Псевдошумовые сигналы

1. Введение

2. Исследование свойств сложных сигналов

2.1 М-последовательности

2.2 Коды Голда

3. Метод инвертирования полного периода последовательности

3.1 М-последовательности

3.2 Коды Голда

3.3 Выводы

4. Метод инвертирования части периода последовательности

4.1 М-последовательности

4.2 Выводы по исследованию М-последовательностей

4.3 Коды Голда

4.4 Выводы по исследованию Кодов Голда

5. Метод модуляции ПСП по задержке

5.1 М-последовательности

5.2 Коды Голда

5.3 Выводы

6. Заключение

7. Список использованной литературы

1.

Введение

В настоящее время широкое распространение получили совмещённые радиолинии, использующие псевдошумовые сигналы. Это обусловлено противоречивыми требованиями к совмещённому радиосигналу со стороны каналов различного функционального назначения, в первую очередь 2-х каналов — информационного и измерительного. ПШС — называют детерминированные сигналы, АКФ которых имеет сходство с АКФ белового шума. Известно значительное количество сигналов, обладающих таким свойством. Наибольшее распространение получили псевдослучайные последовательности (ПСП), называемые последовательностями максимальной длины (М — последовательности). Основной характеристикой сложного сигнала является его база равная произведению полосы частот F на длительность сигнала Т. B=FT>>1 Основной особенностью сложных сигналов (фазоманипулированных сигналов) является то, что они являются сигналами регулярной структуры по некоторым свойствам аналогичным случайному сигналу типа белый гауссовский шум.

В данной работе мы будем изучать свойства этих сигналов, их характеристики, достоинства и недостатки, различные методы передачи информации.

Мой информационный сигнал: 10 001

2. Исследование свойств сложных сигналов

2.1 М-последовательности М-последовательность заданного вида.

Трехкаскадный регистр сдвига с обратной связью, приведенный на данном рисунке позволяет генерировать двоичную псевдослучайную последовательность максимальной длительности, которая называется М-последовательностью. При различных местах подключения сумматора по модулю 2 формируемой М-последовательности имеют различный порядок следования символов в периоде т. е. имеют различную структуру.

3. Метод инвертирования полного периода последовательности

3.1 М-последовательности Порождающие полиномы Х3+Х+1 и Х3+Х2+1

Сформированные данными полиномами М-последовательности отличаются порядком следования символов в периоде, т. е. своей структурой. Для первого полинома она состоит из символов 1 110 010, а для второго 1 110 100

Временные графики совмещенной радиолинии Х3+Х+1

Временные графики совмещенной радиолинии Х3+Х2+1

Спектральные и корреляционные свойства, а также дискриминационные характеристики М-последовательностей, сформированных данными полиномами, одинаковые и имеют следующий вид:

Автокорреляционная функция Спектры сигнала

Дискриминационная характеристика снятая с n и n-1 регистра Дискриминационная характеристика снятая с n и n-2 регистра Порождающие полиномы Х4+Х+1 и Х4+Х3+1

Сформированные данными полиномами М-последовательности отличаются порядком следования символов в периоде, т. е. своей структурой. Для первого полинома она состоит из символов 111 100 010 011 010, а для второго 111 101 011 001 000

Временные графики совмещенной радиолинии Х4+Х+1

Временные графики совмещенной радиолинии Х4+Х3+1

Спектральные и корреляционные свойства, а также дискриминационные характеристики М-последовательностей, сформированных данными полиномами, одинаковые и имеют следующий вид:

Автокорреляционная функция Спектры сигнала

Дискриминационная характеристика снятая с n и n-1 регистра Дискриминационная характеристика снятая с n и n-2 регистра Порождающие полиномы Х5+Х2+1 и Х5+Х4+Х3+Х2+1

Сформированные данными полиномами М-последовательности отличаются порядком следования символов в периоде, т. е. своей структурой. Для первого полинома она состоит из символов 1 111 101 110 001 010 058 552 804 376 576, а для второго 1 111 100 011 011 101 077 698 097 709 056

Временные графики совмещенной радиолинии Х5+Х2+1

Временные графики совмещенной радиолинии Х5+Х4+Х3+Х2+1

Спектральные и корреляционные свойства, а также дискриминационные характеристики М-последовательностей, сформированных данными полиномами, одинаковые и имеют следующий вид:

Автокорреляционная функция Спектры сигнала Дискриминационная характеристика снятая с n и n-1 регистра Дискриминационная характеристика снятая с n и n-2 регистра Порождающие полиномы Х6+Х+1 и Х6+Х5+Х2+Х+1

Сформированные данными полиномами М-последовательности отличаются порядком следования символов в периоде, т. е. своей структурой. Для первого полинома она состоит из символов 111 111 000 001 000 011 395 337 304 457 896 211 418 459 767 749 310 067 106 643 968, а для второго 111 111 010 111 000 112 498 780 303 822 355 443 125 097 199 702 158 088 507 228 160

Временные графики совмещенной радиолинии Х6+Х+1

Временные графики совмещенной радиолинии Х6+Х5+Х2+Х+1

Спектральные и корреляционные свойства, а также дискриминационные характеристики М-последовательностей, сформированных данными полиномами, одинаковые и имеют следующий вид:

Автокорреляционная функция сигнал псевдошумовой инвертирование последовательность Спектры сигнала

Дискриминационная характеристика снятая с n и n-1 регистра Дискриминационная характеристика снятая с n и n-2 регистра

3.2 Коды Голда Порождающие полиномы Х4+Х+1/ Х4+Х3+1

Временные графики совмещенной радиолинии Автокорреляционная функция

Спектры сигнала Дискриминационная характеристика снятая с n и n-1 регистра

Дискриминационная характеристика снятая с n и n-2 регистра Порождающие полиномы Х6+Х+1/ Х6+Х5+Х2+Х+1

Временные графики совмещенной радиолинии

Автокорреляционная функция Спектры сигнала

Дискриминационная характеристика снятая с n и n-1 регистра Дискриминационная характеристика снятая с n и n-2 регистра

3.3 ВЫВОДЫ

I) М-последовательности.

Исследование временных графиков радиолинии:

М-последовательность является периодической. Она образуется аналогично как и в первой лабораторной работе. Т. е. при различных местах подключения сумматоров в ЦОС генератора формируемые М-последовательности будут иметь различный порядок следования символов в периоде. При усложнении М-последовательности, т. е. увеличении числа символов в последовательности усложняется и вид передаваемого сигнала.

Исследование спектра:

Энергетический спектр видеосигнала М-последовательности линейчатый, а огибающая спектра имеет минимумы, равные нулю на частотах, соответствующих значениям аргумента кратным р. До первого минимума огибающей содержится около 90% энергии сигнала. Огибающая спектра описывается функцией. Поэтому полоса частот от 0 доWT принимается на практике за рабочую полосу сигнала М-последовательности. Ширина полосы определяется только длительностью одного тактового элемента М-последовательности или тактовой частотой генератора тактовых импульсов WT. Количество спектральных составляющих на любом интервале частот протяжённостью WT составляет L-штук (равно количеству элементарных символов, входящих в период М-последовательности). Расстояние между спектральными составляющими равно или — это круговая частота. Она отличается от тактовой только на величину 2. Спектр последовательности для передачи 0 полностью совпадает со спектром последовательности для передачи 1, потому что мы инвертируем всю последовательность целиком, а не один, какой угодно, символ. Усреднённый спектр совмещённого сигнала представляет собой наложение двух этих спектров, в результате чего происходят искажения, что видно из получившихся спектров.

Исследование АКФ и ВКФ:

Взаимокорреляционная функция, является зеркальным отражением автокорреляционной функции. АКФсигнал умножается на свою копию, смещённую во времени. Функция, вычисляемая в дискриминаторе — взаимокорреляционная функция.

Исследование дискриминационной характеристики:

Зависимость выходного напряжения дискриминатора (наиболее важный элемент ССЗ, в нём осуществляется сравнение временного положения входного и опорного сигнала; ССЗ представляет собой следящее устройство, осуществляющее автоматическое сопровождение входной ПСП по временной задержке) от величины временного рассогласования между входной и опорной ПСП называется дискриминационной характеристикой.

Характеристика последовательности снимаемой с n и n-1 регистра имеет следующие особенности:

1) Ширина рабочего участка дискриминационной характеристики составляет ф0. Это означает, что крутизна рабочего участка дискриминационной характеристики в данном случае вдвое выше чем у последовательности снятой с n и n-2 регистра .

2) Обеспечивается более высокая точность слежения за задержкой ПСП. Но платой за точность является боле узкий рабочий участок.

3) Нулевое значение рабочего участка получаемое при — называется точкой синхронизации. Она соответствует симметричному расположению во времени опорной ПСП относительно входной.

Характеристика последовательности снимаемой с n и n-2 регистра имеет следующие особенности:

1) Рабочим участком дискриминационной характеристики является линейный участок отф0 до ф0.

2) В пределах этого участка выходное напряжение дискриминатора прямопропорционально величине временного рассогласования ф между входной и выходной ПСП. А его полярность определяется знаком рассогласования.

II) Коды Голда.

Исследование временных графиков радиолинии:

Для формирования значительного количества ПСП с одинаковой длиной L используют генератор составных ПСП, которые получили название последовательности Голда. Формирование кодовых последовательностей Голда основано на сложении по модулю 2 пары М-последовательностей различной структуры, но с одинаковой длиной L. При формировании кодов Голда происходит сложение двух М-последовательностей, при этом полученная последовательность уже не является новой М-последовательностью, а следовательно не будет обладать свойствами М-последовательности и невозможно определить количество нулей и единиц в полученной последовательности. Эта последовательность будет обладать только одним свойством присущим М-последовательности — длинной L. Передаваемый сигнал образуется тем же способом что и у М-последовательности.

Исследование спектра:

Спектр линейчатый, и спектр последовательности для передачи 0 полностью совпадает со спектром последовательности для передачи 1, потому же что и в случае с М-последовательностями. Усреднённый спектр совмещённого сигнала представляет собой наложение двух этих спектров, в результате чего происходят искажения, что видно из получившихся спектров.

Исследование АКФ и ВКФ:

Автокорреляционная функция кода Голда представляет собой помимо основных пиков, ещё и определённое количество боковых выбросов (подомно тем что были изучены в работе № 1), которые не могут превышать пики. Чем сложнее состав М-последовательностей, входящих в состав кода Голда, тем ниже выбросы боковых частот, а пики становятся выше. Взаимокорреляционная функция, является «зеркальным отражением» автокорреляционной функции.

Исследование дискриминационной характеристики:

Вид дискриминационной характеристики для кода Голда существенно отличается от дискриминационной характеристики М-последовательности. Помимо основного перепада характеристика имеет ещё и боковые составляющие. Характреристика последовательности, снятой с n и n-1 регистра является более узкой, чем у последовательности, снимаемой с n и n-2 регистра.

4. Метод инвертирования части периода последовательности

4.1 М — последовательности Порождающие полиномы Х3+Х+1

Инвертируем один символ после комбинации из трёх единиц.

Временные графики совмещенной радиолинии Х3+Х+1

АКФ и ВКФ

5. Метод модуляции ПСП по задержке

5.1 М-последовательности Порождающие полиномы Х3+Х+1

Временные графики совмещенной радиолинии Х3+Х+1

АКФ и ВКФ

6.

Заключение

Преимущество используемых псевдошумовых сигналов, по сравнению с применением простых сигналов наиболее наглядно проявляются при измерении дальности.

При выборе того или иного метода передачи информации в совмещённых радиолиниях следует учитывать 2 обстоятельства: с одной стороны необходимо обеспечить высокую помехоустойчивость канала передачи информации. С другой стороны передача информации не должна приводить к существующему ухудшению корреляционных свойств ПСП, которые лежат в основе работы канала измерения дальности.

Различные типы ССЗ по разному реализуют корреляционную обработку ПСП. Поэтому методы передачи информации в совмещённых радиолиниях целесообразно рассматривать во взаимосвязи с конкретным типом ССЗ используемым в измерительном канале.

В результате проведённой работы мы выяснили различные недостатки и преимущества методов передачи информации. Например Коды Голда лучше использовать при длинных последовательностях, стремление использовать как можно большее число элементов в периоде ПСП является оправданным, так как при этом возрастает помехоустойчивость информационного канала в силу роста отношения сигнал-шум.

В основе построения и работы устройства приема и выделения сигнала лежат корреляционный свойства М-последовательностей, имеющих соответствующую структуру.

7. Список использованной литературы

1. Лекции

2. Ясько С. А. Лабораторный практикум по дисциплине «Информационно-управляющие технологии в технике связи». — СПб: изд. РГГМУ, 2005 — 79с