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.
|
|
При модуляции одним тоном: где для сигнала ФМ индекс ФМ равен m ФМ = ϕ max −ϕ 0 = k ФМ b m , а для сигнала ЧМ индекс ЧМ равен m ЧМ = ϕ max −ϕ0 = ω d /Ω – графики совпадают с точностью до индекса модуляции его временная диаграмма изображена на рис. 4.5. 9. Схемы и характеристики амплитудных модуляторов. Маловероятный ответ: Основу амплитудного модулятора составляют нелинейный элемент — это полевой транзистор VT с характеристикой прямой передачи или ВАХ i c = ϕ(u зи ) и индуктивно-емкостной LC колебательный контур. Здесь u(t) = U m cos(ω 0 t) — высокочастотный гармонический переносчик, b(t) — низкочастотное сообщение, E 0 — напряжение смещения затвор-исток в рабочей точке, E c — напряжение питания стока транзистора. Другие элементы играют вспомогательную роль. Под действием на входе транзистора суммы трех напряжений: Через транзистор протекает ток стока Для построения СМХ из справочника берут характеристику прямой передачи транзистора — зависимость тока стока от напряжения затвор– исток Более вероятный ответ: Для выбора режима работы модулятора и оценки качества его работы используют различные характеристики, основными из которых являются: статическая модуляционная, динамическая модуляционная и частотная характеристики. А) Статическая модуляционная характеристика (СМХ) – это зависимость амплитуды выходного напряжения модулятора от напряжения смещения при постоянной амплитуде напряжения несущей частоты на входе. При экспериментальном определении статической модуляционной характеристики на вход модулятора подается только напряжение несущей частоты (модулирующий сигнал не подается), изменяется величина Uсм (как бы имитируется изменение модулирующего сигнала в статике) и фиксируется изменение амплитуды несущего колебания на выходе. Вид характеристики (рис. а) определяется динамикой изменения средней крутизны ВАХ(вольтамперная характеристика) при изменении напряжения смещения. Линейный возрастающий участок СМХ соответствует квадратичному участку ВАХ, так как на этом участке с ростом напряжения смещения средняя крутизна растет. Горизонтальный участок СМХ соответствует линейному участку ВАХ, т.е. участку с постоянной средней крутизной. При переходе транзистора в режим насыщения появляется горизонтальный участок ВАХ с нулевой крутизной, что и отражается спадом СМХ. Статическая модуляционная характеристика позволяет определить величину напряжения смещения Uсм0 и приемлемый диапазон изменения модулирующего сигнала Uм с целью обеспечения его линейной зависимости от выходного напряжения. Работа модулятора должна происходить в пределах линейного участка СМХ. Величина напряжения смещения должна соответствовать середине линейного участка, а максимальное значение модулирующего сигнала не должно выходить за пределы линейного участка СМХ. Можно также определить максимальный коэффициент модуляции mmax , при котором еще нет искажений. Его величина равна mmax U Uн . Б) Динамическая модуляционная характеристика (ДМХ) – это зависимость коэффициента модуляции от амплитуды модулирующего сигнала. Получить эту характеристику можно экспериментальным путем, либо по статической модуляционной характеристике. Вид ДМХ представлен на рис. б. Линейный участок характеристики соответствует работе модулятора в пределах линейного участка СМХ. В) Частотная характеристика – это зависимость коэффициента модуляции от частоты модулирующего сигнала. Влияние входного трансформатора приводит к завалу характеристики на низких частотах (рис. в). С ростом частоты модулирующего сигнала боковые составляющие амплитудно модулированного колебания удаляются от несущей частоты. Это приводит к их меньшему усилению в силу избирательных свойств колебательного контура, что обусловливает завал характеристики на более высоких частотах . Если полоса частот, занимаемая модулирующим сигналом, находится в пределах горизонтального участка 2 1 частотной характеристики, то искажения при модуляции будут минимальны. 10. Схемы и характеристики сигналов угловой модуляции Маловероятно: Для ФМ СМХ — это зависимость фазы LC контура от напряжения смещения на варикапе. Более вероятно: Сигналы, у которых изменяется полная фаза в соответствии с модулирующим сигналом называются сигналами с угловой модуляцией и бывают двух типов -сигналы с фазовой модуляцией (ФM) ,у сигналов с ФM полная фаза изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. Сигнал с частотной модуляцией (ЧM) ,в отличии от ФM при частотной модуляции происходит изменение мгновенной частоты радиосигнала. Основными характеристиками частотной модуляции являются девиация (отклонение) и индекс модуляции. Девиация частоты– наибольшее отклонение значения модулированного сигнала от значения его несущей частоты. Единицей девиации частоты является герц (Hz), а также кратные ему единицы. Индекс модуляции – отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала. При фазовой модуляции (ФМ) передаваемое сообщение изменяет значение фазы несущей. Фаза несущей изменяется пропорционально мгновенным значениям тока или напряжения модулируемого сообщения по закону где Аф - максимальный сдвиг по фазе или девиация фазы. При увеличении значений тока и напряжения (сообщения) частоты возникает опережение по фазе на величину Дфвт^Й, а при уменьшении - отставание по фазе. 11. Детектирование сигналов АМ; некогерентный амплитудный детектор; режимы работы. Детектирование (демодуляция) - это процесс выделения из наблюдаемого на приёме сигнала закона изменения одного или нескольких его информационных параметров. При гармоническом переносчике информационным параметром АМ сигнала является амплитуда. В связи различают амплитудное детектирование. Некогерентный амплитудный детектор (НД) представляет собой устройство, содержащее нелинейный преобразователь и ФНЧ. Нелинейный преобразователь искажает форму воздействующего на него модулированного сигнала. В результате этого на его выходе образуются полезные низкочастотные (содержащие сведения о передаваемом информационном параметре) и вредные высокочастотные составляющие. Задача ФНЧ — выделение полезных и подавление вредных составляющих отклика нелинейного преобразователя. Простейшая схема НД приведена на рис. 6.13. В ней роль нелинейного преобразователя играет кристаллический диод V D, обладающий односторонней проводимостью, а в качестве ФНЧ выступает RC фильтр (интегрирующая цепь). Диод может работать в двух различных режимах: без отсечки тока (на него подается входное воздействие малой амплитуды – не более 100…300 мВ) и с отсечкой тока (на него подается входное воздействие большой амплитуды – более 500…1000 мВ). Детектор, работающий в режиме малого сигнала, называется квадратичным, поскольку начальный участок ВАХ диода хорошо аппроксимируется полиномом второй степени. Детектор, работающий в режиме сильного сигнала, называется линейным, поскольку основным рабочим участком ВАХ диода является линейный. 12. Когерентный детектор; синхронный режим, фазовая чувствительность и частотная избирательность. Когерентный детектор. Если НД (Некогерентный детектор) это устройство с одним входом и одним выходом, реагирующим только на изменение амплитуды входного сигнала, то когерентный детектор (КД) представляет собой устройство с двумя входами и одним выходом. Синхронный способ передачи данных — способ передачи цифровых данных по последовательному интерфейсу, при котором приёмнику и передатчику известно время передачи данных, то есть, передатчик и приёмник работают синхронно, в такт. Избирательность. Данный параметр характеризует способность радиоприемника выделять полезный сигнал из помех. Если направления на источники сигнала и помех не совпадают, используется пространственная избирательность с применением направленной антенны. Однако меры, рассмотренные выше, в подавляющем большинстве не достаточны. Дальнейшая избирательность обеспечивается выбором избирательных цепей (систем) самого радиоприемного устройства. При рассмотрении избирательных свойств УПОС используется понятие «линейная избирательность»: ослабление помех, близких по частоте принимаемому полезному сигналу (соседних каналов). Ослабление соседних каналов обуславливается шириной полосы радиоприемника при их ослаблении в 10, 100, 1000 раз. Частотная избирательность характеризует способность выделять полезный сигнал из совокупности радиосигналов и помех, действующих на входе приёмника. Различают два вида частотной избирательности: линейную и реальную. Линейная избирательность определяет избирательные свойства приёмника в предположении, что весь тракт приёма линейный, а на его входе действует радиосигнал только одной частоты с относительно малой амплитудой. 13. Частотный дискриминатор на расстроенных контурах. Расчет СХД. Частотный детектор на расстроенных контурах. Среди различных схем частотных детекторов широкое применение находит частотный детектор на двух расстроенных контурах или частотный дискриминатор (ЧД). Схема детектора приведена на рис. 6.22. ЧД представляет собой нелинейную цепь — систему из двух колебательных контуров, расстроенных относительно частоты переносчика ω0. СХД ЧД изменяется практически линейно в некоторой полосе частот ∆ω = ω2 −ω1 с центральной частотой ω0 = (ω2 +ω1)/2 (рис. 6.23, сплошная линия). Следует отметить, что в практических схемах перед ЧД ставят ограничитель по уровню. Расстроенные контура здесь играют роль преобразователей сигнала ЧМ в сигнал АЧМ (амплитудно-частотной модуляции). Затем сигналы АЧМ детектируются амплитудными некогерентными детекторами (НД). Учитывая АЧХ LC контуров, получаем следующую зависимость для СХД частотного дискриминатора: Здесь k1,2 — постоянные; Z1,0, Z2,0 — эквивалентные сопротивления контуров на резонансных частотах ω1,2, где обобщенные расстройки вида ; Q1,2 — добротности контуров. Зависимости в (6.59) показаны на рис. 6.23 (рис. 6.23, штрихпунктирные линии). Если девиация частоты входного ЧМ сигнала выбирается из условия fд = ∆fm = fmax − f0 = f0/2Q, и Q1 = Q2 = Q, и k1 = k2 = kd, то СХД в пределах полосы частот [(f0−fд); (f0 +fд)] можно считать практически линейной. Рис. 6.22. Частотный дискриминатор Рис. 6.23. СХД частотного дискриминатора 14. Модели непрерывных каналов связи (НКС). Гауссовский и релеевский НКС. [УЧЕБНИК СТР 121 - 127] *выделить нужное* Модели НКС: 1. Физический канал Чаще всего физического КС (линии связи) представляют в виде схемы, содержащей последовательно соединенные перемножитель, нелинейный статический преобразователь, линейный динамический преобразователь и сумматор. Перемножитель отображает процесс изменения во времени коэффициента передачи среды распространения по одному лучу (однолучевые замирания). Нелинейный статический преобразователь с амплитудной характеристикой 𝑦 = 𝜑(𝑥) характеризует нелинейные искажения, возникающие из-за наличия нелинейных звеньев в КС. Линейный динамический преобразователь или фильтр с импульсной характеристикой 𝑞(𝑡, 𝜏) осуществляет линейное преобразование сигнала, наблюдаемое на его входе, и вызывает рассеивание (дисперсию) энергии сигнала по времени и частоте. Сумматор отображает различного вида аддитивные помехи 𝜉(𝑡), действующие в НКС. 2. Идеальный канал — это канал, не вносящий ни искажений, ни помех в процессе передачи. Идеальный канал можно применять как модель реального НКС, если соблюдаются следующие условия: любые помехи отсутствуют, оператор преобразования сигналов в канале V =V2V1 детерминирован и тождественен единичному. Если оператор V не единичный, то канал можно назвать квазиидеальным. Для анализа выходных сигналов с помощью этой модели необходимо знать характеристики входных сигналов и операторов V1 и V2. Модель квазиидеального канала слабо отражает реальные условия. Ее часто применяют для анализа линейных и нелинейных искажений модулированных сигналов в многоканальных системах проводной связи. 3. Гауссовский канал. Наиболее распространенной моделью НКС является так называемый гауссовский НКС. В структурной схеме такого канала: 4. Релеевский НКС. В большинстве реальных радио каналов существуют мультиплекативные помехи. Распространение сигнала происходит по нескольким путям, а следовательно время распространения и протяженность которых изменяется случайным образом. Если на вход гауссовского канала поступает широкополосный сигнал, для i-й компоненты которого коэфициент передачи k i , а фазовый сдиг φ i , то выходной сигнал НКС можно представить так: 15. Модели дискретных каналов связи (ДКС). Графы и основные характеристики. Канал называется дискретным, если пространство входных выходных сигналов дискретны. 16. Теорема Котельникова. Дискретизация НС; теория временного и спектрального представлений. Теорема Котельникова звучит следующим образом: любая непрерывная функция x(t) с ограниченным (финитным) спектром может быть точно представлена своими отсчетами 𝑥 𝑖 = 𝑥(𝑡 𝑖 = 𝑖∆𝑡), 𝑖 = 0, ±1, ±2, …, взятыми в моменты времени 𝑡 𝑖 , отстоящими друг от друга на интервал времени (интервал временной дискретизации). ∆𝑡 ≤ 𝜋 𝜔 𝑚 = 1 2𝐹 𝑚 Для частоты дискретизации справедливо неравенство: 𝑓 𝑑 = 1 ∆𝑡 ≥ 2𝐹 𝑚 Временное представление - стр. 42 Математической моделью процесса дискретизации служит преобразование в видк произведения двух сигналов: исходного аналогового сигнала x(t) и периодической импульсной последовательности 𝑢 ∆𝑡 (𝑡) вида: 𝑢 ∆𝑡 (𝑡) = ∑ 𝑢(𝑡 − 𝑖∆𝑡) ∞ 𝑖=−∞ Тогда отклик дискретизатора будет равен: 𝑥 𝑑 (𝑡) = 𝑥(𝑡) ∗ 𝑢 ∆𝑡 (𝑡) = ∑ 𝑥(𝑡 𝑖 ) ∗ 𝑢(𝑡 − 𝑖∆𝑡) ∞ 𝑖=−∞ = ∑ 𝑥 𝑖 ∗ 𝑢 𝑖 (𝑡) ∞ 𝑖=−∞ Спектральное представление — Из курса математического анализа известно, что если функция времени образована произведением двух других, то её спектр находится как свёртка спектров перемножаемых функций. Для расчёта отдельных спектров используется преобразование Фурье. Ряд Котельникова Ряд Котельникова выводится из обобщенного ряда Фурье с базисными функциями u n (nT) , и поэтому определяет функцию x(t) не только в точках отсчета, но и в любой момент времени. Теорема — любой НС с конечным спектром можно однозначно представить в виде отсчётов, взятых с частотой 2F, где F — верхняя частота спектра. Дискретизация — это процесс преобразования аналогового сигнала в дискретно- аналоговый сигнал. 17. Восстановление НС по дискретным отсчетам; вывод ряда Котельникова 18. Цифровая система обработки и передачи НС. Метод импульсно- кодовой модуляции (ИКМ) Сигнал ИКМ - это двоичный сигнал, однозначно соответствующий исходному аналоговому сигналу. Устройство, преобразующее аналоговый сигнал в цифровой, называют аналого-цифровым преобразователем (АЦП) Переход от непрерывного сигнала к сигналу ИКМ включает три основные операции: 1) Дискретизация исходного непрерывного сигнала в соответствии с теоремой Котельникова 2) Квантование по уровню импульсов-отсчетов. Диапазон допустимых значений x(t) разбивается на разрешенные уровни – уровни квантования. Операция квантования состоит в том, что вместо истинного значения амплитуды импульса передается ближайший разрешенный уровень. 3) Кодирование квантованных импульсов - отсчетов. Кодирование состоит в том, что вместо квантованного уровня передается комбинация кодовых символов. Если код – двоичный, то символами кода являются 1 и 0. Сигнал ИКМ передается в линию связи и поступает на вход приемника. Для восстановления на приемной стороне исходного непрерывного сигнала выполняются следующие операции: 1) Декодирование принятых кодовых комбинаций; т.е. принятая двоичная комбинация превращается в соответствующее десятичное число 2) Ступенчатый интерполятор преобразует входные квантованные отсчеты дискретно- аналогового сигнала в последовательность прямоугольных импульсов длительностью ∆t. 3) Полученные импульсы – отсчеты подаются на вход восстанавливающего фильтра, который теоретически должен быть идеальным фильтром нижних частот. 19. Расчет основных характеристик и параметров сигнала ИКМ. Интервал дискретизации: Общее количество кодовых комбинаций: N = m n где m - основание кода, n - длина кодовой комбинации Ширина спектра ИКМ: Дисперсия шума квантования: Шаг квантования: где N – количество уровней квантования. Umax- максимальный уровень однополярного сигнала. 20. Обнаружение импульсных сигналов в шумах; расчет оптимального порога и вероятностей ошибок. Для обнаружение импульсных сигналов в шумах можно принять правило: сигнал присутствует, если U (t) > E, т.е. превышает некоторый уровень, порог и что сигнал отсутствует в противоположном случае Ошибочный ответ может быть дан в двух несовместимых между собою случаях :1) когда сигнал отсутствует, V(t) = 0, но напряжение шума превышает уровень Е. 2) Когда сигнал присутствует, V(t) = 1, но сумма сигнала и шума не превышает уровня U(t). Если уровень выбрать высоким , то вероятность p(1/0) будет мала, но вероятность p(0/1) будет велика. Наоборот, при низком уровне Е мала будет вероятность p(0/1), но будет значительной вероятность p(1/0) Априорной вероятностью отсутствия сигнала зададимся q, а апостериорную вероятность превышения шумом уровня Е можно получить по одномерной функции распределения шума W(x). Апостериорную вероятность непревышения уровня Е можно получить, используя одномерную функцию распределения суммы сигнала и шума Так как события А и Б несовместимы, то вероятность ошибочного ответа Р(А или Б) равна: Р(А или Б) = Р(А) + Р(Б) = Следовательно, искомая вероятность правильного ответа Po равна: Вычисляя производную выражения вероятности правильного ответа по Е и приравнивая её нулю, получаем уравнение для определения оптимального уровня: |