17564

Канали передачі інформації

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №4 з дисципліни: Автоматизоване проектування ТЗЗІ Тема: Канали передачі інформації Контрольные вопросы и задания для Гауссового канала При определении отношения Es/No канала AWGN разд. 3.5 используется два опорных значения средней мощн

Украинкский

2013-07-04

2.02 MB

2 чел.

Лабораторна робота №4

з дисципліни: «Автоматизоване проектування ТЗЗІ»

Тема: «Канали передачі інформації»


Контрольные вопросы и задания для Гауссового канала

  1.  При определении отношения Es/No канала AWGN (разд. 3.5) используется два опорных значения средней мощности сигнала (параметр Ref. Average Comple Signal Power): 1 Вт на нагрузке 1 Ом или 13 дБм на нагрузке 50 Ом. Объясните происхождение последнего значения параметра. Измененяется ли при этом мощность, выделяемая на нагрузке 1 Ом и 50 Ом в приемнике, например измерителей средней мощности Average Power (разд. 3.10)? Ответ проверьте моделированием в схемах на рис. 6.2 или 6.5.
  2.  Изменяя амплитуду источника Sine на рис. 6.2, по значениям дисперсии, измеряемой регистратором Д5, определите действующее значение его напряжения и полную мощность.
  3.  Рассчитайте для каждой из восьми приведенных в тексте реализаций модуль  и фазу arctg (Д8/Д6) комплексного сигнала на выходе канала AWGN Complex и сравните полученные данные с показаниями регистраторов Д4 и Д7.
  4.  Преобразуйте реализации для средних значений сигналов (Д2 и Д10) в центрированные путем вычитания их значений в каждой реализации из усредненного значения М.
  5.  Используя ансамбль реализаций п. 4, установите статистическую взаимосвязь средних значений сигналов для каналов AWGN Real и Complex путем вычисления функций корреляции с использованием формулы:  где  —

попарное умножение двух соседних значений центрированной реализации. Первой парой будет произведение значений при WS = 100 и 200 шагов, второй — при WS = 200 и 300 и т. д.

6. Используя данные п. 4, проверьте соответствие распределения центрированных средних значений сигналов для каналов AWGN Real и Complex нормальному закону путем расчета дисперсии по обычной формуле  и с использованием простой средней ошибки , где  n = 8 — число реализаций в каждом ансамбле по параметру WS; -. — отклонение каждой реализации от среднего значения ансамбля (формулы взяты из справочника по математике И. Н. Бронштейна и К. А. Семендяева за 1964 год, с. 567—569).

Если полученные значения дисперсий отличаются на 5—10%, то это значит, что исследуемые последовательности случайных величин подчиняются нормальному закону распределения, в противном случае будем иметь отрицательный ответ.

Схема для испытания канала AWGN Real и Complex

Схема для испытания канала AWGN Real

1. Средняя мощность сигнала на выходе блока AWGN рассчитывется по формуле: Р=U2/R. Если учесть, что соглясно условиям Р=1 Вт, а R=1 Ом, то U2=1 В2. мощность в 13 дБм соответствует 0,02 Вт, тогда R=U2/Р=1/0,02=50 Ом. На значение мощности, измеряемой на выходной нагрузке изменение данного параметра блока AWGN не влияет.

2. полная  средняя мощность при нагрузке 1 Ом  равна дисперсии, действующее значение напряжения отсюда:

Амплитуда Ам

Полная средняя мощность Р

Напряжение U

1

0,5

0,71

2

2

1,41

3

4,5

2,12

5

8

2,83

5

12,5

3,54

3. Значение здействительной части комплекснго сигнала на выходе из блока AWGN (Д6) Re = 3,79, значение модуля мнимой части комплекснго сигнала на выходе из блока AWGN (Д8) Im = -9,68, отсюда:

модуль комплексного сигнала Mag == 10.4

фаза комплексного сигнала ph = arctg(-9.68/3.79) =  -1,197

Данные, полученные для восьми реализаций в схеме:

Ws

Д4

Д7

100

10,4

0,0289

200

10,4

-0,00861

300

10,4

-0,0502

400

10,4

-0,015

500

10,4

-0,0029

600

10,4

-0,034

700

10,4

-0,0022

800

10,4

-0,0109

4. Центрированне средние значения сигналов:

М

WS

100

200

300

400

500

600

700

800

8,08

Д2центр

-0,12

0,1

0,05

0,14

-0,03

-0,12

0,01

0,01

0,11

Д10центр

-0,21

-0,46

-0,14

-0,14

0,16

0,33

0,29

0,14

5. Функция корреляции для AWGN Real:

Rr= (-0.21)*(-0.46) + (-0.46)*(-0.14) + (-0.14)*(-0.14) + (-0.14)*0.16 + 0.16*0.33 + 0.33*0.29 + 0.29*0.14 = 0.3473

Функция корреляции для AWGN Complex:

Rcomp= (-0.12)*0.1 + 0.1*0.05 + 0.05*0.14 + 0.14*(-0.03) + (-0.03)*(-0.12) + (-0.12)*0.01 + 0.01*0.01 = -0.0179

6. Дисперсия для AWGN Complex:

Согласно полученным результам распределение случайных величин не является нормаьным.

Дисперсия для AWGN Real:

Согласно полученным результам распределение случайных величин не является нормаьным.

Контрольное задание для бинарного симметричного канала

Проведите моделирование схемы на рис. 6.6 при вероятности ошибки передачи одиночного бита (параметр Channel Error Probability) BSC канала 0,2, 0,4 и 0,8. Проведите для этих случаев расчет вероятности p(q) безошибочной передачи последовательности из 8 бит.

Вероятность  ошибки передачи одиночного бита  - 0,2.

Вероятность  ошибки передачи одиночного бита  - 0,4.

Вероятность  ошибки передачи одиночного бита  - 0,8.

Расчет вероятности p(q) безошибочной передачи последовательности из 8 бит:

№ п/п

n

q

qД1

p

p(q)

1

8

3

0.298

0.2

56

0.147

2

8

4

0.398

0.4

70

0.232

3

8

5

0.701

0.8

56 (8)

0.147(0.336)

Контрольные вопросы и задания для много лучевого канала

  1.  Какие виды неоднородностей вызывают замирания сигналов в свободном пространстве (эфире)?
  2.  Чем вызывается многолучевое распространение сигнала? Для каких типов каналов оно характерно?
  3.  Что такое межсимвольная интерференция сигналов? Чем она вызывается в случае проводных линий связи?
  4.  Охарактеризуйте многолучевые каналы с доплеровским растяжением спектра сигнала. Что такое полоса когерентности для таких каналов?
  5.  Используя схему на рис. 6.6, путем варьирования фазы  и параметра  установите их значения, при которых блок Muitipath Channel начинает «учитывать» сигнал второго направления.
  6.  Варьируя значения задержки сигнала второго направления , получите зависимость действующего значения выходного напряжения канала (по показаниям ДЗ на рис. 6.8) от этого параметра. Найдите эмпирическую формулу для полученной зависимости.
  7.  Ознакомьтесь с результатами моделирования канала Muitipath в схеме представленной файлом Echo Cancel.vsm каталога Commsim (папка Samples), a также файлом Rummler.vsm.
  8.  Проведите моделирование схемы на рис. 6.11 при f = 0,01, 0,1, 0,3 и 1 Гц.

φ2=30 a2=0,2                     φ2=30 a2=0,5                    φ2=30 a2=0,9

φ2=90 a2=0,2                     φ2=90 a2=0,5                    φ2=90 a2=0,9

φ2=120 a2=0,2                     φ2=120 a2=0,5                    φ2=120 a2=0,9

φ2=180 a2=0,2                     φ2=180 a2=0,5                    φ2=180 a2=0,9

2. Зависимость действующего значения выходного напряжения канала от задержкивторого сигнала:

t2

U

0

0,244947

0,125

0,215858

0,250

0,14608

0,375

0,077172

0,5

0,048959

0,625

0,076462

0,75

0,141897

0,875

0,0206486

1

0,232997

Эмпирическая формула, описывающая данную зависимость:

U=(((a1×Am)2+(a2×Am)2+2(a1×Am)(a2×Am)cos(3600t2))/2)1/2

3.

4. Частота затухающих колебаний отраженного сигнала f = 0,01

Частота затухающих колебаний отраженного сигнала f = 0,1

Частота затухающих колебаний отраженного сигнала f = 0,3

Частота затухающих колебаний отраженного сигнала f = 1


Контрольные вопросы и задания для райсовского и релеевского канала

  1.   Что понимается под глубиной замираний? Используя режим Read Coordinates (закладка Options диалогового окна плоттера) и результаты осциллографических измерений на рис. 6.12 и 6.13, определите глубину замираний выходного сигнала райсовского и релеевского каналов.
  2.   Что такое скорость замираний? Определите ее значение по осциллограммам на рис. 6.12 и 6.13.
  3.   Проведите моделирование каналов при доплеровском смещении частоты(RMS Doppler Shift) 1 Гц и выполните п. 1 и 2 для этого случая.
  4.   Опишите математическими формулами работу субблока 6 на рис. 6.14, используя приведенное в тексте описание его состава и алгоритма работы.

Проведите испытания схемы на рис. 6.14 в режиме райсовского канала.

1. Глубина замираний (fading depth). Разница между максимальным и минимальным значениями огибающей принимаемого сигнала при замираниях. В каналах наземной связи глубина быстрых замираний обычно не превышает 25–30 дБ, а медленных – 10–15 дБ.

Для релеевского канала максимальное значение огибающей сигнала составит 1,44 В, а минимальное – 0,02 В, тогда глубина замираний составит 10lg(1,44/0,2)=18,6 Дб.

Для райсовского канала максимальное значение огибающей сигнала составит 1,6 В, а минимальное – 0,01 В, тогда глубина замираний составит 10lg(1,6/0,1)=22 Дб.

2. Скорость замираний принято характеризовать средним числом односторонних пересечений (снизу вверх или сверху вниз) в секунду огибающей сигнала с медианным уровнем.

Для релеевского канала медианное значение огибающей составляет 0,73 В, тогда согласно осциллограмме составит 35.

Для райсовского канала медианное значение огибающей составляет 0,805 В, тогда согласно осциллограмме составит 40.

 

3. Установим значение смещения частоты в 1 Гц.

Для релеевского канала:

- максимальное значение огибающей сигнала – 1,64 В;

- минимальное значение огибающей сигнала – 0,01 В:

- глубина замираний – 22,1 Дб.

- медианное значение – 0,825 В.

- скорость замираний – 36.

Для райсовоского канала:

- максимальное значение огибающей сигнала – 1,86 В;

- минимальное значение огибающей сигнала – 0,01 В:

- глубина замираний – 22,7 Дб.

- медианное значение – 0,935 В.

- скорость замираний – 33.

4. Субблок 6:

Аналитическая вид формулы, описывающей его работу, имеет вид:

Тут r – фаза исходного сигнала, l – фаза сигнала на выходе канала.

Райсовский канал:

Контрольные задания для каналов мобильной связи

  1.   Определите зависимость формы спектра и сигнала на выходе Jakes-канала (рис. 6.15) от числа термов (Number of Terms) и частоты Допплера (Doppler Frequency). Определите, какой из этих параметров влияет на ширину спектра.
  2.   Определите зависимость формы спектра и сигнала на выходе Fading-канала (рис. 6.16) от числа выборок внутреннего FIR фильтра (Number of Taps) и смещения допплеровской частоты (Doppler Shift). Определите, какой из этих параметров влияет на ширину спектра.
  3.   Проведите сравнительный анализ результатов по п. 1, 2.

1. Исследуем изменение формы и спектра сигнала Jakes-канала, вызванные изменением числа отсчетов n и смещения частоты FД.

FД=5 Гц, n=8;

FД=5 Гц, n=4;

 

FД=5 Гц, n=20;

 

FД=1 Гц, n=8;

 

FД=1 Гц, n=20;

 

FД=10 Гц, n=20;

 

1. Исследуем изменение формы и спектра сигнала Fading-канала, вызванные изменением числа выборок внутреннего фильтра n и смещения частоты FД.

FД=5 Гц, n=128;

FД=5 Гц, n=512;

 

FД=5 Гц, n=64;

 

FД=1 Гц, n=128;

 

FД=10 Гц, n=128;

 

FД=10 Гц, n=512;

 

3. Анализируя полученные осциллограммы можно сделать следующие выводы:

1) Для сигнала на выходе Jakes-канала изменение числа отсчетов никак не влияет на ширину спектра, но меняет его форму – с ростом числа отсчетов растет и количество пиков в спектре. На скорость замираний сигнала этот параметр также не влияет.

С увеличением смещения Доплеровской частоты также растет и ширина спектра сигнала и увеличивается скорость замираний сигнала на выходе канала.

2) Для сигнала на выходе Fading-канала изменение числа выборок внутреннего фильтра никак не влияет на ширину спектра, но ратстет амплитудное значения огибающей спектра. На скорость замираний сигнала этот параметр также не влияет.

С увеличением смещения Доплеровской частоты также растет и ширина спектра сигнала и увеличивается скорость замираний сигнала на выходе канала.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37908. Определение постоянной Планка методом задерживающего потенциала 120 KB
  Михайлов Определение постоянной Планка методом задерживающего потенциала: Методические указания к лабораторной работе № 80 по курсу общей физики Уфимск. Методические указания знакомят студентов с уравнением Эйнштейна для фотоэффекта и с методом задерживающего потенциала позволяющего определять постоянную Планка. Студентам предлагается экспериментально получить график зависимости задерживающего потенциала от частоты падающего на фотокатод света и вычислить постоянную Планка и работу выхода.
37909. ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ 951 KB
  Гипотеза деБройля 4 2. Контрольные вопросы 11 Список литературы 11 ЭЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 85 ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ Цель работы Изучение гипотезы деБройля о волновых свойствах микрочастиц. Определение длины волны деБройля электронов дифрагированных на образцах с кубической кристаллической решеткой. Теоретическая часть Гипотеза деБройля В 1924 г.
37910. Исследование зависимости теплового излучения абсолютно черного тела от температуры 104 KB
  Лабораторная работа № 86 Исследование зависимости теплового излучения абсолютно черного тела от температуры 1. Цель работы Исследование зависимости интегральной излучательной способности абсолютно черного тела от температуры и проверка выполнения закона СтефанаБольцмана. зависит от температуры тела. Для спектральной характеристики теплового излучения вводится понятие излучательной способности тела или спектральной плотности излучательности 2.
37911. Изучение поляризованного света и внутренних напряжений в твердых телах оптическим методом 338.5 KB
  16 Лабораторная работа № 66 Изучение поляризованного света и внутренних напряжений в твердых телах оптическим методом 1. Закон Малюса Из электромагнитной теории света вытекает что световые волны поперечны. Естественные источники света излучают волны неполяризованные. При взаимодействии света с веществом основное действие оказывает электрическая составляющая электромагнитного поля световой волны электрические взаимодействия сильнее магнитных.
37912. ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ СВЕТА 641.5 KB
  2 угол при вершине которой т. преломляющий угол равен P падает световая волна частоты ω угол падения равен i1. Угол наименьшего отклонения δ преломляющий угол P и показатель преломления связаны между собой соотношением .2 Угол отклонения лучей призмой тем больше чем больше преломляющий угол призмы.
37913. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ 1.85 MB
  13 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 68 ИЗУЧЕНИЕ Явления ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ 1. Определение коэффициентов поглощения исследуемых растворов в зависимости от длины волны поглощаемого света. Явление поглощения света веществом можно объяснить как с точки зрения волновых представлений так и с точки зрения квантовых представлений. С точки зрения квантовых представлений удается вычислить собственные частоты колебаний атомов и молекул на основе спектров поглощения.
37914. ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА НА ДВУМЕРНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКЕ 148 KB
  Теория одномерной дифракционной решетки достаточно подробно рассматривается в курсе общей физики. Положение главных максимумов в дифракционной картине такой решетки в случае нормального падения лучей определяется выражением
37915. Изучение вращения плоскости поляризации в растворах оптически активных веществ 181 KB
  4 Вращение плоскости поляризации в кристаллах.4 Вращение плоскости поляризации в аморфных веществах и растворах.7 Теория вращения плоскости поляризации8 Экспериментальная часть.18 Лабораторная работа № 70 Изучение вращения плоскости поляризации в растворах оптически активных веществ Цель работы 1.
37916. Изучение интерференции света в клиньях 2.01 MB
  Интерференция - одно из проявления волновых свойств света. Интерференция - частный случай сложения волн, при котором наблюдается устойчивая во времени картина перераспределения в пространстве энергии световых волн. Зрительно это проявляется в том, что возникают геометрические места (точки, линии, области)