Материал: Статистическая теория систем. практикум. Володько А.В., Останков А.В
Здесь Vd(t) – кодирующая информационная последовательность, Vс(t) – гармонический сигнал несущей частоты, VASK(t) – амплитудно модулированный сигнал.
Выполнение лабораторных заданий
Порядок исследования помехоустойчивости указанных методов кодирования, в общем случае совпадает с порядком выполнения экспериментальных заданий первой лабораторной работы. В качестве двузначной информационной комбинации рекомендуется выбрать две последние цифры номера зачетной книжки студента.
Задание 1. Исследование методов кодирования
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить исследование методов кодирования. Результатом работы является изучение осциллограмм исследуемых методов кодирования. В отчет следует занести осциллограммы кодированных сигналов.
Задание 2. Исследование помехоустойчивости
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить исследование помехоустойчивости кодированной последовательности. Результатом работы является построение экспериментальной таблицы помехоустойчивости кодирования (табл. 2. 1) и графика помехоустойчивости (рис. 2.6).
Задание 3. Тренировка навыков «ручного декодирования» передаваемой кодовой комбинации
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить декодирование исходной кодовой комбинации по осциллограмме кодированного сигнала. Результатом работы является осциллограмма кодированного сигнала и соответствующая ей декодированная двухзначная информационная комбинация.
По окончании выполнения лабораторных заданий обучающийся должен сделать соответствующие выводы и занести их в отчет.
2.7. Лабораторная работа «Исследование особенностей передачи информации методом частотной модуляции»
Необходимые теоретические сведения
Метод частотной модуляции дискретным кодом заключается в изменении частоты несущей сигнала по закону двоичной информации при неизменной амплитуде сигнала. В этом и других дискретных методах, применяется термин «Частотная манипуляция» (англ. «Frequency Shift Keying» (FSK)). Принцип формирования Частотно манипулированного сигнала представлен на рис. 2.12.
45
Рис. 2.12. Метод частотной модуляции [8]
Здесь Vd(t) – кодирующая информационная последовательность, V1(t) – первая гармоническая несущая, V2(t) – вторая гармоническая несущая, VFSK(t) – частотно-манипулированный сигнал.
Согласно осциллограммам сигналов представленных на рис. 2.12, модулятор сигнала выполняет функции мультиплексора, последовательно подключая на выход гармонический сигнал первой несущей V1(t) при наличии на информационном входе модулятора логической «1», и гармонический сигнал второй несущей V2(t) при логическом «0».
Частотно манипулированный сигнал обладает большей помехоустойчивостью по сравнению с амплитудной манипуляцией. Это объясняется в первую очередь тем, что такой сигнал относится к классу сигналов с активной паузой, кроме того, сигналы с частотной манипуляцией образуют ортогональный базис ансамбля сигналов. В специальной литературе [9] отмечается, что подобные сигналы обладают (при прочих равных условиях) лучшей помехоустойчивостью по сражению с методом Амплитудной модуляции, но худшей по сравнению с Фазовой манипуляцией.
Выполнение лабораторных заданий
Порядок исследования помехоустойчивости указанных методов кодирования, в общем случае совпадает с порядком выполнения экспериментальных заданий первой лабораторной работ. В качестве двузначной информационной
46
комбинации рекомендуется выбрать две последние цифры номера зачетной книжки студента.
Задание 1. Исследование методов кодирования
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить исследование методов кодирования. Результатом работы является изучение осциллограмм исследуемых методов кодирования. В отчет следует занести осциллограммы кодированных сигналов.
Задание 2. Исследование помехоустойчивости
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить исследование помехоустойчивости кодированной последовательности. Результатом работы является построение экспериментальной таблицы помехоустойчивости кодирования (табл. 2.1) и графика помехоустойчивости (рис. 2.6).
Задание 3. Тренировка навыков «ручного декодирования» передаваемой кодовой комбинации
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить декодирование исходной кодовой комбинации по осциллограмме кодированного сигнала. Результатом работы является осциллограмма кодированного сигнала и соответствующая ей декодированная двухзначная информационная комбинация.
По окончании выполнения лабораторных заданий обучающийся должен сделать соответствующие выводы и занести их в отчет.
2.8. Лабораторная работа «Исследование особенностей передачи информации методом фазовой модуляции»
Необходимые теоретические сведения
Фазовая модуляция двоичным сигналом формирует последовательность непрерывных радиоимпульсов с отличающейся начальной фазой (0 , +π). В отечественной литературе такой дискретный метод модуляции фазы нашел название «Фазовая манипуляция». Метод формирования фазоманипулированных сигналов представлен на рис. 2.13.
Аппаратно метод манипуляции может быть реализован на базе линейного аналогового перемножителя, на первый вход которого подается непрерывный гармонический сигнал несущей, а на второй вход – управляющая двухполюсная кодирующая последовательность. В результате перемножения несущей с положительным импульсом кодирующей последовательности, формируется радиоимпульс, совпадающий по фазе с несущей. При умножении несущей на кодирующий импульс отрицательной полярности происходит «инверсия» несущей, в результате чего формируется радиоимпульс, сдвинутый по фазе относительно несущей на +π радиан.
47
Рис. 2.13. Метод формирования фазоманипулированного (ФМ) сигнала
[10]
Фазоманипулированный сигнал относится к классу сигналов с активной паузой и формирует ансамбль из двух противоположных сигналов. В специальной литературе [9] отмечается, что сигналы с фазовой манипуляцией обладают наилучшей помехоустойчивостью по сравнению с другими методами кодирования двоичной информации.
Выполнение лабораторных заданий
Порядок исследования помехоустойчивости указанных методов кодирования в общем случае совпадает с порядком выполнения экспериментальных заданий первой лабораторной работы. В качестве двузначной информационной комбинации рекомендуется выбрать две последние цифры номера зачетной книжки студента.
Задание 1. Исследование методов кодирования
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить исследование методов кодирования. Результатом работы являются изучение осциллограмм исследуемых методов кодирования. В отчет следует занести осциллограммы кодированных сигналов.
Задание 2. Исследование помехоустойчивости
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить исследование помехоустойчивости кодированной последовательности. Результатом работы является построение экспериментальной таблицы помехоустойчивости кодирования (табл. 2.1) и графика помехоустойчивости (рис. 2.6).
Задание 3. Тренировка навыков «ручного декодирования» передаваемой кодовой комбинации
Впроцессе выполнения заданий студенты должны осуществить декодирование исходной кодовой комбинации по осциллограмме кодированного сиг-
48
нала. Результатом работы является осциллограмма кодированного сигнала и соответствующая ей декодированная двухзначная информационная комбинация.
По окончании выполнения лабораторных заданий обучающийся должен сделать соответствующие выводы и занести их в отчет.
2.9. Лабораторная работа «Исследование особенностей квадратурной модуляции QAM»
Необходимые теоретические сведения [3]
Квадратурная амплитудная модуляция относится к классу многопозиционных сигналов. Известно, что с увеличением объема ансамбля сигналов увеличивается количество информации (энтропия сообщения), переносимой каждым сигналом ансамбля. Так, классическая фазовая манипуляция (0, π) составляет ансамбль двух сигналов, таким образом, максимальное количество информации в расчете на один принятый сигнал составляет 1 бит (BPSK рис. 2.14, а). Объем ансамбля можно увеличить, например, снизив количество градаций фазы между сигналами ансамбля например до π/2 (QPSK рис. 2.14, б), где каждый сигнал потенциально может нести уже 2 бита информации, или же снизить количество градаций фазы до π/4 (8- PSK рис. 2.14, в), когда один принятый сигнал может нести до 3 бит информации. К сожалению, дальнейшее снижение градаций фазы между ансамблем сигнала приводит к резкому возрастанию взаимной корреляции и, как следствие, к снижению помехоустойчивости [9].
Одним из путей увеличения объема ансамбля сигналов является комбинация амплитудной и фазовой манипуляции, среди которых наибольшее распространение получила Квадратурная Амплитудная Модуляция (КАМ) или в иностранных источниках QAM (Quadrature Amplitude Modulation). При та-
ком методе модуляции изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость. В настоящее время используются способы модуляции, в которых число кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может достигать 8...9, а число позиций сигнала в сигнальном пространстве – 256...512. Так на рис. 2.15 представлен вид «фазового созвездия» сигнала
16 КАМ.
Широкое распространение ансамблей QAM – сигналов в первую очередь зиждется на относительной простоте их генерации. Так, согласно [3] сигнал амплитудно – фазовой манипуляции можно формировать методов взвешенного суммирования (с переменными коэффициентами) суммы ортогональных гармонических сигналов:
S(t) I(t)cos 2 f0t Q(t)sin 2 f0t ,
где I(t) и Q(t) – сигналы весовых коэффициентов (информационные сигналы).
49