Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 800223

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
1 Mб
Скачать

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра систем информационной безопасности

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям № 5–8 по дисциплине «Теория электрической связи»

для студентов специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» очной формы обучения

Воронеж 2014

Составитель д-р техн. наук Н. М. Тихомиров

УДК 004.056.5: 004.42 Методические указания к практическим занятиям № 5–9

по дисциплине «Теория электрической связи» для студентов специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Н. М. Тихомиров. Воронеж, 2014. 45 с.

Методические указания разработаны для проведения практических работ, которые базируются на пакете расширения Simulink системы Mathlab 6.5 и предназначены для ознакомления студентов с принципами и особенностями работы отдельных блоков информационных систем.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2013 и содержатся в файле Тихомиров_ПЗ_ТЭС_5-9.pdf.

Табл. 18. Библиогр.: 6 назв.

Рецензент д-р техн. наук, проф. А. Г. Остапенко

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А. Г. Остапенко

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014

ВВЕДЕНИЕ

Теория электрической связи (ТЭС) является неотъемлемой частью общей теории связи и представляет собой единую научную дисциплину, основу которой составляют: теория сигналов, теория помехоустойчивости и теория информации. Принципы и методы курса ТЭС являются теоретической основой для развития инженерных методов расчёта и проектирования аналоговых и цифровых систем радиосвязи. Теория вероятностей, теория случайных процессов, теория информации и математическая статистика являются математической основой для анализа, синтеза и сравнения систем связи, удовлетворяющих определённым критериям качества. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Теория электрической связи» содержат большое число задач по основным разделам курса: случайные процессы, их вероятностные и числовые характеристики; корреляционный и спектральный анализ случайных процессов; прохождение и преобразование случайных сигналов и помех в системах и каналах связи; потенциальная помехоустойчивость систем связи и помехоустойчивость практических методов приема дискретных сигналов; основы теории информации и скорость передачи информации по каналам связи; корректирующие коды. Задачи носят прикладной, инженерно-технический характер. При решении ряда задач предлагается использовать ЭВМ.

В методических указаниях приведены материалы восьми практических занятий, в каждом из которых содержится литература, рекомендуемая для подготовки к занятию, контрольные вопросы, задачи для решения во время аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов. Ряд задач предусматривает составление программы вычислений на ЭВМ, составление структурной схемы алгоритма, реализующего условие задачи. Приведены также таблицы справочного материала для используемых функций.

Практическая работа № 5 Потенциальная помехоустойчивость систем связи

Целью практической работы является изучение практических приложений теории помехоустойчивости для количественной оценки вероятностных характеристик систем связи.

Вопросы для практической работы

1.Что называется помехоустойчивостью систем связи?

2.Как количественно оценивается помехоустойчи-

вость?

3. Какие количественные меры (критерии) помехоустойчивости используются при передаче:

непрерывных сообщений;

дискретных сообщений.

4.Что такое потенциальная помехоустойчивость системы связи?

5.Какие задачи решает приемное устройство в системе

связи?

6.Какой приемник называется идеальным (оптималь-

ным)?

7.Какие критерии помехоустойчивости (критерии качества) используются в приемниках дискретных сигналов?

8.Какой приемник называется идеальным приемником Котельникова?

9.Что такое отношение правдоподобия?

10.Что такое пороговое отношение правдоподобия?

11.Что общего и в чем различие алгоритмов работы идеальных (оптимальных) приемников дискретных сигналов, использующих разные критерии помехоустойчивости?

12.Каким неравенством определяется алгоритм работы идеального приемника Котельникова при флуктуационной помехе?

2

13.В чем отличие алгоритмов работы идеального приемника Котельникова для двоичных сигналов с активной и пассивной паузами?

14.Как определяется средняя вероятность ошибки в идеальном приемнике Котельникова при флуктуационной помехе?

15.Какой энергетический выигрыш имеют системы связи с дискретной фазовой модуляцией (ДФМ) в сравнении с частотной (ДЧМ) и амплитудной (ДАМ)?

16.Как объяснить различие в потенциальной помехоустойчивости ДАМ, ДЧМ, ДФМ, используя векторные представления двоичных сигналов?

17.Приведите схему идеального приемника Котельни-

кова.

18.Приведите схему приемника Котельникова для приема сигналов ДАМ.

19.Приведите схему приемника Котельникова для при-

ема ДЧМ.

20.Приведите схему приемника Котельникова для при-

ема ДФМ.

Задания на практическ ую работ у

5.1. По дискретному двоичному каналу связи с шумами передаются сигналы S1(t) и S2(t) в виде импульсов тока с априорными вероятностями P(S1) и P(S2). Потери, обусловленные искажениями сигнала S1(t), составляют П21 единиц, а искажениями сигнала S2(t) –П12 единиц.

Определить:

1.Среднюю вероятность ошибки, используя критерий идеального наблюдателя.

2.Среднюю вероятность ошибки, используя критерий максимального правдоподобия.

3.Величину среднего риска, вызванного искажениями сигналов S1(t) и S2(t).

3

Ответить также на вопрос о том, каким образом можно практически уменьшить величину среднего риска. Ответ должен сопровождаться рисунками: временными диаграммами, графиками плотностей вероятности сигналов S1(t) и S2(t) с учетом наличия гауссовских шумов.

Исходные данные к задаче приведены в табл. 1. Таблица 1

Таблица вариантов к задаче 5.1

вар

S1(t)

S2(t)

P(S1)

P(S2)

П12

П21

 

 

 

 

 

 

 

1

0,1

0,9

0,001

0,0001

200

10

 

 

 

 

 

 

 

2

0,05

0,95

0,002

0,0001

150

5

 

 

 

 

 

 

 

3

0,15

0,85

0,003

0,0002

120

3

 

 

 

 

 

 

 

4

0,2

0,8

0,001

0,0002

250

5

 

 

 

 

 

 

 

5

0,9

0,1

0,0002

0,002

5

200

 

 

 

 

 

 

 

6

0,1

0,9

0,002

0,0001

250

4

 

 

 

 

 

 

 

7

0,05

0,95

0,001

0,0003

120

3

 

 

 

 

 

 

 

8

0,15

0,85

0,004

0,0002

200

2

 

 

 

 

 

 

 

9

0,2

0,8

0,001

0,0001

150

6

 

 

 

 

 

 

 

10

0,9

0,1

0,0003

0,001

4

150

 

 

 

 

 

 

 

11

0,9

0,1

0,0002

0,003

10

100

 

 

 

 

 

 

 

12

0,95

0,05

0,0001

0,003

50

10

 

 

 

 

 

 

 

13

0,85

0,15

0,0004

0,002

60

3

 

 

 

 

 

 

 

14

0,8

0,2

0,0004

0,004

10

150

 

 

 

 

 

 

 

15

0,1

0,9

0,005

0,0002

10

120

 

 

 

 

 

 

 

16

0,9

0,1

0,0006

0,003

100

6

 

 

 

 

 

 

 

17

0,2

0,8

0,008

0,0004

120

6

 

 

 

 

 

 

 

18

0,15

0,85

0,0001

0,004

10

200

 

 

 

 

 

 

 

19

0,05

0,95

0,01

0,001

10

150

 

 

 

 

 

 

 

20

0,1

0,9

0,0008

0,01

120

4

 

 

 

 

 

 

 

21

0,01

0,99

0,001

0,01

80

2

 

 

 

 

 

 

 

4

Продолжение табл. 1

вар

S1(t)

S2(t)

P(S1)

P(S2)

П12

П21

 

 

 

 

 

 

 

22

0,03

0,97

0,001

0,003

60

5

 

 

 

 

 

 

 

23

0,05

0,95

0,004

0,005

200

10

 

 

 

 

 

 

 

24

0,02

0,98

0,005

0,002

20

3

 

 

 

 

 

 

 

25

0,08

0,92

0,003

0,001

75

6

 

 

 

 

 

 

 

26

0,95

0,01

0,002

0,03

3

200

 

 

 

 

 

 

 

27

0,93

0,02

0,001

0,002

6

40

 

 

 

 

 

 

 

5.2. На вход решающего устройства приемника поступает телеграфный сигнал и гауссовская помеха с дисперсией2. Сигнал S1(t) представляет собой импульс прямоугольной формы длительностью Tс амплитудой A1, сигнал S2 (t) представляет собой также импульс прямоугольной формы длительностью T и амплитудой A2.

За время длительности сигнала T произведено два замера в моменты времени t1 и t2, причем t=t2t1 больше интервала корреляции помехи. Измеренные значения x1 =x(t1 ) и x2 =x(t2 ) известны.

Найти отношение правдоподобия и принять решение о том, какой из сигналов выдает решающее устройство по критерию идеального наблюдателя для двух случаев:

P(S1) = P(S2) = 0,5 и P(S1) P(S2)0,5.

Ответ должен сопровождаться подробными пояснениями и рисунками: временными диаграммами, графиками плотности вероятности сигналов S1(t) и S2(t) с учетом наличия гауссовских шумов.

На этих рисунках показать значения x1 и x2 . Исходные данные к задаче приведены в табл. 2.

5

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

Таблица вариантов к задаче 5.2

 

 

№ вар.

2,Вт

 

A1,B

A2,B

x1,B

x2,B

 

P(S1)

1

0,36

 

–0,6

0,6

–0,1

0,2

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0,07

 

0

0,5

0,2

0,4

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

0,7

 

–0,7

0,7

–0,3

0,1

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

0,07

 

0

0,6

0,4

0,3

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

0,32

 

–0,8

0,8

0,2

–0,1

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

0,09

 

0

0,8

0,4

0,3

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

0,8

 

–0,5

0,5

–0,3

–0,1

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

0,06

 

0

0,5

0,1

0,3

 

0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

0,32

 

–0,8

0,8

–0,2

0,4

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

0,09

 

0

0,6

0,4

0,1

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

0,72

 

–0,6

0,6

–0,2

–0,1

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

0,09

 

0

0,6

0,1

0,3

 

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

0,35

 

–0,5

0,5

–0,3

0,4

 

0,35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

0,06

 

0

0,5

0,4

0,2

 

0,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

0,75

 

–0,7

0,7

–0,3

–0,1

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

0,05

 

0

0,4

0,3

0,2

 

0,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

0,8

 

–0,8

0,8

0,1

0,3

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

0,08

 

0

0,7

0,4

0,5

 

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

0,4

 

–0,6

0,6

–0,3

–0,1

 

0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

0,04

 

0

0,6

0,3

0,4

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

0,3

 

–0,7

0,7

0,1

–0,3

 

0,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

0,05

 

0

0,4

0,2

0,1

 

0,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

0,5

 

–0,5

0,5

0,4

–0,2

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

0,08

 

0

0,5

0,2

0,4

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

0,35

 

–0,4

0,4

–0,2

–0,1

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Продолжение табл. 2

№ вар.

2,Вт

A1,B

A2,B

x1,B

x2,B

P(S1)

26

0,09

0

0,8

0,3

0,4

0,2

 

 

 

 

 

 

 

27

0,4

–0,7

0,7

–0,4

0,6

0,75

 

 

 

 

 

 

 

28

0,2

0

0,7

0,5

0,4

0,7

 

 

 

 

 

 

 

29

0,3

–0,6

0,6

0,2

–0,3

0,3

 

 

 

 

 

 

 

30

0,08

0

0,6

0,1

0,4

0,25

 

 

 

 

 

 

 

5.3. На вход приемного устройства, оптимального по критерию идеального наблюдателя, поступает сигнал с ДАМ, ДЧМ, ДФМ или ДОФМ с амплитудой Am и стационарный белый шум со спектральной плотностью N0. Вероятности сигналов P(S1) = P(S2) = 0,5.

Скорость передачи в канале связи V Бод.

Вычислить и изобразить графически зависимости средней вероятности ошибки от амплитуды входного сигнала Am.

Исходные данные к задаче приведены в табл. 3. При решении задачи рекомендуется задаться вероятностями ошибки 10–1, 10–2, 10–3, 10–4.

 

 

 

 

Таблица 3

 

Таблица вариантов к задаче 5.3

 

Способ

N0· 106,

 

V,

варианта

модуляции

Вт/Гц

 

Бод

1

ДАМ

150

 

1000

 

 

 

 

 

2

ДЧМ

150

 

1000

 

 

 

 

 

3

ДФМ

150

 

1000

 

 

 

 

 

4

ДОФМ

150

 

1000

 

 

 

 

 

5

ДАМ

200

 

800

 

 

 

 

 

6

ДЧМ

200

 

800

 

 

 

 

 

7

ДФМ

400

 

400

 

 

 

 

 

7

Продолжение табл. 3

Способ

N0· 106,

V,

варианта

модуляции

Вт/Гц

Бод

8

ДОФМ

200

800

 

 

 

 

9

ДАМ

300

600

 

 

 

 

10

ДЧМ

300

600

 

 

 

 

11

ДФМ

300

600

 

 

 

 

12

ДОФМ

300

600

 

 

 

 

13

ДАМ

300

800

 

 

 

 

14

ДЧМ

400

600

 

 

 

 

15

ДФМ

400

600

 

 

 

 

16

ДАМ

100

1200

 

 

 

 

17

ДЧМ

100

1200

 

 

 

 

18

ДФМ

100

1200

 

 

 

 

19

ДОФМ

100

1200

 

 

 

 

20

ДАМ

600

400

 

 

 

 

21

ДЧМ

600

400

 

 

 

 

22

ДФМ

600

400

 

 

 

 

23

ДОФМ

600

400

 

 

 

 

24

ДАМ

700

300

 

 

 

 

25

ДЧМ

700

300

 

 

 

 

26

ДФМ

700

300

 

 

 

 

27

ДОФМ

700

300

 

 

 

 

28

ДАМ

800

300

 

 

 

 

29

ДЧМ

800

300

 

 

 

 

30

ДФМ

800

300

 

 

 

 

8