69031

Сигналы и помехи в каналах со случайными параметрами. Источники и математические модели непрерывных помех

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для этих каналов характерно что свойства аддитивной помехи шума остаются прежними а понятие случайности относится только к видоизменениям принимаемой реализации сигнала. Случайный характер может носить как амплитуда так и фаза принятого сигнала.

Русский

2014-09-29

146 KB

12 чел.

Лекция 5.1

Тема 5. Сигналы и помехи в каналах со случайными параметрами.

Занятие 1. Источники и математические модели непрерывных помех.

Физическая природа, источники и классификация мультипликативных помех.

Математические модели воздействия мультипликативных помех на сигнал.

/2/. 131-135

/1/. 141-143

Учебные вопросы.

Физическая природа, источники и классификация мультипликативных помех.

Классификация каналов связи.

Как было отмечено в лекции 2.1, при передаче дискретных и непрерывных сообщений могут использоваться дискретные либо непрерывные сигналы.

В той же лекции была приведена классификация каналов по признаку изменения параметров физической среды передачи сигналов, т. е. линии связи или канала (в узком смысле).

Вместе с тем каналы могут быть классифицированы по признаку вида передаваемого канала на входе и выходе канала (в широком смысле). На рисунке 5.1.1 показана структура канала в различных сечениях.

(рисунок)

Из рисунка видно, что по мере преобразования сигнала канал по указанному признаку может классифицироваться и как дискретный и как непрерывный.

В теме 4 были рассмотрены свойства непрерывного канала (линии связи) с неслучайными параметрами.

В лекции 4.1 речь шла о свойствах идеального канала (без помех), который полностью определяется своей КПФ  и соответствующей ИХ . К свойствам идеального канала приближаются некоторые системы проводной связи (малой протяженности).

В лекции 4.2 рассмотрена модель непрерывного канала с неслучайными параметрами, которую называют гауссовым каналом. этот канал задается не только КПФ, но корреляционной функцией (или энергетическим спектром) флуктуационной помехи — гауссова стационарного шума при .

К гаусовскому каналу приближаются многие магистрали проводной связи, а также радиоканалы между стационарными корреспондентами диапазона УКВ и ДЦВ.

В теме 5 рассматриваются непрерывные каналы со случайными параметрами.

Для этих каналов характерно, что свойства аддитивной помехи (шума) остаются прежними, а понятие случайности относится только к видоизменениям принимаемой реализации сигнала . Случайный характер может носить как амплитуда так и фаза принятого сигнала.

Изменения, происходящие с амплитудой и фазой сигнала при прохождении его через линию связи, которые затрудняют регистрацию этого сигнала приемным устройством, называется мультипликативной помехой.

Мультипликативные помехи.

В канале со случайными параметрами различают две основных вида мультипликативных помех:

изменяющие фазу;

изменяющие амплитуду(и фазу);

Источники мультипликативных помех имеют двойную физическую природу:

аппаратура канала связи;

среда передачи сигнала.

Случайные изменения фазы определяются:

1) применительно к аппаратуре

случайными значениями начальных фаз при формировании сигналов;

фазовой нестабильностью опорных  генераторов;

2) применительно к среде передачи

изменениями температуры, давления, физического состояния среды (кабельной линии, ионосферы и т. п.), вызывающими изменение времени распространения сигнала;

изменениями времени распространения в результате отражений от неоднородной среды (ионосферы в КВ связи, воды в гидроакустической связи и т. п.).

Случайное изменения амплитуды определяются:

изменениями степени поглощения электромагнитной энергии в направляющей или отражающей среде.

взаимодействием (интерференцией) волн при рассеянии в некотором объеме (тропосферные линии, КВ линии и  т.п.)

Перечисленные источники воздействуют на сигнал с достаточно медленной скоростью. Происходящие при этом изменения амплитуды и фазы сигнала !! замирания ??????

Гораздо большая скорость изменения параметров сигнала происходит тогда, когда в точку приема приходит много откликов излученного сигнала (многолучевое распространение). Такое явление имеет место в каналах со случайной структурой, о которых речь пойдет в теме 6.

Математические модели воздействия мультипликативных помех на сигнал.

Если в качестве модели передаваемого сигнала использовать

    (5.1.1)

то действие мультипликативной помехи в канале со случайными параметрами в общем виде следует представить:

где — огибающая сигнала.

— мгновенная начальная фаза сигнала,

то действие мультипликативной помехи в канале со случайными параметрами в общем виде следует представить:

  (5.1.2)

где — множитель определяющий изменение огибающей (или амплитуды) принятого сигнала.

— слагаемое полной фазы принятого сигнала, определяющее изменение его фазы в канале;

— флуктуационная помеха.

Более наглядно действие мультипликативной помехи видно из представления следующего из (5.1.2)

   (5.1.3)

Т. о., действие мультипликативной помехи проявляется в случайном приращении фазы принимаемого сигнала.

Еще один вид записи (5.1.3) в виде:

показывает, что форма принятого сигнала  в общем случае отличается от формы передаваемого сигнала . Это обуславливает несоответствие спектров сигналов  и . Как правило спектр сигнала  шире. Поэтому каналы со случайными параметрами называют еще часто каналами с рассеиванием по частоте.

Частным, несколько упрощенным случаем является гауссов канал с неопределенной фазой.

  (5.1.4)

В данной модели действуют предположения:

1). — гауссов стационарный процесс, заданный КФ .

2).

3). — случайная величина.

Последнее предполагает два допущения:

случайная величина  равномерно распределена на отрезке :

распределение  неизвестно и подлежит оцениванию.

Собственно выражение (5.1.2) описывает однолучевый гауссов канал с общими замираниями (флуктуацией амплитуды и фазы) или, иначе; канал с неопределенной амплитудой и  неопределенной фазой. Чаще всего такая модель применима к радиоканалам, а также к проводным каналам большой протяженности.

Условия 1) и 3) для гауссова канала сохраняют силу. Условие 2) формируется иначе:

— случайная величина с плотностью распределения .

При описании такого рода каналов используют математический прием: выражения, полученные для гауссова канала с неопределенной фазой  интегрируемой с весом  по параметру  , который входит в .

— отношение мощности сигнала к спектральной плотности помехи.

— отношение мощности сигнала к спектральной плотности БШ на выходе решающей схемы при .

Наиболее универсальным в описании является плотность распределения обобщенных гауссовских замираний ( четырехпараметрическая модель с замираниями ).

(5.1.5)

где

— квадратурные гауссовы компоненты огибающей с параметрами  и  соответственно.

Интересным и полезным свойством распределения (5.1.5) является его трансформация в другие практически важные распределения в частных случаях соотношения между параметрами:

при  имеет место распределение Райса (см. Лекцию 2.9)

при  и  — односторонне нормальное ,  (5.1.6)

и  — распределение Релея

  (5.1.7)

Модель замираний вида (5.1.5), хотя и довольно хорошо аппроксимирует реальные физические процессы, однако приводит к громоздким вычислениям. Поэтому обычно используют более простые модели: релеевскую (при отсутствии регулярной составляющей) и райсовскую (при наличии регулярной илуктуирующей состваляющей).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22332. Функции в языке Си. Формальные и фактические параметры. Механизм передачи параметров. Возвращаемые значения. Использование указателей в качестве аргументов функций 44.5 KB
  ФУНКЦИИ В ЯЗЫКЕ СИ. Каждая из них в свою очередь есть независимый набор описаний и операторов заключенных между заголовком функции и ее концом. Все объекты определенные в теле функции ограниченном открывающей и закрывающей фигурными скобками являются локальными для этой функции в смысле области видимости и времени существования.
22333. Ввод и вывод в языке Си: общие концепции. Файлы данных и каталоги файлов. Внутренняя организация и типы файлов 76 KB
  h main { FILE stream; if stream = fopen data r == NULL printf Ошибка при открытии файла ; } Имя функции и назначение: fclose закрывает файл предварительно открытый для ввода вывода потоком Формат и описание аргументов: int fclosestream FILE stream; Указатель на открытый файл Возвращаемое значение равно нулю при нормальном завершении операции и EOF в случае возникновения ошибки.h...
22334. Общая структура программы на языке Си. Время существования и видимость переменных. Блоки. Классы памяти. Автоматические, внешние, статические и регистровые переменные. Рекурсивные функции. Реализация рекурсивных алгоритмов 51.5 KB
  ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ СИ. Та функция с которой начинается выполнение программы называется главной функцией. Она по существу является входной точкой программы и должна иметь предопределенное имя main.
22335. Структуры в языке Си: основные понятия. Массивы структур. Указатели на структуры. Вложение структур. Структуры и функции. Объединения. Перечисления. Определение и использование новых типов данных. Классы имен 45 KB
  Указатели на структуры. Структуры и функции. СТРУКТУРЫ В ЯЗЫКЕ СИ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ При решении задач вычислительной математики информационного обеспечения и системного программирования очень часто приходится сталкиваться с наборами данных имеющими достаточно сложную логическую организацию.
22336. Язык Си: историческая справка, общая характеристика, основные достоинства. Подготовка к выполнению и выполнение программ в операционной среде MS DOS. Элементы языка Си: множество символов, ключевые слова, константы и переменные, операции и операторы 35.5 KB
  В языке Си имеется большой набор управляющих конструкций для реализации циклических и разветвленных алгоритмов средства для блочного и модульного программирования а также возможность гибкого управления процессом выполнения программы. В заключение перечислим некоторые основные свойства языка Си: широкий набор управляющих конструкций для организации циклов и условных переходов обеспечивающих возможность написания гибких и хорошо структурированных программ; большой набор операторов и операций многие из...
22337. Понятие типа данных. Переменные и константы. Основные типы данных в языке Си: общая характеристика, машинное представление, описание данных в программе. Числовые, символьные и строковые константы 44 KB
  Арифметические операции и арифметические выражения. Операции отношения логические операции и логические выражения. Понятие типа включает в себя следующую информацию об элементе данных: допустимый набор значений которые объект этого типа может принимать в процессе работы программы совокупность всех указанных значений мы будем называть областью определения типа; состав операций которые разрешено выполнять над объектами данного типа; способ представления элемента данных рассматриваемого типа в памяти машины; ...
22339. Массивы переменные как однородные статические структуры данных. Строки символов. Инициализация переменных и массивов. Управляющие конструкции языка Си: синтаксис и семантика 47 KB
  Так например для представления строки содержащей 40 символов в программе необходимо иметь описание вида char string[41]; т. Имя функции и назначение: strcat добавление строки string2 в конец строки string1 Формат и описание аргументов: char strcatstring1 string2 char string1; Указатель на строкуприемник char string2; Указатель на строкуисточник Возвращаемое значение равно адресу начала стороки string1 т. Имя функции и назначение: strchr поиск первого вхождения символа sym в строку string...
22340. Преобразователи частоты (ПЧ) 264 KB
  Преобразователи частоты ПЧ Преобразователи частоты предназначены для переноса спектра радиосигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую. Рисунок Перенос спектра сигнала преобразователем частоты Обобщенная структурная схема ПЧ приведена на рисунке 2. ПЧ состоит из нелинейного элемента НЭ смесителя фильтра промежуточной частоты ФПЧ и гетеродина Г. Рисунок 2 Структурная схема преобразователя частоты Смеситель можно представить шестиполюсником на который подаются напряжения преобразуемого сигнала uC и гетеродина...