ОТС Мтуси Ответы на экзамен. Билеты которые скинул Миша. 1. Структурная схема системы радиосвязи. Назначение отдельных элементов Сообщения, сигналы и помехи как случайные процессы (СП) свойства фпв и фрв сп
 Скачать 7.07 Mb.
|
|
1. Структурная схема системы радиосвязи. Назначение отдельных элементов. ................. 3 2. Сообщения, сигналы и помехи как случайные процессы (СП); свойства ФПВ и ФРВ СП. ................................................................................................................................................... 5 3. Числовые характеристики СП; усреднение по множеству реализаций и по одной реализации ................................................................................................................................ 6 4. Функция корреляции (ФК) СП; свойства ФК. Преобразование Винера-Хинчина. .............. 8 5. Спектр плотности мощности (СПМ) СП; свойства СПМ. Преобразование Винера- Хинчина. .................................................................................................................................. 11 6. Узкополосный нормальный (гауссовский) СП; ФПВ мгновенных значений, огибающей и начальной фазы. ..................................................................................................................... 14 7. Модуляция. Сигналы АМ, БАМ и ОМ; их временные и спектральное представления. .. 15 8. Модуляция. Сигналы угловой модуляции (ЧМ и ФМ); их временное и спектральные представления. ....................................................................................................................... 19 9. Схемы и характеристики амплитудных модуляторов. ...................................................... 21 10. Схемы и характеристики сигналов угловой модуляции. ................................................. 24 11. Детектирование сигналов АМ; некогерентный амплитудный детектор; режимы работы. ................................................................................................................................................. 25 12. Когерентный детектор; синхронный режим, фазовая чувствительность и частотная избирательность. .................................................................................................................... 26 13. Частотный дискриминатор на расстроенных контурах. Расчет СХД. ............................ 28 14. Модели непрерывных каналов связи (НКС). Гауссовский и релеевский НКС.[УЧЕБНИК СТР 121 - 127] *выделить нужное* ......................................................................................... 29 15. Модели дискретных каналов связи (ДКС). Графы и основные характеристики. ........... 34 16. Теорема Котельникова. Дискретизация НС; теория временного и спектрального представлений. ..................................................................................................................... 835 17. Восстановление НС по дискретным отсчетам; вывод ряда Котельникова .................... 37 18. Цифровая система обработки и передачи НС. Метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) ....................................................................................................................................... 39 19. Расчет основных характеристик и параметров сигнала ИКМ. ....................................... 40 20. Обнаружение импульсных сигналов в шумах; расчет оптимального порога и вероятностей ошибок.............................................................................................................. 40 21. Синтез согласованного фильтра (СФ); вывод отношения сигнал/шум (ОСШ) на выходе СФ. ........................................................................................................................................... 42 22. Характеристики СФ во временной и спектральной областях; расчет отклика СФ. ....... 44 24. Оптимальный приемник ДС (ОПДС); критерии оптимальности и обобщенная схема. . 46 25. Алгоритмы и 2-х канальная схема работы ОПДС (когерентный прием в гауссовском КГ (КГС)) ....................................................................................................................................... 48 26. Алгоритм и одноканальная схема работы ОПДС (корреляционный приемник). ........... 50 27. Потенциальная помехоустойчивость ОПДС; расчет минимальной вероятности ошибки. ................................................................................................................................................. 51 28. Сравнение помехоустойчивости оптимального приемника сигналов ДАМ, ДЧМ и ДФМ. ................................................................................................................................................. 53 29. Информационные аспекты передачи сообщений; количественные меры информации. ................................................................................................................................................. 53 30. Энтропия источника независимых и зависимых ДС; свойства энтропии. ...................... 54 31. Скорость передачи и пропускная способность m-ичного симметричного КС. ............... 56 32. Энтропия источника независимых НС; энтропия гауссовского сообщения. .................. 56 33. Скорость передачи и пропускная способность непрерывного гауссовского КС. ........... 57 34. Повышение эффективности ЦСП с ИКМ (Цифровая система передачи с импульсно- кодовой модуляцией). Метод разностной ИКМ. Оптимизация фильтра-предсказателя. ... 58 35. Эффективное (статистическое) кодирование ДС; теорема Шеннона для идеального КС ............................................................................................................................................. 58 36. Принципы корректирующего (помехоустойчивого) кодирования и декодирования ДС.59 37. Корректирующий линейный код (КЛК); правила и схемы кодирования КЛК. ................. 60 38. Синдромный метод декодирования КЛК с обнаружением и исправлением ошибок. .... 61 39. Многоканальная система передачи (МСП). Принципы уплотнения и разделения сигналов в МСП. .......................................................................................................................... 62 40. МСП с частотным разделением каналов (ЧРК). ............................................................. 64 41. МСП с временным разделением каналов (ВРК). ........................................................... 64 Мемы 1. Структурная схема системы радиосвязи. Назначение отдельных элементов. Рисунок 1 Структурная схема цифровой системы передачи (ЦСПИ) Рисунок 2 Блок-схема аналого-цифрового преобразователя Оператор АЦП включает следующие фиксированные процедуры: первичное преобразование сообщения, низкочастотную фильтрацию посредством фильтра низких частот (ФНЧ), дискретизацию по времени (Дв), квантование по уровню (Кв), кодирование (Кд). Первичный преобразователь. В СПИ сообщение a(t) вначале преобразуется в электрическое напряжение (или ток), являющееся электрическим аналогом физического сообщения и называемого первичным сигналом b(t). Низкочастотная фильтрация — это процесс выделения низкочастотных компонент сигнала в полосе от 0 до Fx и подавления его высокочастотных компонент на частотах > Fx. ФНЧ необходим для ограничения полосы частот первичного сигнала с заданной точностью и применяется с целью уменьшения искажений из-за наложения спектров от продуктов временной дискретизации. Дискретизация — это процесс преобразования непрерывного сигнала (НС) b(t) в дискретно-непрерывный сигнал (ДНС) {bk = b(tk)}. В момент tk импульсы на выходе дискретизатора могут принимать любое значение, но в ограниченном диапазоне (bmax −bmin) ∈ B, называемом шкалой НС. Квантование в АЦП связано с округлением отсчетов bk до разрешенных уровней. Кодирование — это дискретное отображение элементов одного множества в элементы другого множества по определенному правилу. Модуляция. Следующим этапом преобразования сообщения в передающем устройстве СПИ (рис. 1.3) является процесс формирования сигнала для линии связи, называемый модуляцией. Модуляция — это процесс изменения по закону передаваемого сообщения одного или нескольких параметров переносчика. В модуляторе передатчика осуществляется отображение сообщения a(t) (первичного сигнала b(t)) или его кодового эквивалента { #„b (i) k } на параметры переносчика u( #„λ,t). Детектирование (демодуляция). Общее определение этого процесса в СПИ представляется так. Детектирование или демодуляция — это процесс выделения из наблюдаемого на приёме сигнала закона изменения одного или нескольких его информационных параметров. Параметр считается информационным, если в нем содержится передаваемое сообщение. Рисунок 3 Блок-схема цифро-аналогового преобразователя Декодирование — это процесс обратный кодированию, в результате которого осуществляется дискретное отображение элементов одного множества в элементы другого множества по определенному правилу. Ступенчатый интерполятор преобразует входные квантованные отсчеты дискретно- аналогового сигнала в последовательность прямоугольных импульсов длительностью ∆t. ФНЧ сглаживает интерполированную оценку с целью устранения высокочастотных компонентов, превышающих верхнюю частоту Fa передаваемого сообщения a(t). Вторичный преобразователь. Для согласования выхода детектора с входом получателя информации применяют различные устройства её отображения — вторичные преобразователи. 2. Сообщения, сигналы и помехи как случайные процессы (СП); свойства ФПВ и ФРВ СП. В основе большинства методов теории и техники связи лежит представление процесса передачи сигналов в виде случайного, развивающегося во времени процесса. Случайный означает то, что нельзя с точностью сказать развитие процесса в будущем. Связано это со стохастической(случайной) природой формирования, передачи и принятия сигналов. Поэтому сообщения, сигналы, шумы и помехи рассматривают как случайные процессы. В результате наблюдения за развитием сигнала во времени регистрируется некоторая функция времени x(t), называемая реализацией СП. Реализация СП есть функция детерминированная («предопределенная»). По мгновенным значениям определяют тип СП: непрерывный (аналоговые), дискретный и дискретно-непрерывный. Случайность выражается тем, что реализации могут случайным образом меняться от одного опыта к другому. Семейство таких реализаций {x i (t), i = 1, 2, ...} и есть случайный сигнал X(t). Если взять значения реализаций в момент времени t 1 , то это будет случайной величиной (СВ) X(t 1 ) = X 1 . Значения этой величины заранее не известны, но при большом кол-ве опытов можно заметить закономерность и выделить какой-то промежуток x < X 1 < x + ∆x, тогда отношение кол-ва испытаний n, в которых X 1 попал в этот промежуток, к общему кол-ву испытаний N будет показывать вероятность p, что СВ X 1 лежит в промежутке x < X 1 < x + Δx. Свойства функции распределения вероятностей (ФРВ) F(x) = p{X≤x}: 1) F(−∞) = 0; 2) F(∞) = 1; 3) ФРВ — неубывающая функция, т.е. F(x2) > F(x1) при x2 > x1; 4) ФРВ — безразмерна. ФПВ определяется как предел отношения к величине ∆x вероятности пребывания значений СВ X в интервале от x до x+∆x и записывается: 𝑊(𝑥) = lim ∆𝑥→0 𝑝{𝑥 ≤ 𝑋 < 𝑥 ≤ ∆𝑥} ∆𝑥 Свойства функции плотности вероятностей (ФПВ): 1) W(x) > 0, т.е. ФПВ — неотрицательная функция; 2) для ФПВ справедливо условие нормировки ∫ 𝑊(𝑥)𝑑𝑥 = 1 +∞ −∞ т.е. площадь под ФПВ равна единице; 3) размерность ФПВ обратна размерности СВ X и равна 1/[x] 3. Числовые характеристики СП; усреднение по множеству реализаций и по одной реализации 4. Функция корреляции (ФК) СП; свойства ФК. Преобразование Винера- Хинчина. Преобразование Винера-Хинчина 5. Спектр плотности мощности (СПМ) СП; свойства СПМ. Преобразование Винера-Хинчина. 6. Узкополосный нормальный (гауссовский) СП; ФПВ мгновенных значений, огибающей и начальной фазы. Гауссовский СП – это СП, мгновенные значения которого распределены по нормальному закону. Он имеет форму дюны. 7. Модуляция. Сигналы АМ, БАМ и ОМ; их временные и спектральное представления. Модуляция - это этап (процесс) преобразования сообщения в передающем устройстве СПИ. Обычно совершается после этапа кодирования. Процесс модуляции заключается в изменении одного или нескольких параметров переносчика по закону передаваемого сообщения. В модуляторе передатчика осуществляется отображение сообщения a(t) (первичного сигнала b(t)) или его кодового эквивалента { b k (i) } на параметры переносчика u( λ,t). В зависимости от вида организации СПИ в качестве переносчика используют различного вида стандартные электрические колебания. Так, при гармоническом переносчике в результате изменения некоторого его параметра λ i , i = 1, 2, 3 (при фиксированных других параметрах) получают соответственно модулированные сигналы: аналоговой амплитудной модуляции (АМ) λ 1 =U, аналоговой частотной модуляции (ЧМ) λ 2 = ω и аналоговой фазовой модуляции (ФМ) λ 3 = ϕ. Сигнал АМ - это высокочастотное гармоническое колебание с постоянными частотой и начальной фазой, амплитуда которого изменяется по закону передаваемого низкочастотного сообщения (первичного сигнала b(t)). Записывая закон изменения амплитуды (огибающей АМ сигнала) в виде можно получить выражение для сигнала амплитудной модуляции: где: U m — амплитуда; ω 0 — частота; ϕ 0 — начальная фаза переносчика; k АМ — постоянная, численно равная крутизне статической модуляционной характеристики (СМХ) амплитудного модулятора в рабочей точке; b m — амплитуда сообщения b(t); x(t) = b(t)/b m — нормированное сообщение (первичный сигнал); m АМ — коэффициент глубины амплитудной модуляции, равный или Спектральное представление модулированного сигнала состоит в разложении его на элементарные гармонические составляющие с различными частотами. Так, полагая в (4.6) ϕ 0 = 0, преобразуем АМ сигнал (4.6) к виду Анализ спектрального состава АМ сигнала показывает, что он ни спектрально, ни энергетически не эффективен. Так, полезная информация передается только в полосе сообщения, но АМ сигнал требует полосу частот в два раза большую: КПД АМ: Из этого следует, что даже при максимальной глубине модуляции m АМ = 1 КПД АМ составляет 33%. Поэтому для повышения энергетической эффективности систем с АМ часто используют другие сигналы Сигнал балансной модуляции (БМ/БАМ) или АМ сигнал с подавленной несущей. Поскольку подавление несущей в практических схемах осуществляется с помощью балансных схем, то такой вид модуляции называют балансной модуляцией, а сигналы — сигналами балансной модуляции (БМ), определяемых выражением Спектр сигнала БМ показан ниже (д). Энергетически он более эффективен, так как здесь мощность на несущую не тратится, а на каждую из боковых полос тратится не 33%, как в АМ, а уже 50%. Сигнал однополосной амплитудной модуляции (ОАМ/ОМ). В настоящее время в связи с необходимостью эффективного и экономного использования частотного диапазона, отводимого для организации связи, на практике широко используются системы связи с однополосной модуляцией, которые позволяют значительно сократить необходимую для передачи информации эффективную полосу частот канала связи. Так как боковые полосы сигнала БМ с информационной точки зрения совершенно идентичны, то можно ограничиться передачей составляющих только одной из боковых полос. Сигналы АМ с подавленной несущей и одной боковой полосой частот сокращенно называют сигналами однополосной АМ (ОМ). Спектр сигнала ОМ и нижней боковой полосой показан на рис. 4.2,е. Сигнал ОМ в общем случае представляется в виде ,где U m - амплитуда, ф - начальная фаза сигнала, b (t) - функция, сопряженная по Гильберту с функцией сообщения. не слишком много, не? 8. Модуляция. Сигналы угловой модуляции (ЧМ и ФМ); их временное и спектральные представления. Модуляция - см. вопрос 7. Сигналы фазовой модуляции (ФМ) и сигналы частотной модуляции (ЧМ) относятся к классу сигналов угловой модуляции (УМ). У всех сигналов угловой модуляции постоянная амплитуда. Сигнал фазовой модуляции — это высокочастотное гармоническое колебание, начальная фаза (угол) которого изменяется по закону передаваемого низкочастотного сообщения или первичного сигнала b(t). Закон изменения начальной фазы (угла) ФМ сигнала: Выражение сигнала фазовой модуляции: U m — амплитуда; ω 0 — частота; ϕ 0 — начальная фаза переносчика; k ФМ — постоянная, численно равная крутизне статической модуляционной характеристики (СМХ) фазового модулятора в рабочей точке; b m — амплитуда сообщения (первичного сигнала) b(t); x(t)=b(t)/b m — нормированное сообщение; m ФМ — индекс ФМ, показывающий максимальное отклонения фазы ФМ сигнала от начальной фазы ϕ 0 переносчика. В сигнале ФМ с изменением начальной фазы происходит изменение частоты по закону: Ψ ФМ (t) — полная фаза, а ω ФМ (t) — текущая (мгновенная) частота или скорость изменения полной фазы ФМ сигнала. Сигнал частотной модуляции (ЧМ) — это высокочастотное гармоническое колебание с постоянной амплитудой, мгновенная частота которого изменяется по закону передаваемого низкочастотного сообщения или первичного сигнала b(t). 3акон изменения мгновенной частоты ЧМ сигнала: Полная фаза (угол): Сигнал частотной модуляции: U m — амплитуда; ω 0 — частота; ϕ 0 — начальная фаза переносчика; k ЧМ — постоянная, численно равная крутизне статической модуляционной характеристики (СМХ) частотного модулятора в рабочей точке; b m — амплитуда сообщения (первичного сигнала) b(t); x(t) = b(t)/b m — нормированное сообщение; ω d — девиация частоты, показывающая максимальное отклонение частоты ЧМ сигнала от частоты ω 0 переносчика. В сигнале ЧМ (полная фаза) с изменением мгновенной частоты по закону (4.19) происходит изменение фазы (угла) по закону: |