Общая теория связи. Лабораторная работа №3. Исследование согласованного фильтра дискретных сигналов известной формы. Вариант 4.

Общая теория связи. Лабораторная работа No3. Вариант 4

Исследование согласованного фильтра дискретных сигналов известной формы

1 Цель работы
Экспериментальное исследование характеристик сложных дискретных сигналов и особенностей их приёма согласованным фильтром.

2 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 (стр. 180...185).
2. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи
сигналов. Учебник для вузов / – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1986 (стр. 181...184).

3 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
применение;
 дискретные последовательности Баркера, n-последовательности и др. и их функция корреляции;
 оптимальная фильтрация дискретных сигналов и дискретных последовательностей;
 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 12.1 – Кодовые последовательности Баркера
No бригады 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}

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 известны 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 нерекурсивного (трансверсального) фильтра можно построить согласованный фильтр для сигнала произвольной формы?
4.11 Опишите свойства дискретных последовательностей Баркера и
n-последовательностей максимальной длины регистра сдвига.

5 Описание лабораторной установки
3.1 Лабораторная установка выполнена в виде программно управляемой модели на ПЭВМ в составе штатного оборудования (процессор, дисковод, дисплей, принтер).
3.2 Загрузка ЭВМ производится с дискеты или винчестера (программа ДО SFiltr.ехе). В дальнейшем необходимо руководствоваться указаниями с дисплея и лабораторным заданием.
3.3 Краткое описание структурной схемы исследуемого оптимального (согласованного) фильтра, изображенного на рисунке 12.1, приводится ниже.



Импульсы последовательности Баркера (n=7), длительностью T=nи
поступают на линию задержки, имеющую отводы через каждые и , и далее через инвертирующие или не инвертирующие устройства (в соответствии с формой последовательности) на сумматор. Сигнал на выходе суммирующего
устройства после 2n 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 на входе фильтра (да) или отсутствии (нет) данной последова-тельности Баркера.

6 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, в том числе и инвертированного).
5.4 Исследовать влияние искажения элементов входной дискретной
последовательности на изменение формы сигнала на выходе согласованного фильтра (основного пик-выброса и боковых выбросов).

7 Порядок выполнения работы
6.1 Включить ЭВМ. Вызвать и запустить программу ДО SFiltr.ехе. 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 после-довательности из элементов {+1,- 1} длиной n (согласно варианту таблицы 2.1).
Для выполнения данного пункта необходимо:
а) для выбранной последовательности S(t) найти предварительно требуемую импульсную характеристику g(t) фильтра, который должен быть согласован 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 = kи, где –n k n. Значения y(kи) вводятся с клавиатуры по запросу ЭВМ.

Примечание: Pасчёт у(kи) 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, сделать необходимые выводы.
6.5  Исследовать влияние искажения 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 (согласованной) последовательности S(t) од-ним, двумя, тремя элементами. Для каждого случая записать значения уровней основного пика и максимального бокового выброса. Полученные результаты сравнить с результатами п. 6.3.

8 Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– структурную схему оптимального фильтра для заданной последова-тельности;
– результаты предварительных расчетов;
– графики полученных зависимостей;
– результаты сравнительного анализа;
– выводы.

Уважаемый студент дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Общая теория связи
Вид работы: Лабораторная работа 3
Оценка: Зачет
Дата оценки: 08.01.2020
Рецензия: Уважаемый .......................................,

Резван Иван Иванович