Характеристики электрических сигналов электросвязи.

Для передачи сообщений в электросвязи и радиотехнике применяются специальные электрические колебания, называемые электрическими сигналами

Информация, заключённая в сигнале, полезна в том случае, когда передаваемое сообщение заключает в себе что-то новое, непредвиденное. Следовательно, сигнал в аналитическом отношении должен представляться получателю случайной функцией времени.

Электрический сигнал представляет собой физический (электрический процесс), несущий в себе информацию. Количество информации, переданное с помощью сигнала, зависит от его основных параметров: длительности, полосы частот, мощности и некоторых других характеристик.

Сигналы подразделяются на детерминированные (определённые), и случайные.

Детерминированным называется любой сигнал, параметры и мгновенное значение которого в любой момент времени могут быть предсказаны с вероятностью единица.

Детерминированные сигналы подразделяются на периодические и непериодические.

Периодическим называется любой сигнал, для которого выполняется условие S(t)=S(t+kT), где период Т - является конечным отрезком времени, а k- любое целое число. Простейшим, периодически детерминированным сигналом, является гармоническое колебание (ток, напряжение, заряд, напряжённость поля), определяемое законом:

,

при < t <+ . A, Т, и - постоянные: амплитуда, период, угловая частота, начальная фаза колебаний.

Непериодическим детерминированным сигналом, называется любой детерминированный, для которого не выполняется условие S(t)=S(t+kT). Непериодический сигнал ограничен во времени, он чаще всего используется в практике.

Основной характеристикой периодических и непериодических сигналов является их спектральная функция.

Строго гармоническое колебание, называют моногармоническим. Спектр такого колебания состоит из одной спектральной линии. Колебание имеет форму синусоиды с определённым периодом Т.

Анализ периодических сигналов и цепей связи производится временным и спектральным способом.

Спектральный способ основан на разложении сигналов в тригонометрический ряд Фурье. Цель временного анализа - определить изменение формы сигнала по отклику (реакции) цепи на оказываемое на неё воздействие. Спектральный способ позволяет выявить изменения сигнала по преобразованию спектра данной цепью. Оба способа дают одинаковый результат, но временным способом целесообразно пользоваться при сложном спектре сигнала, а спектральным - при простом.

 

Спектры периодических сигналов.

Обратимся к напряжению периодического сигнала произвольной формы. Мгновенное значение его U равно сумме бесконечно большого числа гармонических составляющих:

постоянной составляющей U_0, равной среднему значению сигнала за период Т;

мгновенного значения синусоидального напряжения первой гармоники U_1, у которого частота равна частоте повторения сигнала , амплитуда U_1m и начальная фаза ;

мгновенного значения синусоидального напряжения U₂ второй гармоники с частотой , амплитудой U_2m и начальной фазой ,…, т.е.

Пользуясь знаком суммы n слагаемых , где n любое целое число от 1 до , получаем сокращенную запись ряда

Для иллюстрации этой зависимости на рис 1а показано, что если в любой момент времени t сложить три синусоидальных напряжения U₁,U_2,U₃, имеющих соответственно периоды Т₁, Т₂ , амплитуды U_1m,U_2m,U_3m и натуральные фазы , , , то получится несинусоидальное напряжение U с таким же периодом Т, как у первой гармоники (Т=Т₁).

 

Рис.11.1

Все гармонические составляющие образуют в совокупности спектр сигнала, изображаемый двумя диаграммами, из которых одна называется амплитудно - частотным спектром, а другая фазово-частотным. На этих диаграммах ось абсцисс образует шкалу частот f=nf₁ , а на оси ординат откладываются отрезки, длина которых пропорциональна амплитуде U_nm (для амплитудно-частотного спектра, рис.1б) или начальной фазы (для фазо –частотного спектра рис.11.1,в) соответствующей n-й гармонике.

Можно исключить начальные фазы гармоник из ряда Фурье, если использовать преобразование ,

где и - постоянные величины, выражающие соответственно амплитуды напряжения n-гармоники для синусной и косинусной составляющих.

Теперь ряд Фурье принимает вид:

Такая запись особенно удобна в случае сигнала с чётной или нечётной временной функцией. Чётной, называется функция, которая имеет одинаковые значения f(t) для численно равных и обратных по знаку значений аргумента t, т.е. f(t)=f(-t). Этими свойствами обладают косинус (cos t) и всякий сигнал U, симметричный относительно оси ординат О и, где

cos и .

Свойствами нечётной функции обладает синус (sin ) и всякий сигнал, симметричный относительно начала координат. Для нечётной функции характерно то, что она имеет численно равные и противоположные по знаку значения для численно равных и обратных по знаку аргументов u

Всё это приводит к выводу, что спектральная функция «чётного» сигнала содержит постоянную и только косинусные составляющие, а нечётного сигнала - постоянную и только синусные составляющие. Если сигнал выражается произвольной функцией времени, то в нём имеются оба ряда составляющих: и синусный и косинусный.

Характерно, что спектр периодических сигналов не сплошной, а линейчатый, т.е. между соседними линиями спектра имеются «просветы», шириной в частоту следования сигнала .

Цель работы

Исследование формы и спектра гармонических сигналов и периоди­ческих последовательностей импульсов. Формирование навыков спек­трального анализа сигналов на ПК.

Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов

В работе используются блоки ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ, сумматор (∑) и КОДЕР-1 универсального лабораторного стенда. Сменные блоки в этой работе не используются.

В качестве простейших гармонических используются сигналы с час­тотами 1 и 2 кГц (два левых верхних гнезда стенда), а также сигналы от встроенного диапазонного генератора.

Источники сигналов сложной формы, состоящих из двух гармоник (2 и 4 кГц, 2 и 6 кГц) расположены ниже - это гнезда S₁, S₂ и S₃. Два по­следних сигнала отличаются фазой третьей гармоники. Все сигналы стенда (кроме встроенного ЗГ), жестко синхронизованы, так как получе­ны от общего кварцевого генератора путем деления частоты. Это упро­щает задачу получения неподвижного изображения на осциллографе.

Источником импульсной последовательности является блок КО­ДЕР-1, позволяющий формировать произвольную пятисимвольную по­следовательность, повторяющуюся с периодом 17 Т, где Т=450 мкс — длительность одного символа.

В качестве измерительных приборов используются: встроенный вольтметр стенда, двухлучевой осциллограф и ПК в режиме анализа спектра.

Домашнее задание

Изучите по литературе и конспекту лекций тему «Спектральные представления сигналов».

Лабораторное задание

1. Наблюдайте осциллограммы и измерьте спектры простых гармо­нических сигналов.

2. Исследуйте форму и спектры сложных гармонических сигналов.

3. Исследуйте связь формы и спектра периодических последователь­ностей прямоугольных импульсов.

Методические указания

1. Моногармонический сигнал.

1.1. Подключить осциллограф к гнезду «1 кГц» стенда. Ручку регу­лятора выхода сигнала поставить в среднее положение. Зафиксировать в отчете осциллограмму сигнала и измерить его период по делениям на эк­ране с учетом цены деления (мкс/дел) переключателя развертки.

1.2. Соединить гнездо «1 кГц» с входом ПК, расположенным в нижней части стенда, правее сменного блока. Для этого надо применять специальный кабель (входит в комплект стенда) с разъемом типа «коло­кольчик». Процедура анализа спектра с помощью ПК описана в прило­жении.

Зафиксировать в отчете спектр сигнала, указав условия эксперимен­та, амплитуды (в делениях) и точные значения частот спектральных ли­ний (в обозначениях на стенде - округленные значения частот).

2. Сложные гармонические сигналы.

2.1. Подавая сигнал от гнезда S₁ блока ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ на вход осциллографа, зафиксировать форму S₁(t) исследуемого сигнала и его период, а затем - на вход ПК, фиксируя амплитуды и частоты спектра сигнала.

2.2. Повторить п. 2.1 для сигналов S₂ и S₃.

2.3. Подать сигнал S₂ на один из входов сумматора (∑) стенда, на второй его вход - сигнал от гнезда «1 кГц». Наблюдая осциллограмму сигнала на выходе сумматора, плавно увеличивать уровень сигнала «1 кГц», добиваясь заметного изменения формы суммарного сигнала. Для полученного суммарного сигнала зафиксировать осциллограмму (с указанием периода) и его спектр.

3. Бигармонический сигнал состоит из двух гармонических сигна­лов, частоты которых не обязательно находятся в кратных соотношениях. Такими сигналами в данном случае будут: вышеупомянутый «1 кГц» из блока ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ и сигнал с частотой 1,3 кГц от встро­енного ЗГ. Оба эти сигнала надо подать на входы сумматора, выставив напряжение каждого из них по 0,5 В. Для этого использовать встроенный вольтметр. Подать суммарный сигнал сначала на осциллограф, зафикси­ровать его форму с указанием периода суммарного сигнала, а затем на вход ПК, зафиксировав его спектр.

4. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов формируется в блоке КОДЕР-1. «Нули» и «единицы» цифрового сигнала задаются пятью тумблерами (b₁-b₅) со светодиодной индикацией с над­писью ПЕРЕДАНО.

4.1. Соединить выходные гнезда КОДЕРА-1 с входом осциллогра­фа и ПК.

4.2. Набрать в КОДЕРЕ-1 комбинацию 10000 (длительность импуль­са Т=450 мкс, а период - 17 Т). Зафиксировать в отчете форму и спектр сигнала.

4.3. Повторить п. 4.2, набрав комбинацию 11000 (длительность им­пульса 2 Т, период - 17 Т).

4.4. Повторить п. 4.2 для комбинации 11110 (длительность импульса 4 Т, период- 17 Т).

Отчет

Отчет должен содержать для каждого пункта исследований:

1) название сигнала;

2) осциллограмму с указанием периода сигнала;

3) спектрограмму с указанием амплитуд в делениях и частот со­ставляющих в герцах.

(Желательно размещать пп. 2 и 3 на одной горизонтали.)

Контрольные вопросы

1. Какова математическая связь формы периодического сигнала и его спектра?

2. Какова математическая связь формы непериодических (однократ­ных) сигналов и их спектров?

3. Что такое прямое и обратное преобразования Фурье?

4. В каких случаях можно применить ряд Фурье для спектрального анализа?

5. Меняется ли спектр сложного сигнала при прохождении его через линейную цепь (например, ФНЧ)?

6. Меняется ли форма моногармонического сигнала при прохожде­нии его через ФВЧ?

7. Меняется ли форма сложного сигнала при прохождении его через линейный четырехполюсник?

8. Что такое спектральная плотность амплитуд?

9. Влияет ли фазовый спектр сигнала на его форму?

10. От каких параметров сигнала зависит спектр периодической по­следовательности прямоугольных импульсов?

11. Как связана длительность сигнала и ширина его спектра?

12. Имеется ли связь между периодом сложного сигнала и нижней частотой его спектра?

 

Лабораторная работа №12

Преобразование формы и спектра сигналов безинерционным нелинейным элементом.

 

Теория.

 

Рассмотрим, как воздействует случайный процесс на нелинейную систему. В общем случае эта задача очень трудная. Дело обстоит значительно легче, когда речь идёт о безинерционных нелинейных системах, в которых выходной процесс У(t) в данный момент однозначно определяется входным процессом Х(t) в тот же момент времени. Пусть известны характеристики нелинейного устройства у =f(x) и статистические свойства входного процесса x(t). В принципе, эта задача сводится к преобразованию переменных.

Рассмотрим простейший пример случайной одномерной величины. Известна плотность вероятности Р(х) случайной величины х и нужно найти плотность вероятности Р(у) случайной величины у=f(x).

Предположим, что существует однозначная обратная функция x= (y). Так как случайные величины связаны функциональной однозначной зависимостью, то из факта того, что х заключено в достаточно малом интервале (х₀, х₀+dx), следует, что величина у будет находиться в интервале (y₀, y₀+dy), где y₀=f(x₀). Следовательно, вероятности этих двух событий P(y)dy=P(x)dx, т.е.

… (1)

Поскольку плотности вероятности не могут быть отрицательными, то в формулу (1) следует подставить модуль производной. Далее можно определить среднее значение выходного процесса (постоянную составляющую).

… (2)

Аналогично определяется полная мощность процесса

… (3)

и функция корреляции

… (4)

Энергетический спектр выходного процесса определяется с помощью преобразования Фурье от функций корреляции.

Спектр процесса на выходе нелинейной системы существенно отличается от спектра на входе вследствие появления новых частотных составляющих, которые отсутствовали во входном процессе. Спектр обычно содержит низкочастотные составляющие вблизи нулевой частоты (постоянную или среднюю составляющую) и участки высокочастотных составляющих.

Таким образом, при воздействии случайного процесса на нелинейную систему изменяется спектр процесса, законы распределения вероятностей и все, связанные с ними, параметры процесса.

В реальных схемах усилителей при работе на нелинейном участке характеристики усилительного элемента степень искажения спектра входного сигнала на выходе усилителя характеризуется нелинейными искажениями. Основным признаком наличия нелинейных искажений в усиленном сигнале является появление в его спектре новых гармонических составляющих. Нелинейность усилителя оценивается коэффициентом гармоник (нелинейных искажений), равным отношению действующего значения появившихся в выходной цепи гармоник тока (или напряжения) к току (или напряжению) основной частоты. При этом полагают, что на вход усилителя включен источник синусоидальной ЭДС, а нагрузка усилителя представляет собой активное сопротивление, не зависящее от частоты.

… (5)

где, I₁,I₂,I₃ и т.д.- действующие или амплитудные значения первой, второй, третьей и т.д.гармоник тока на выходе;

U₁,U₂,U₃ и т.д.- действующие или амплитудные значения первой, второй, третьей и т.д. гармоник напряжения на выходе.

Любое изменение спектра сигнала неизбежно приводит к изменению его формы. Объясняется это тем, что спектральный состав сигнала описывается тригонометрическим рядом Фурье, который в общем случае имеет вид:

… (6)

где, U₀- постоянная составляющая сигнала; _nm, _nm – амплитуды напряжений n-й гармоники для синусной и косинусной составляющих сигнала.

 

Цель работы

Изучение формы и спектра сигналов на выходе резистивной цепи, содержащей нелинейный безинерционным элемент при моно- и бигармоническом воздействии.

Схема работы и измерительная аппаратура

В данной работе используется универсальный лабораторный стенд со сменным блоком ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ. Принципиальная схема исследуемой цепи (рис. 12.1) содержит резистивный усилительный каскад на полевом транзисторе. Для формиро­вания этой схемы достаточно переключатель НАГРУЗКА (RV LC) уста­новить в положение «R»; состояние остальных переключателей макета безразлично (колебательный контур и связанные с ним цепи в данной ра­боте не используются).

Рис. 12.1. Схема исследуемой цепи

Источниками входных сигналов служат внутренние генераторы, гнезда и регуляторы выходного напряжения которых расположены в ле­вой части стенда (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ). Там же находится встроенный диапазонный звуковой генератор. Входные сигналы, пода­ваемые на любые из трех входов макета (гнезда 1-3), а также напряжение смещения Е_см через сумматор (∑) подаются на затвор полевого транзи­стора (гнездо КТ1). Сумматор выполнен на операционном усилителе; его коэффициент передачи по каждому входу равен -1. Схема сумматора ис­ключает взаимное влияние между входами 1, 2 и 3, что позволяет изме­рять напряжения каждого источника, непосредственно на входе сумма­тора, не отключая остальные источники. Выходом макета является гнездо КТ2 в цепи стока. Напряжение смещения устанавливается движковым потенциометром в правой части стенда (ручкой Е_см) и контролируется вольтметром, расположенным выше. Для измерения постоянной состав­ляющей тока стока (I_с) там же расположен микроамперметр. Для включе­ния прибора в цепь стока следует нажать кнопку «I_с» в середине смен­ного блока.

В работе используются также встроенный вольтметр переменного напряжения, двухлучевой осциллограф и персональный компьютер (ПК), который в данной работе используется в качестве спектроанализатора.

Домашнее задание

Изучите по конспекту лекций и литературе теорию аппроксимации характеристик нелинейных резистивных элементов и теорию спектраль­ного анализа.

Лабораторное задание

1. Снимите и постройте вольт- амперную характеристику нелинейно­го элемента.

2. Исследуйте преобразование формы и спектра моногармонического сигнала на квадратичном участке вольт- амперной характеристики нели­нейного элемента.

3. Исследуйте преобразование формы и спектра бигармонического сигнала на квадратичном участке вольт- амперной характеристики нелинейного элемента.

4. Выполните исследования по пп. 2 и 3 для кусочно-параболи­ческого участка характеристики.

Методические указания

1. Снятие вольт- амперной (сток- затворной) характеристики полевого транзистора i_c=f(E_CM) производится путем последовательной установки

Рис. 12.2. Сток- затворная

характеристика полевого

транзистора

 

ряда напряжений смещения (см. табл. 12.1),I_с измеряя для каждого из них значения тока стока I_с. Для последнего необходимо на­жать кнопку «Iс» и снять отсчет со встро­енного миллиамперметра.

При этом следует учесть, что полное отклонение стрелки этого прибора -5,0 мА, оно не зависит от положения пере­ключателя пределов измерений. Во избе­жание ошибок при снятии вольт- амперной характеристики следует отключать все провода от входов сумматора заполнения таблицы построить график I_с(E_см), подобный рис.12.2.

 

Таблица 12.1

Сток - затворная характеристика полевого транзистора

 

Eсм	B		-0,5	-1	-1,5	…	U0
Ic	мА					…

 

2. Моногармоническое воздействие и_зи = Е_см + Umcos2nf₁t.

На построенной вольт- амперной характеристике (ВАХ) определить границы квадратичного участка (u₀< Е_см <0).

2.1. Преобразование на квадратичном участке ВАХ.

2.1.1. Положение рабочей точки выбирается на середине квадратич­ного участка ВАХ, т.е. E_CM1 =u₀/2, где u₀ — напряжение отсечки (рис. 12.3). Установить полученное значение Е_см1 потенциометром Е_см и зане­сти его в табл. 12.2.

 

Таблица 12.2

Спектр тока стока

 

ECM1=…B; f1=1кГц; Um1=…B; U1=Um1/ =…B
Частота		f1	2f1	3f1	...
Амплитуда					...

 

2.1.2. Амплитуда входного сигнала U_m1 должна быть такой, чтобы сигнал занимал весь квадратичный участок ВАХ (от нуля до отсечки), т.е (см. рис. 12.3).

Рис.12.3 Выбор напряжения рис.12.4 Выбор амплитуды сигнала.

смещения и амплитуды сигнала.

 

Ввиду того, что измерительные приборы имеют градуировку в дейст­вующих (U), а не амплитудных (U_m) значениях, следует установить на входе макета (гнезда Вх 1, Вх 2 или Вх 3) такое напряжение от источника «1 кГц» (левое верхнее гнездо стенда), чтобы подключенный к входу вольтметр показывал U₁=U_m1 / .

2.1.3. Временные диаграммы и спектры наблюдаются на входе (гнез­до КТ1) и выходе (гнездо КТ2) преобразователя. Они зарисовываются друг под другом с сохранением соответствия, как по оси времени, так и по оси частот. Для анализа спектра на ПК соответствующее гнездо стенда соединить специальным проводом с входом «А» ПК, расположенным внизу стенда, левее встроенного вольтметра. (Для работы на ПК в режи­ме спектроанализатора следует изучить соответствующий раздел прило­жения.) На приводимых спектрограммах обязательно указывать частоты в герцах и амплитуды спектральных составляющих в делениях. Эти же данные внести в табл. 12.2.

2.2. Преобразование на кусочно-параболическом участке ВАХ.

2.2.1. Установить Е_СM2=U₀

2.2.2. Установить амплитуду входного сигнала (рис.12.4). Обратите внимание на используемое здесь обозначение: U_m2 означает второе значение амплитуды входного сигнала (не путать со второй гар­моникой).

2.2.3. Повторить п. 2.1.3 для Е_CM2 и U_m2, заполнив табл. 12.3, подоб­ную табл. 12.2.

3. Бигармоническое воздействие

U_зн= E_CM + U _1mcos2πf₁t+ U_2mcos2πf₂t.

В качестве второго гармонического сигнала с частотой f₂= 1,3 кГц используется диапазонный звуковой генератор в блоке ИСТОЧНИКИ. На один из входов сумматора подать прежний сигнал f₁=1 кГц, на любой другой - f 2=1,3 кГц.

3.1. Преобразование на квадратичном участке ВАХ.

3.1.1. Установить смещение Е_сm= Е_cm1= u₀/2 (рабочая точка на сере­дине квадратичного участка ВАХ).

3.1.2. Установить одинаковые амплитуды сигналов от разных источ­ников на обоих входах сумматора U_1m=U_2m= , тогда суммарный сигнал («биения») не выйдет за пределы квадратичного участка.

3.1.3. Повторить п. 2.1.3 для новых параметров сигналов, заполнив соответствующую таблицу.

3.1.4. Повторить п. 2.1.3, предварительно уменьшив вдвое амплитуду одного из сигналов.

3.2. Преобразование на кусочно-параболическом участке ВАХ.

3.2.1. Установить Е_см = Е_CM2=u₀.

3.2.2. Установить амплитуды сигналов U_1m=U_2m=

3.2.3. Повторить п. 2.1.3 для новых параметров сигналов.

Отчет

Отчет должен содержать:

1) принципиальную схему исследования;

2) сток- затворную характеристику исследованной нелинейной цепи;

3) аппроксимацию ВАХ для работы на квадратичном (параболиче­ском), кусочно-линейном и кусочно-параболическом участках;

4) теоретический расчет спектра для данных, использованных в эксперименте (по указанию преподавателя);

5) осциллограммы и спектры исследованных процессов.

Контрольные вопросы

 

1. Каковы характерные особенности спектров тока, протекающего через нелинейный безынерционный элемент при моно- и бигармоническом воздействиях?

2. Что называется порядком комбинационного колебания? Поясните примером.

3. Какова связь между наивысшим порядком комбинационного ко­лебания и степенью полинома, аппроксимирующего характеристику не­линейного элемента?

4. Перечислите наиболее часто применяемые методы спектрального анализа колебаний на выходе безынерционных нелинейных преобразова­телей. Укажите, при каких видах аппроксимации целесообразно приме­нять каждый из них.

5. Что называется углом отсечки, как определить его по осцилло­грамме сигнала и как выразить аналитически?

6. Характеристика нелинейного элемента аппроксимирована лома­ной линией. Входное воздействие представляет собой сигнал вида U=E_CM+U_mCOS t. Пользуясь системой трех координатных плоскостей, покажите, как следует выбрать Е_CM и U_m, чтобы: а) ток по форме повто­рял форму входного сигнала; б) ток принял форму косинусоидальных импульсов с углом отсечки 90º.

7. Поясните, как работает преобразователь, принципиальная схема которого приведена на рис. 12.1.

8. Как практически изменить положение рабочей точки на сток- затворной характеристике полевого транзистора?

9. Перечислите все составляющие спектра тока, если на вход нели­нейного элемента с параболической (квадратичной) ВАХ подать гармо­нические сигналы с частотами 5 и 6 кГц.

10. То же для случая аппроксимации ВАХ степенным полиномом третьей степени.

11. Как изменится спектральный состав тока, если амплитуду вход­ного напряжения уменьшить в 10 раз?

Лабораторная работа № 13

ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ

Цель работы

Знакомство с основными функциональными узлами цифровой сис­темы связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Преобразование сигналов в отдельных блоках системы связи с разными видами модуляции и кодирования. Демонстрация помехоустойчивости системы связи.

Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов

В работе используется универсальный стенд со сменным блоком «МОДУЛЯТОР-ДЕМОДУЛЯТОР». Модель системы связи представляет собой набор функциональных узлов стенда и сменного блока, соединен­ных внешними перемычками: КОДЕР-1, МОДУЛЯТОР, КАНАЛ СВЯЗИ, ДЕМОДУЛЯТОР, ДЕКОДЕР-1.

В КОДЕРЕ-1 осуществляется ручной набор любой пятисимвольной комбинации, которая появляется на светодиодном индикаторе под над­писью ПЕРЕДАНО.

МОДУЛЯТОР осуществляет один из основных видов манипуляции (AM, ЧМ, ФМ и ОФМ). При установке вида модуляции «О» выход модулятора соединен с его входом.

КАНАЛ СВЯЗИ представляет собой сумматор сигнала с выхода мо­дулятора и шума, поступающего от гнезда ГШ в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ.

ДЕМОДУЛЯТОР преобразует манипулированный сигнал в низко­частотный цифровой сигнал; решение о том, какой символ передавался в данном тактовом интервале, принимается в компараторе решающего уст­ройства (РУ) и запоминается в ячейке памяти до следующего решения.

Тумблер ф в сменном блоке позволяет устанавливать фазы опорных колебаний или на «О» (относительно фазы принимаемого сигнала) или на тс. Для нормальной работы демодулятора ф=0.

Потенциометр ручной установки порога (только для AM) во всех случаях, кроме оговоренных особо, должен быть в крайнем левом поло­жении. При этом светодиод не горит и пороги устанавливаются автоматически.

После ДЕМОДУЛЯТОРА принятая двоичная последовательность поступает на вход ДЕКОДЕРА-1 и индицируется на табло с надписью ПРИНЯТО. При приеме цифровых сигналов, набранных в КОДЕРЕ-1, ДЕКОДЕР-1 не требуется.

Для передачи аналоговых сигналов через цифровую систему связи КОДЕР-1 заменяется блоком АЦП, расположенным ниже, а блок ДЕКО­ДЕР-1 заменяется цифроаналоговым преобразователем (ЦАП). Блоки АЦП и ЦАП стенда могут работать с различной разрядностью (3, 4, 5 и 8 разрядов). 8-разрядное преобразование происходит при отжатых кнопках переключателя разрядности. Блок АЦП имеет два входа - «открытый» (=) и «закрытый» (~) и два выхода - основной (правые гнезда) и выход дискретизированного по времени входного сигнала (нижнее гнездо). Ниже блока АЦП расположен тумблер, позволяющий изменять частоту дискре­тизации = 150 Гц или = 2300 Гц.

Блок ЦАП расположен в правой части стенда. При непосредствен­ном соединении АЦП и ЦАП тумблер τ должен быть установлен в поло­жение «О», а при использовании модулятора и демодулятора - в положе­ние «т», так как демодулятор создает задержку на один тактовый интер­вал (Т). Блок ЦАП имеет два выхода: на выходе 1 формируется ступенча­тый сигнал, на выходе 2 — сигнал после ФНЧ.

Лабораторное задание

1. Наблюдайте сигналы в разных точках системы связи при фикси­рованных видах модуляции.

2. Познакомьтесь с различными видами модуляции.

3. Наблюдайте прохождение сигналов через систему связи при дей­ствии помех в канале.

Методические указания

1. Передача дискретных сигналов через канал без помех.

1.1. Соединить блоки: КОДЕР-1, МОДУЛЯТОР, КАНАЛ СВЯЗИ, ДЕМОДУЛЯТОР.

1.2. Установить вид модуляции AM.

1.3. Набрать тумблерами КОДЕР А-1 произвольную кодовую комби­нацию. Зарисовать осциллограммы сигналов:

• на выходе КОДЕРА-1;

• на выходе МОДУЛЯТОРА;

• на выходе ДЕМОДУЛЯТОРА.

1.4. Переключая ВИД МОДУЛЯЦИИ, зарисовать сигналы на выходе модулятора. Обратить внимание на то, как преобразуется «О» и «1» при разных видах модуляции.

2. Передача дискретных сигналов по каналу с помехами.

2.1. Подать на нижний вход КАНАЛА n(t) сигнал с выхода генера­тора шума ГШ (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ).

2.2. Установить вид модуляции - ФМ.

2.3. Плавно увеличивая шумовой сигнал, добиться появления редких «сбоев» на осциллограмме выходного сигнала (на выходе ДЕМОДУЛЯ­ТОРА). Это же явление можно наблюдать на индикаторе ошибок в смен­ном блоке или на табло ПРИНЯТО.

2.4. Переключив вид модуляции на AM, наблюдать увеличение час­тоты «сбоев». Не меняя напряжение шума, провести это же наблюдение на других видах модуляции. В отчете отметить самый лучший и самый худший вид модуляции с точки зрения помехоустойчивости.

2.5. Не меняя уровень шума, зафиксируйте осциллограммы на выхо­де МОДУЛЯТОРА и входе ДЕМОДУЛЯТОРА при AM.

3. Передача аналоговых сигналов через канал без помех.

3.1. Заменить КОДЕР-1 блоком АЦП, на вход которого подать сиг­нал S₄ из блока ИСТОЧНИКИ. Выход ДЕМОДУЛЯТОРА соединить с блоком ЦАП, переключатель разрядности - в положение 3. Вид модуля­ции - ФМ. Регулятор шума ГШ - в крайнем левом положении (шум в ка­нале отсутствует). Тумблер частоты дискретизации - в положение f_R1, a тумблер «О vt» (около блока ЦАП) - в положение «т».

3.2. Зарисовать осциллограммы сигналов в различных точках систе­мы связи: вход АЦП, его выход*, затем выходы 1 и 2 блока ЦАП.

3.3. Переключая разрядность, наблюдать изменение точности пере­дачи сигнала при частоте дискретизации АЦП.

4. Передача аналоговых сигналов через канал с помехами.

4.1. Подключить входы осциллографа ко входу АЦП и второму вы­ходу ЦАП. Вид модуляции — ФМ.

4.2. Плавно увеличивая уровень шума, добиться появления редких «сбоев» в выходной осциллограмме.

4.3. Не меняя уровень шума, по минимуму ошибок в выходной ос­циллограмме определить вид модуляции, обеспечивающий наилучшую и наихудшую помехоустойчивость системы связи. Свои наблюдения отра­зить в отчете.

Здесь достаточно зарисовать любой фрагмент цифрового сигнала для двух-трех отсчетов.

Отчет

Отчет должен содержать:

1) функциональные схемы систем связи;

2) осциллограммы по пп.1.3, 1.4, 1.5, 3.3;

3) выводы по пп. 2.4, 2.5, 3.3, 4.3.

Контрольные вопросы

1. Перечислите блоки цифровой системы связи для передачи: а) дис­кретных сигналов; б) аналоговых сигналов.

2. Каково назначение модулятора и демодулятора в цифровой систе­ме связи?

3. Какова причина ошибок в работе системы связи?

4. Какие блоки «ответственны» за возникновение ошибок в системе связи?

5. Какие возможности борьбы с помехами Вам известны?

6. В чем состоит идея преобразования аналогового сигнала в цифро­вой и наоборот?

 

Приложение 1

 

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

 

По дисциплине _____________________________________________________

 

Тема: ______________________________________________________________

 

___________________________________________________________________

 

Цель: ______________________________________________________________

 

___________________________________________________________________

 

Порядок выполнения работы:

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Схемы:

 

Перечень измерительных приборов

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Таблица _____________________________________________________________