Лабораторная работа 2 Исследование согласованного фильтра вариант 35

Методические указания к лабораторной работе
Тема: Исследование согласованного фильтра


1 Цель работы ...................................................................................................... 2
2 Предварительная подготовка к работе ........................................................... 2
3 Описание лабораторной установки ................................................................ 3
4 Вопросы для самостоятельной подготовки ................................................... 4
5 Лабораторное задание ..................................................................................... 4
6 Порядок выполнения работы .......................................................................... 4
7 Содержание отчета ........................................................................................... 5



1 Цель работы
Экспериментальное исследование сложных дискретных сигналов и осо-бенностей их приёма согласованным фильтром.
2 Предварительная подготовка
 2.1 Ознакомиться с описанием работы и изучить по указанной ниже литературе следующие вопросы:
 узкополосные и широкополосные сигналы и их свойства;
 шумоподобные сигналы (ШПС), их свойства, формирование и приме-нение;
 дискретные последовательности Баркера, n-последовательности и др. и их функция корреляции;
 оптимальная фильтрация дискретных сигналов и дискретных последо-вательностей;
 структурные схемы оптимальных фильтров дискретных последова-тельностей и отношение сигнал/шум на выходе фильтра;
 структурные схемы систем передачи и приема дискретных сигналов с использованием ШПС, сравнительная помехоустойчивость таких систем с применением и без применения ШПС;
2.2. Ответить (устно) на вопросы, поставленные в разделе 4 данной работы.
2.3. Для заданного варианта сигнала (в виде последовательности Баркера) рассчитать и построить функцию корреляции, нарисовать структурную схему оптимального фильтра для этого сигнала и его импульсную реакцию.

Таблица 2.1
№ варианта
(последняя цифра пароля- если 0, то 10)  Структура последовательности импульсов
1  {+1,+1,-1}
2  {+1,+1,-1,+1}
3  {+1,+1,+1,-1,+1}
4  {+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1}
5  {+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1}
6  {+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+1}
7  {-1,-1,-1,+1,-1}
8  {-1,-1,-1,+1,+1,-1,+1}
9  {-1,+1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,+1,+1,+1}
10  {-1,-1,-1,-1,-1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,+1,-1}
2.4.  Для подготовки к работе рекомендуется следующая литература:
1 Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи: Учебник для вузов связи / Под ред. Д.Д. Кловского. – М.: Радио и связь, 1999. – 432 с.
2 Основы теории помехоустойчивости дискретных сигналов: Учеб. пособие /А.А.Макаров, Л.А.Чиненков. - Новосибирск, СибГУТИ, 1997.
3 Методы повышения помехоустойчивости систем связи: Учеб. пособие /А.А.Макаров; Новосибирск, НЭИС, 1991.
4 Конспект лекций.

3 Описание лабораторной установки
3.1 Лабораторная установка выполнена в виде программно управляемой модели на ПЭВМ в составе оборудования (процессор, дисковод, дисплей, принтер).
3.2 При работе с программой необходимо руководствоваться указаниями с дисплея и лабораторным заданием.
3.3  Краткое описание структурной схемы исследуемого оптимального (согласованного) фильтра (рисунок 2.1) приводится ниже.

 
Импульсы последовательности Баркера (n = 7) длительностью T = nи поступают на линию задержки, имеющую отводы через каждые и , и далее че-рез инвертирующие или не инвертирующие устройства (в соответствии с фор-мой последовательности) на сумматор. Сигнал на выходе суммирующего уст-ройства после 2n тактовых интервалов и имеет вид функции корреляции входной последовательности. Для обнаружения сигнала на выходе фильтра может устанавливаться решающее устройство (РУ), в котором сигнал на выходе сумматора сравнивается с пороговым уровнем и принимается решение о присутствии (да) или отсутствии (нет) данной последовательности Баркера на входе фильтра.


4 Вопросы для самостоятельной подготовки
4.1 Дайте определение узкополосных и широкополосных сигналов.
4.2 Что общего и в чём различие потенциальной помехоустойчивости узкополосных и широкополосных сигналов (ШПС)?
4.3 Какие требования предъявляются к ШПС в практике их примене-ния?
4.4 Какие методы формирования широкополосных сигналов вам извест-ны и где они используются?
4.5 Приведите структурную схему системы передачи информации с ШПС?
4.6 Какой фильтр дискретных сигналов является оптимальным при белом гауссовском шуме? Почему он также называется согласованным?
4.7 Какой вид имеет импульсная и амплитудно-частотная характеристики оптимального фильтра дискретных сигналов?
4.8 Какую форму имеет сигнальная составляющая на выходе согласованного фильтра?
4.9 Как построить согласованный фильтр для последовательности прямоугольных импульсов?
4.10 Как, в принципе, на основе трансверсального фильтра можно по-строить согласованный фильтр для сигнала произвольной формы?
4.11 Опишите свойства дискретных последовательностей Баркера и
n-последовательностей максимальной длины регистра сдвига.
5 Лабораторное задание
5.1 Ознакомиться с особенностями экспериментального исследования на ЭВМ приёма дискретных сигналов согласованным фильтром (СФ).
5.2 Исследовать связь между импульсной характеристикой СФ и видом сигнала, с которым он должен быть согласован.
5.3 Исследовать форму сигнала на выходе согласованного фильтра при подаче на его вход различных сигналов (согласованного и несогласованных с фильтром).
5.4 Исследовать влияние искажения элементов входной дискретной по-следовательности на изменение формы сигнала на выходе согласованного фильтра.
6 Порядок выполнения работы
6.1 Включить ЭВМ. Вызвать и запустить программу Lab2_ЭВМ.exe. Последующие действия выполняются в соответствии с выводимыми на экран дисплея сообщениями в диалоговом режиме и лабораторным заданием.
6.2 Исследовать связь между импульсной характеристикой согласо-ванного фильтра и видом сигнала, с которым он должен быть согласован.
В качестве исходных сигналов используются дискретные кодовые последовательности из элементов {+1,- 1} длиной n (вариант таблицы 2.1).
Для выполнения данного пункта необходимо:
а) для выбранной последовательности S(t) найти предварительно требуе-мую импульсную характеристику g(t) фильтра, который должен быть согласо-ван с S(t);
б) в режиме запроса ЭВМ ввести с клавиатуры длину последовательности n, временную функцию сигнала S(t) и импульсную характеристику фильтра g(t). Зарисовать с экрана дисплея графики S(t) и g(t).
Примечание: ЭВМ оценивает правильность ответа студента, при трёх неправильных ответах студент к выполнению работы не допускается.
6.3 Исследовать форму сигнала на выходе согласованного фильтра при вводе сигнала, с которым он согласован. Для этого необходимо предварительно рассчитать временную функцию ожидаемого сигнала на выходе фильтра у(t) в виде последовательности значений для дискретных моментов времени
tk = kи, где –n  k  n. Значения y(kи) вводятся с клавиатуры по запросу ЭВМ.
Примечание: Pасчёт у(kи) основан на том, что напряжение на выходе СФ представляет собой по форме корреляционную функцию входного сигнала.
Зарисовать график сигнала у(t) на выходе согласованного фильтра.
6.4 Исследовать форму сигнала на выходе согласованного фильтра при вводе различных сигналов, с которыми фильтр не согласован, в том числе и сигнала, инвертированного по отношению к S(t).  
Зарисовать графики сигналов у(t) и сравнить их с сигналом у(t) предыдущего пункта.
6.5  Исследовать влияние искажений элементов входной последова-тельности S(t) на изменение формы сигнала на выходе согласованного фильтра и, прежде всего, на изменение основного максимума (пика, то есть y(t = T)) и уровня боковых выбросов.
Выполнение данного пункта производится по методике п. 6.4 (выполне-ние п. 6.5 можно объединить с п. 6.4), при этом вводятся последовательности, отличающиеся от используемой последовательности S(t) одним, двумя, тремя и т.д. элементами. Для каждого случая записать значения уровней основного пика и максимального бокового выброса. Полученные результаты сравнить с результатами п. 6.3.
7 Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– структурную схему оптимального фильтра для заданной последователь-ности;
– результаты предварительных расчетов;
– графики полученных зависимостей;
– результаты сравнительного анализа;
– выводы.