ, согласованные с сигналами s₁(t) и s₀(t) по ширине их спектров, и детекторы огибающей. Последствия замены СФ на ПФ указаны в комментариях к заданию 4. Реакция детектора пропорциональна огибающей его входного сигнала (отклика ПФ1 или ПФ0).

Решающее устройство (РУ – компаратор) активируется стробирующими импульсами («kT») в моменты окончания каждого сигнала (такта) и сравнивает отсчеты огибающих реакций ПФ1 в верхней ветви и ПФ0 в нижней ветви между собой. Если отсчет верхней ветви превышает отсчет нижней, то на выходе компаратора формируется высокий потенциал (сообщение «1»), в противном случае – нулевой потенциал (сообщение «0»).

 

Задание 6

Исследуйте влияние фазового сдвига ОФМ сигнала в линии связи на работу некогерентного оптимального демодулятора. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы сигналов в разных точках демодулятора и запишите принятое сообщение (на выходе декодера) в следующем порядке по каналам:

1) на входе демодулятора (т. 5),

2) на выходе ФНЧ при фазовом сдвиге 0º (т. 7),

3) на выходе ФНЧ при фазовом сдвиге 90º (т. 7),

4) на выходе ФНЧ при фазовом сдвиге 180º (т. 7).

Комментарии и выводы

Наличие фазового сдвига Δ φ ≠ 0 между несущим колебанием (на входе демодулятора) и моментами взятия отсчетов («kT») огибающей реакции СФ (в демодуляторе) никак не сказывается на качестве приема при использовании некогерентного демодулятора. Это объясняется тем, что огибающая реакции СФ не зависит от ее фазовых сдвигов. Таким образом, ценой некоторого ухудшения помехоустойчивости достигается инвариантность к фазе принимаемого сигнала при переходе от когерентного к некогерентному приему.

Контрольные вопросы

 

1. Сформулируйте задачу синтеза оптимального некогерентного демодулятора.

2. Выберите подходящие выражения для алгоритма оптимального приема дискретных сообщений в канале с неопределенной фазой.

3. Выберите подходящие схемы оптимального некогерентного демодулятора.

4. Выберите подходящие системы ортогональных в усиленном смысле сигналов.

5. Выберите подходящие виды цифровой модуляции для некогерентного приема сигналов?

6. Выберите верные формулы для вычисления средней вероятности ошибочного некогерентного приема АМ, ЧМ и ОФМ сигналов.

7. В чем преимущества использования сигналов равных энергий при некогерентном приеме?

8. Укажите верные условия ортогональности сигналов в усиленном смысле.

9. Нарисуйте подходящие осциллограммы сигналов на выходах согласованного фильтра, детектора огибающей, решающего устройства.

10. Выберите верное выражение для вычисления огибающей при некогерентном приеме.

11. Выберите целесообразные схемы оптимального некогерентного демодулятора для системы сигналов с равными энергиями.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: