Прием сигналов на фоне помех

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Прием сигналов на фоне помех

Содержание

2. Модель сигнала в канале с АБГШ
3. Модель канала с затуханием и аддитивным шумом
4. Особенности приема сигналов Для проводных и кабельных систем основными проблемными факторами являются: ослабление (затухание) сигнала на
5. Проблемы затухания Полученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной для его обнаружения Мощность сигнала должна превышать мощность
6. Принцип телефонной передачи
7. Выделение аудио сигнала При телефонном разговоре (обмене сообщениями) ток постоянного напряжения и аудио сигнал разделяются путем
8. Работа аппарата После набора номера АТС посылает в сторону вызывающего телефонного аппарата тон «ждите» или «занято»
9. Тональный набор номер DTMF (dual-tone multi-frequency) – в этой системе цифры передаются двумя частотными (тонами) одновременно
10. Схема приемника тональных сигналов
11. Преимущества тонального набора номера Частоты выбраны таким образом, чтобы избежать гармонических помех от речевых сигналов Правильная
12. Потери мощности в свободном пространстве
13. Аппаратура передачи данных Функциональная схема аппаратуры передачи данных включает в себя: аппаратуру кодирования и сжатия источников
14. Функциональная схема аппаратуры передачи данных
15. Не зависит от параметров кода Значение Еb/N0 в приемнике не зависит от параметров используемого кода (n,k,
16. Преобразование сигналов в радиотехнике Преобразование исходного сообщения в электрический сигнал Модуляция колебания несущей частоты Перенос спектра
17. Качество передачи Характеризуется вероятностью ошибочного приема символа Случайные ошибки при цифровой передаче в основном связаны с
19. Антенны Антенна обеспечивает связь между фидерной линией и окружающей средой и служит для излучения или приема
20. Прием и демодуляция Пересекая приемную антенну, радиоволны наводят в ней э.д.с., которая усиливается в приемнике и
21. Схема супергетеродинного приемника
22. Радиоприемник Сигнал, принятый антенной, фильтруется полосовым фильтром (ПФ) и поступает на вход смесителя (СМ) через малошумящий
23. Параметры приемника Диапазон частот Чувствительность (способность принимать малые сигналы) Селективность (выражается ослаблением посторонних сигналов) Стабильность Потребляемая
24. Определение Чувствительность (дБм) – это мощность сигнала на входе приемника, при которой на выходе достигается заданное
25. Замирания Замирание (fading) – это изменение мощности полученного сигнала во времени, вызванное изменением параметров устройств связи
26. Многостанционный доступ Многостанционный доступ является характеристикой территориально – распределенной радиосистемы в отличие от многоканальной линии связи,
27. Три способа управления многоканальным доступом Закрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе группового сигнала постоянно выделены
28. Сигнал многолучевого канала Представляет собой сумму большого числа элементарных сигналов с разными амплитудами αi и случайными
29. Методы компенсации ошибок Прямое исправление ошибок – приемник исправляет битовые ошибки, основываясь только на информации входящего
30. Обнаружение сигналов С точки зрения математической статистики задачи обнаружения сигналов совпадают с задачами теории статистических решений
31. Математическая формулировка Задача проверки многих гипотез Пусть каждому значению параметра α = 1, 2, .. M
32. Демодуляция и обнаружение цифровых сигналов Демодуляцией называем процесс восстановления сигнала в неискаженный импульс Обнаружение – это
34. Критерий принятия решения Популярный критерий основан на минимизации вероятности ошибки Плотность условной вероятности называют также правдоподобием
35. Некоторые определения Согласованный фильтр – это линейное устройство, спроектированное для получения на выходе максимально возможного для
36. Определение Интеграл от произведения принятого сигнала s*(t) на копию переданного сигнала (прототипа) S(t) на интервале передачи
37. Метод многократного повторения принятого сигнала Несколько принятых (многолучевые) экземпляров сигнала оказываются по-разному искаженными помехами, так как
38. Накопление, или суммирование Чем больше «экземпляров» принятого сигнала, тем с большей уверенностью будет восстановлено исходное сообщение
39. Корреляционный метод приема Метод основан на измерении функции автокорреляции сигнала с помехой в приемнике Идея заключается
40. В аналоговых системах Для борьбы с межсимвольными помехами (замираниями) используют: метод разнесенного приема (искусственная комбинация нескольких
41. В цифровых системах Для борьбы с межсимвольными помехами дополнительно используют временное разнесение; помехоустойчивое кодирование
42. О борьбе При передачи информации методами фазовой манипуляции фаза колебания межсимвольной помехи на интервале времени Δτ
43. Пренебрегаем Для стандартных групповых скоростей передачи информации 2 Мбит/с и 8 Мбит/с влиянием межсимвольных помех можно
44. Возможные меры В качестве таких мер можно указать использование эквалайзеров – устройств, которые компенсируют в определенной
45. Некоторые термины Equalization – компенсация, выравнивание, коррекция
46. Принцип эквалайзера (гармонический фильтр-корректор)
47. Временные диаграммы
48. Определить амплитуды помех Величины w1,..wn есть амплитуды межсимвольных помех в тактовые моменты t1,…tn при приеме одного
49. Схема компенсации
50. Компенсаторы помех При возникновении ошибок при приеме двоичных сигналов также искажается компенсирующее напряжение на выходе сумматора
51. Наглядное представление принятого сигнала с помехой Глазковая диаграмма – это изображение, полученное в результате измерения отклика
52. Пример глазковой диаграммы
53. Дополнения ↓
54. Функциональная схема телефонного аппарата
55. Принцип действия телефона
57. Скачать презентацию

Слайд 2

Модель сигнала в канале с АБГШ

Слайд 3

Модель канала с затуханием и аддитивным шумом

Слайд 4

Особенности приема сигналов
Для проводных и кабельных систем основными проблемными факторами являются:

ослабление (затухание) сигнала на приемном конце и наводимые электромагнитные помехи.
Для беспроводных систем связи кроме затухания наиболее важными факторами осложнения приема сигнала являются: многолучевость и замирания.

Слайд 5

Проблемы затухания
Полученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной для его обнаружения
Мощность сигнала

должна превышать мощность шума
При повышении частоты затухание возрастает, что приводит к дополнительным искажениям

Слайд 6

Принцип телефонной передачи

Слайд 7

Выделение аудио сигнала
При телефонном разговоре (обмене сообщениями) ток постоянного напряжения и

аудио сигнал разделяются путем прохода аудио сигнала через конденсаторы емкостью около 2 мкФ и ограждения сигнала от линий питания с помощью дросселя (индуктивностью 5 Гн и сопротивлением порядка 200 Ом) в каждой линии

Слайд 8

Работа аппарата
После набора номера АТС посылает в сторону вызывающего телефонного аппарата

тон «ждите» или «занято»
После поднятия трубки вызываемого телефонного аппарата можно вести разговор

Слайд 9

Тональный набор номер
DTMF (dual-tone multi-frequency) – в этой системе цифры передаются

двумя частотными (тонами) одновременно
Кроме функции набора номера, система тонального набора позволяет осуществлять низкоскоростную передачу данных

Слайд 10

Схема приемника тональных сигналов

Слайд 11

Преимущества тонального набора номера
Частоты выбраны таким образом, чтобы избежать гармонических помех

от речевых сигналов
Правильная цифра определяется одним тоном из верхней частотной группы и одним – из нижней
Максимальная скорость набора номера в системе частотного набора составляет 7 цифр в секунду (на порядок больше, чем в импульсной)

Слайд 12

Потери мощности в свободном пространстве

Слайд 13

Аппаратура передачи данных
Функциональная схема аппаратуры передачи данных включает в себя:
аппаратуру кодирования

и сжатия источников сообщения
аппаратуру уплотнения сигналов и формирования формата сигнала
передающую радиочастотную аппаратуру

Слайд 14

Функциональная схема аппаратуры передачи данных

Слайд 15

Не зависит от параметров кода
Значение Еb/N0 в приемнике не зависит от

параметров используемого кода (n,k, …)
Значение Еb/N0 в приемнике зависит от отношения Р0 /N0 на приемной стороне и скорости передачи данных R: Еb/N0=Р0/(N0 R), где Р0 – средняя мощность принимаемого сигнала.

Слайд 16

Преобразование сигналов в радиотехнике
Преобразование исходного сообщения в электрический сигнал
Модуляция колебания несущей

частоты
Перенос спектра принятого колебания в область более низких частот (на промежуточную частоту) с помощью процесса гетеродинирования для облегчения последующей обработки (фильтрации)
Демодуляция принятого сигнала
Фильтрация, обеспечивающая оптимальное выделение передаваемого сообщения

Слайд 17

Качество передачи
Характеризуется вероятностью ошибочного приема символа
Случайные ошибки при цифровой передаче в

основном связаны с наличием теплового шума и межсимвольных помех на входе
Другими причинами ошибок служат помехи от других систем передачи, шумы естественного происхождения

Слайд 18

Слайд 19

Антенны
Антенна обеспечивает связь между фидерной линией и окружающей средой и служит

для излучения или приема электромагнитных волн
В системах, работающих на частотах свыше 1 ГГц, в качестве антенн используют излучающие поверхности, на более низких частотах – излучающие провода

Слайд 20

Прием и демодуляция
Пересекая приемную антенну, радиоволны наводят в ней э.д.с., которая

усиливается в приемнике и преобразуется в сигнал того вида, который был получен на выходе преобразователя информации в тракте передачи
Такое преобразование называется демодуляцией

Слайд 21

Схема супергетеродинного приемника

Слайд 22

Радиоприемник
Сигнал, принятый антенной, фильтруется полосовым фильтром (ПФ) и поступает на вход

смесителя (СМ) через малошумящий усилитель (МШУ) или непосредственно
На выходе смесителя частота принятого сигнала преобразуется в промежуточную fпр
После усиления в УПЧ сигнал демодулируется (ДМ) и поступает в оконечное оборудование

Слайд 23

Параметры приемника
Диапазон частот
Чувствительность (способность принимать малые сигналы)
Селективность (выражается ослаблением посторонних сигналов)
Стабильность
Потребляемая

мощность
Массогабаритностые характеристики

Слайд 24

Определение
Чувствительность (дБм) – это мощность сигнала на входе приемника, при которой

на выходе достигается заданное отношение сигнал/шум или заданная интенсивность ошибок

Слайд 25

Замирания
Замирание (fading) – это изменение мощности полученного сигнала во времени, вызванное

изменением параметров устройств связи или среды распространения
Различают быстрые и медленные замирания

Слайд 26

Многостанционный доступ
Многостанционный доступ является характеристикой территориально – распределенной радиосистемы в отличие

от многоканальной линии связи, где множество источников сигналов физически присутствуют на входе многоканальной линии связи и, вследствие этого, отсутствуют проблемы синхронизации источников сигналов отдельных каналов

Слайд 27

Три способа управления многоканальным доступом
Закрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе

группового сигнала постоянно выделены для определенных станций)
Программное распределение каналов (частотные полосы предоставляются станциям по расписанию)
Незакрепленные каналы (любая станция может получить любой частотный канал, не занятый другой станцией)

Слайд 28

Сигнал многолучевого канала
Представляет собой сумму большого числа элементарных сигналов с разными

амплитудами αi и случайными запаздываниями Δτi
Время запаздывания сигнала в линии определяется максимальным запаздыванием
Для описания сигнала используют статистические характеристики

Слайд 29

Методы компенсации ошибок
Прямое исправление ошибок – приемник исправляет битовые ошибки, основываясь

только на информации входящего сигнала
Адаптивное выравнивание – используются методы взвешенного суммирования (концентрации) рассеянной энергии принимаемого символа
Разнесение (по частоте или времени) – заключается в создании множества логических каналов между приемником и передатчиком (с учетом того, что процессы замирания происходят независимо)

Слайд 30

Обнаружение сигналов
С точки зрения математической статистики задачи обнаружения сигналов совпадают с

задачами теории статистических решений (проверка гипотез и оценка параметров)
Рассматриваются только те решения, которые непосредственно основаны на отношении правдоподобия

Слайд 31

Математическая формулировка
Задача проверки многих гипотез
Пусть каждому значению параметра α = 1,

2, .. M соответствует точно известный сигнал s(t, α). Присоединим к набору значение α = 0, что обозначает гипотезу об отсутствии сигнала
Правило выбора решения сводится к вычислению для каждого α величин нормированных вероятностей и выбору события с наибольшей вероятностью

Слайд 32

Демодуляция и обнаружение цифровых сигналов
Демодуляцией называем процесс восстановления сигнала в неискаженный

импульс
Обнаружение – это принятие решения относительно цифрового значения этого сигнала

Слайд 33

Слайд 34

Критерий принятия решения
Популярный критерий основан на минимизации вероятности ошибки
Плотность условной вероятности

называют также правдоподобием
Принятие решения заключается в эффективном выборе гипотезы, соответствующей сигналу с максимальным правдоподобием

Слайд 35

Некоторые определения
Согласованный фильтр – это линейное устройство, спроектированное для получения на

выходе максимально возможного для данного передаваемого сигнала отношения сигнал/шум
Импульсная характеристика согласованного фильтра – это зеркальное отображение сигнала с некоторой задержкой
Работа согласованного фильтра описывается математической операцией свертки

Слайд 36

Определение
Интеграл от произведения принятого сигнала s*(t) на копию переданного сигнала (прототипа)

S(t) на интервале передачи символа представляет собой корреляцию
Для сравнения принятого сигнал s*(t) с возможными прототипами S1(t) … SM(t) используют набор из М корреляторов

Слайд 37

Метод многократного повторения принятого сигнала
Несколько принятых (многолучевые) экземпляров сигнала оказываются по-разному

искаженными помехами, так как сигнал и помеха – процессы независимые
Сличая в приемнике несколько экземпляров одного и того же сигнала, можно восстановить истинную форму передаваемого сигнала

Слайд 38

Накопление, или суммирование
Чем больше «экземпляров» принятого сигнала, тем с большей уверенностью

будет восстановлено исходное сообщение
В конечном счете процесс сводится к некоторому «взвешенному» суммированию отдельных образов принимаемого сигнала

Слайд 39

Корреляционный метод приема
Метод основан на измерении функции автокорреляции сигнала с помехой

в приемнике
Идея заключается в использовании того факта, что функция корреляции беспорядочной помехи всегда убывает с возрастанием аргумента (времени), тогда как функция корреляции периодического (многократно повторенного) сигнала периодична

Слайд 40

В аналоговых системах
Для борьбы с межсимвольными помехами (замираниями) используют: метод разнесенного

приема (искусственная комбинация нескольких разнесенных копий принимаемого сигнала); метод оптимального приема (с использованием широкополосных сигналов); метод адаптивного приема (с использованием сведений о тракте)

Слайд 41

В цифровых системах
Для борьбы с межсимвольными помехами дополнительно используют временное разнесение;

помехоустойчивое кодирование

Слайд 42

О борьбе
При передачи информации методами фазовой манипуляции фаза колебания межсимвольной помехи

на интервале времени Δτ будет случайной по отношению к фазе текущего символа прямого луча
Вследствие этого с межсимвольной помехой нельзя бороться методами разнесенного приема или увеличением отношения сигнал-шум

Слайд 43

Пренебрегаем
Для стандартных групповых скоростей передачи информации 2 Мбит/с и 8 Мбит/с

влиянием межсимвольных помех можно пренебречь
Для скорости передачи информации 34 Мбит/с и выше необходимо предусматривать меры борьбы с межсимвольными помехами

Слайд 44

Возможные меры
В качестве таких мер можно указать использование эквалайзеров – устройств,

которые компенсируют в определенной степени межсимвольные помехи за счет знания предыдущей последовательности принятых символов, непрерывного измерения передаточной функции канала связи, и предсказания межсимвольной помехи
По ряду источников эквалайзеры позволяют обеспечить надежную передачу информации до значений Δτ/τк = 0,4

Слайд 45

Некоторые термины
Equalization – компенсация, выравнивание, коррекция

Слайд 46

Принцип эквалайзера (гармонический фильтр-корректор)

Слайд 47

Временные диаграммы

Слайд 48

Определить амплитуды помех
Величины w1,..wn есть амплитуды межсимвольных помех в тактовые моменты

t1,…tn при приеме одного символа сообщения
Будем считать, что в тактовые моменты tn+1 и далее межсимвольной помехой можно пренбречь
Если величины w1,..wn известны, то межсимвольные помехи при приеме информации можно скомпенсировать (устранить)

Слайд 49

Схема компенсации

Слайд 50

Компенсаторы помех
При возникновении ошибок при приеме двоичных сигналов также искажается

компенсирующее напряжение на выходе сумматора
Практика показывает, что компенсаторы межсимвольных помех эффективно работают в многолучевых каналах связи, в которых при отсутствии эквалайзера вероятность ошибки на бит не превышает величины порядка 10–2

Слайд 51

Наглядное представление принятого сигнала с помехой
Глазковая диаграмма – это изображение, полученное

в результате измерения отклика системы на заданные узкополосные сигналы
На вертикальные пластины осциллографа подается отклик приемника на случайную последовательность импульсов, а на горизонтальные – пилообразное напряжение сигнальной частоты (длительность импульса)

Слайд 52

Пример глазковой диаграммы

Слайд 53

Дополнения ↓

Слайд 54

Функциональная схема телефонного аппарата

Слайд 55

Прием сигналов на фоне помех

Содержание

Модель сигнала в канале с АБГШ

Модель канала с затуханием и аддитивным шумом

Особенности приема сигналовДля проводных и кабельных систем основными проблемными факторами являются:

Проблемы затуханияПолученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной для его обнаруженияМощность сигнала

Принцип телефонной передачи

Выделение аудио сигналаПри телефонном разговоре (обмене сообщениями) ток постоянного напряжения и

Работа аппаратаПосле набора номера АТС посылает в сторону вызывающего телефонного аппарата

Тональный набор номерDTMF (dual-tone multi-frequency) – в этой системе цифры передаются

Схема приемника тональных сигналов

Преимущества тонального набора номераЧастоты выбраны таким образом, чтобы избежать гармонических помех

Потери мощности в свободном пространстве

Аппаратура передачи данныхФункциональная схема аппаратуры передачи данных включает в себя:аппаратуру кодирования

Функциональная схема аппаратуры передачи данных

Не зависит от параметров кодаЗначение Еb/N0 в приемнике не зависит от

Преобразование сигналов в радиотехникеПреобразование исходного сообщения в электрический сигналМодуляция колебания несущей

Качество передачиХарактеризуется вероятностью ошибочного приема символаСлучайные ошибки при цифровой передаче в

АнтенныАнтенна обеспечивает связь между фидерной линией и окружающей средой и служит

Прием и демодуляцияПересекая приемную антенну, радиоволны наводят в ней э.д.с., которая

Схема супергетеродинного приемника

РадиоприемникСигнал, принятый антенной, фильтруется полосовым фильтром (ПФ) и поступает на вход

ОпределениеЧувствительность (дБм) – это мощность сигнала на входе приемника, при которой

ЗамиранияЗамирание (fading) – это изменение мощности полученного сигнала во времени, вызванное

Многостанционный доступМногостанционный доступ является характеристикой территориально – распределенной радиосистемы в отличие

Три способа управления многоканальным доступомЗакрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе

Сигнал многолучевого каналаПредставляет собой сумму большого числа элементарных сигналов с разными

Методы компенсации ошибокПрямое исправление ошибок – приемник исправляет битовые ошибки, основываясь

Обнаружение сигналовС точки зрения математической статистики задачи обнаружения сигналов совпадают с

Математическая формулировкаЗадача проверки многих гипотезПусть каждому значению параметра α = 1,

Демодуляция и обнаружение цифровых сигналовДемодуляцией называем процесс восстановления сигнала в неискаженный

Критерий принятия решенияПопулярный критерий основан на минимизации вероятности ошибкиПлотность условной вероятности

Некоторые определенияСогласованный фильтр – это линейное устройство, спроектированное для получения на

ОпределениеИнтеграл от произведения принятого сигнала s*(t) на копию переданного сигнала (прототипа)

Метод многократного повторения принятого сигналаНесколько принятых (многолучевые) экземпляров сигнала оказываются по-разному

Накопление, или суммированиеЧем больше «экземпляров» принятого сигнала, тем с большей уверенностью

Корреляционный метод приемаМетод основан на измерении функции автокорреляции сигнала с помехой

В аналоговых системахДля борьбы с межсимвольными помехами (замираниями) используют: метод разнесенного

В цифровых системахДля борьбы с межсимвольными помехами дополнительно используют временное разнесение;

О борьбеПри передачи информации методами фазовой манипуляции фаза колебания межсимвольной помехи

ПренебрегаемДля стандартных групповых скоростей передачи информации 2 Мбит/с и 8 Мбит/с

Возможные мерыВ качестве таких мер можно указать использование эквалайзеров – устройств,

Некоторые терминыEqualization – компенсация, выравнивание, коррекция