Исследование амплитудной модуляции

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов очной формы обучения специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение)

 

Алматы 2009

Некоммерческое акционерное общество

 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра автоматической электросвязи

 

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно – методической работе

____________Э. А. Сериков

«____» ____________2009г

 

 

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы для

студентов очной формы обучения специальности

050704 – Вычислительная техника и програмное обеспечение

 

СОГЛАСОВАНО Начальник УМО _______________М.А.Мустафин «___» __________2009 г. Редактор _____________ Т. ЛСластихина «___» _________ 2009 г   Специалист по стандартизации _____________А.Н. Нысанбаева «___» ________ 2009г

Рассмотрено и одобрено на   заседании кафедры________________   Протокол №____от Зав.кафедрой АЭС _________________ К.С. Чежимбаева «___» _________ 2009 г. Составители: __________________ К.С. Чежимбаева __________________А.Д.Мухамеджанова __________________И.Б Кожабаева

 

 

Алматы 2009

 

 

СОСТАВИТЕЛИ:,К.С.Чежимбаева, А.Д.Мухамеджанова И.Б Кожабаева Теория информации. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов очной формы обучения специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение).

- Алматы: АИЭС, 2008.- 58 с.

 

 

Методические указания содержат требования по оформлению и проведению лабораторных работ. В них приводятся описания каждой лабораторной работы, контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Все лабораторные работы составлены с проведениями и обработками опытных данных с применением пакета моделирования «System View.

Методические указания предназначены для студентов специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение.

 

Ил.-33, табл.2, библиогр.- 25 назв.

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Г.С. Казиева

 

Печатается по дополнительному плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2008 г.

 

 

ãАлматинский институт энергетики и связи, 2009г.

 

Введение

Данные методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теория информации» включают материалы по четырем основным разделам курса и базируются на моделировании устройств с помощью пакета моделирования телекоммуникационных систем «SystemView».

Программа «SystemView» весьма полезна именно в том плане, что она позволяет представить системы связи, цифровую обработку сигналов (ЦОС) и средства их анализа в интуитивно понятном для практического применения виде.

Пакет «SystemView» представляет собой мощную интегрированную среду проектирования с почти неограниченными возможностями:

- построения моделей широкополосных систем связи, использующих сложные цифровые сигналы;

- анализа их поведения в различной помеховой и шумовой обстановке;

- отработки алгоритмов работы цифровых адаптивных фильтров.

Пользовательский интерфейс программы прост в обращении и интуитивен. Основу пакета составляет базовый модуль, к которому подключаются различные специализированные библиотеки, обеспечивающие проектировщиков моделями почти всех необходимых функциональных блоков.

На рисунке 1 показано окно моделирования «SystemView». Основными элементами окна проектирования являются панель инструментов, строка состояния, и панель моделей.

Строка меню имеет выпадающие меню, показывающее основные функции: File (Файл), Edit (Правка), View (Вид), Preferences (Свойства), NotePads (Блокноты), Connections (Соединения), Compiler (Компилятор), System (Система), Tokens (Модели), Tools (Инструменты) и Help (Справка).

Панель инструментов состоит из кнопок, которые выполняют следующие функции:

- управление над моделями или группами моделей в окне проектирования;

- пуск и останов моделирования;

- обеспечение доступа к окну анализа и другим сервисным функциям.

Панель библиотек используется для выполнения различных действий с моделями или группой моделей. Для перемещения выбранной модели необходимо:

- дважды быстро нажать мышкой на нужную кнопку;

- либо нажав мышкой и удерживая ее в нажатом состоянии переместить курсор с выделенной моделью на рабочее поле окна проектирования.

Для каждой кнопки панели инструментов и панели библиотек доступна краткая информация. Чтобы увидеть информацию, необходимо подвести указатель к нужной кнопке, после чего в выпадающем окне появится информация о соответствующей кнопке.

 

 

Рисунок 1 - Окно моделирования «SystemView»

Все схемы, используемые в лабораторных работах, по умолчанию установлены в каталоге

C:\ДПВ\

Для того, чтобы запустить процесс моделирования, необходимо создать новый проект, объединяя определенные модели, либо открыть уже существующий проект. Для открытия существующего проекта необходимо щелкнуть по меню “File“ (Файл) и выбрать строку “Open Existing System“ (Открыть существующий проект). На экране должна появиться схема выбранного устройства или системы.

Для запуска процесса моделирования необходимо нажать в панели инструментов на кнопку Run (Пуск). В ходе моделирования в левом нижнем углу строки состояния появляется перемещающаяся полоса, которая показывает, на каком этапе находится процесс моделирования.

Результаты моделирования отображаются в окне анализа. Для перехода в окно анализа необходимо нажать кнопку Analysis Window (Окно анализа) на панели инструментов.

Окно Analysis Window (Окно анализа) является основным инструментом для исследования и анализа полученных данных. В «SystemView» имеется большое количество различных функций, позволяющих выполнить подробное изучение исследуемой системы. Окно анализа показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Окно анализа «SystemView»

Одной из особенностей Окна анализа является возможность простого изменения (увеличения) любого графика. Для рассмотрения какой-либо области достаточно выделить с помощью мыши требуемую область. Это свойство очень полезно для исследования отдельных деталей исследуемого процесса. Для возврата изображения в исходное состояние достаточно нажать кнопку Reset Scale на инструментальной панели или, вызвав контекстное меню правой кнопкой мыши, выбрать операцию Rescale. При этом графическое изображение будет возращено в исходное состояние.

Управление режимом отображения координат осуществляется с помощью кнопок LogY и LogX. При этом одна из осей координат графика или обе оси отображаются в логарифмическом масштабе.

Размещение окон можно менять с помощью кнопок Tile Vertical (Разместить вертикально), Tile Horizontal (Разместить горизонтально) и Tile cascade (Разместить каскадом).

Имеется возможность экспорта графических изображений в виде метафайлов или точечных рисунков в другие приложения Windows.

Для анализа результатов «SystemView» имеет мощный встроенный калькулятор. Вызов калькулятора осуществляется с помощью кнопки Sink Calculator, размещенной в правой нижней части Окна анализа.

Более подробные сведения о пакете моделирования телекоммуникационных систем «SystemView» можно почерпнуть из [1].

Общие сведения

1 Задание на выполнение соответствующей лабораторной работы студенты получают на предыдущем занятии.

2 Студенты самостоятельно (или на консультации) готовятся по вопросам, указанным в описании лабораторных работ

3 На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности.

4 Перед выполнением экспериментальной части студенты отвечают на вопросы, отчитываются за допуск к работе

5 При невыполнении предыдущей работы без уважительной причины студент к выполнению последующей не допускается

6 Отчет по лабораторной работе должен, быть индивидуальным и защищается каждым студентом в отдельности.

7 Отчет должен содержать:

а) титульный лист;

б) название и номер работы;

в) цель работы;

г) рабочее задание;

д) схемы исследований;

е) экранные изображения сигналов и их спектры;

к) необходимые теоретические выкладки;

л) анализ полученных результатов;

м) выводы по работе.

Лабораторная работа №1

 

Цель работы

 

Исследование амплитудной модуляции

 

1.2 Предварительная подготовка

 

Изучить методы амплитудной модуляции с ДБП

При создании систем передачи информации в большинстве случаев оказывается, что спектр исходного сигнала, подлежащего передаче, сосредо-точен отнюдь не на тех частотах,которые эффективно пропускает имеющийся канал связи. Кроме того, очень часто необходимо в одном и том же канале связи передавать несколько сигналов одновременно. Одним из способов решения этой задачи является использование частотного разделения каналов, связи при котором разные сигналы занимают непере-крывающиеся полосы частот.

Далее, во многих случаях требуется, чтобы передаваемый сигнал был узкополосным. Это означает, что эффективная ширина спектра намного меньше его центральной частоты:

Δf << f₀

Перечисленные причины приводят к необходимости такой трансфор-мации исходного сигнала, чтобы требования, предъявляемые к занимаемой сигналом полосе частот, были выполнены, а сам исходный сигнал можно было восстановить. Решение указанной проблемы достигается при использовании модуляции (modulation), сущность которой заключается в следующем. Формируется некоторое колебание (чаще всего гармоническое), называемое несущим колебанием или пpocтo несущей (carrier), и какой-либо из параметров этого колебания изменяется во времени пропорционально исходному сигналу. Исходный сигнал называют модулирующим (modulating signal), а результирующее колебание с изменяющимися во времени параметрами — модулированным сигналом (modulated signal).Обратный процесс—выделение модулирующего сигнала из модулированного колебания — называется демодуляцией (demodulation). Запишем (в очередной раз) гармонический сигнал общего вида:

s(t) = A cos(ω₀t + φ₀).

У данного сигнала есть три параметра: амплитуда А, частота ω₀ и начальная фаза φ₀. Каждый из них можно связать с модулирующим сигналом, получив таким образом три основных вида модуляции: амплитудную, частотную и фазовую.

Как видно из названия, при амплитудной модуляции (AM; английский термин — amplitude modulation, AM) в соответствии с модулирующим сигналом меняется амплитуда несущего колебания:

S_АМ(t) = A(t) cos(ω₀t + φ₀).

 

1.3 Рабочее задание

 

1.3.1 Исследование схем амплитудной модуляции сДБП

 

АМ-сигнал – это и есть результат умножения модулирующего сигнала (с добавленной постоянной составляющей) на гармоническое несущее колебание. Спектр огибающей A(t) при амплитудной модуляции сдвигается в область несущей частоты ± ω ₀, «раздваиваясь» и уменьшаясь в два раза по уровню. Покажем это на графике, задав какую-нибудь функцию для спектра огибающей S_А(ω) (рис. 1.1):

Рис. 1.1. Спектры огибающей (пунктирная линия) и АМ-сигнала (сплошная линия)

 

Итак, спектр АМ-сигнала в общем случае содержит несущую частоту (уровень, которой определяется постоянной составляющей огибающей), а также верхнюю, и нижнюю боковые полосы.

Из графиков видно, что ширина спектра АМ-сигнала вдвое больше максимальной (граничной) частоты модулирующего сигнала: D w = 2W_max.

Вычислим значение спектральной функции АМ-сигнала на несущей частоте:

.

Первое слагаемое результата – как и положено, деленная пополам постоянная составляющая модулирующего сигнала. А вот второе слагаемое представляет собой «хвост» от второй «половинки» спектра, сконцентрированной в области oтрицательных частот, в окрестностях частоты ω ₀. Следует иметь в виду, что, поскольку все реальные сигналы имеют конечную длительность (и, следовательно, бесконечно протяженный спектр), данное явление наложения «хвостов» всегда будет иметь место. В большинстве практических ситуаций, однако, несущая частота значительно превышает эффективную граничную частоту спектра огибающей, так что влияние данного эффекта пренебрежимо мало.

Графически проиллюстрируем наложение «хвостов» сдвинутых копий спектра, уменьшив в рассмотренном ранее примере несущую частоту (рис. 1.2):

Рис. 1.2. При недостаточно высокой несущей частоте спектр АМ-сигнала (сплошная линия) может быть существенно несимметричным относительно несущей частоты из-за наложения «хвостов».

1.3.2 Исследование схем амплитудной модуляции сДБП

- собрать схему амплитудного модулятора с двумя боковыми полосами (рис. 1.1), установить параметры, снять экранные изображения выходного модулированного сигнала и его спектра;

 

Таблица 1.1 – Исходные данные

Вариант	Частота fсигн, кГц	Частота fмод, кГц	Коэффициент модуляции
			0.2
			0,4
			0,4
			0,5
			0,5

 

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

 

- собрать схему амплитудного демодулятора с двумя боковыми полосами (рис. 1.3), рассчитать параметры ФНЧ и установить параметры, снять экранные изображения выходного демодулированного сигнала.

 

1.3.2 Исследование схем балансной амплитудной модуляции

- собрать схему балансного амплитудного модулятора (рисунок 1.5), установить параметры (таблица 1.1), снять экранные изображения выходного модулированного сигнала и его спектра;

- собрать схему балансного амплитудного демодулятора (рис. 1.6), рассчитать параметры ФНЧ и установить параметры, снять экранные изображения выходного демодулированного сигнала;

- изменить частоту синхронного детектирования на 10% и объяснить, полученные результаты.

 

Рисунок 1.5

Рисунок 1.6

 

 

1.3.3 Исследование схем синхронного детектирования

- собрать схему амплитудного демодулятора с синхронным детектором (рисунок 1.7), установить параметры (таблица 1.1), снять экранные изображения выходного демодулированного сигнала;

 

 

Рисунок 1.7

- изменить частоту синхронного детектирования на 10% и объяснить, полученные результаты.

 

1.3.4 Исследование схем амплитудной модуляции с ОБП

 

Спектры двух боковых полос АМ-сигнала являются зеркальным отражением друг друга, то есть они несут одну и ту же информацию. Поэтому одну из боковых полос можно удалить. Получающаяся модуляция называется однополосной (английский термин – single side band, SSB).

В зависимости от того, какая боковая полоса сохраняется, говорят об однополосной модуляции с использованием верхней или нижней боковой полосы. Формирование однополосного сигнала проще всего пояснить, приведя несколько спектральных графиков (рис. 1.8).

По сути дела, при однополосной модуляции происходит просто сдвиг спектра сигнала в окрестности частоты несущего колебания. В отличие от AM, каждая «половинка» спектра смещается в своем направлении: область положительных; частот – к ω ₀, а область отрицательных частот – к - ω ₀.

Очевидно, что ширина спектра однополосного сигнала равна ширине спектра модулирующего сигнала. Таким образом, спектр однополосного сигнала оказывается в два раза уже, чем при обычной AM.

В отличие от предыдущих случаев, здесь нам удастся простыми средствами выразить связь между модулированным и модулирующим сигналами. Чтобы сделать это, придется воспользоваться преобразованием Гильберта и понятием аналитического сигнала (см. раздел «Комплексная огибающая» главы 1).

Рисунок 1.8 - Однополосная модуляция:

а – спектр модулирующего сигнала,

б – спектр однополосного сигнала с верхней боковой полосой,

в – то же с нижней боковой полосой

 

Итак, прежде всего мы формируем из модулирующего сигнала аналитический сигнал, имеющий односторонний спектр. Умножение этого сигнала на ехр(jω ₀t) вдвигает его односторонний спектр на ω ₀ вправо (вверх по частоте), формируя односторонний спектр однополосного сигнала с верхней боковой полосой. Наконец, чтобы перейти от аналитического сигнала обратно к вещественному, нужно взать вещественную часть. Формирование сигнала с нижней боковой полосой описывается аналогично, только умножать аналитический сигнал нужно на ехр(- jω ₀t) (тогда его спектр сдвинется влево, в область отрицательных частот, займет положение нижней боковой полосы).

Итак, однополосный сигнал можно представить как сумму двух АМ-сигналов несущие колебания которых имеют одну и ту же частоту, но сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90°. Амплитудными функциями этих АМ-сигналов являются модулирующий сигнал и его квадратурное дополнение. В зависимости от того, складываются эти два АМ-сигнала или вычитаются (а точнее, какая из двух несущих опережает другую по фазе), формируется однополосный сигнал с верхней или нижней боковой полосой.

 

1.3.5 Исследование схем амплитудной модуляции с ОБП

- собрать схему амплитудного модулятора и демодулятора с ОБП (рисунок 1.9), установить параметры (таблица 1.1), снять экранные изображения выходного модулированного сигнала;

- изменить частоту синхронного детектирования на 10% и объяснить, полученные результаты;

- ввести в канал связи между модулятором и демодулятором источник гауссовского (нормального шума). Исследовать влияние помех на искажения сигнала. Снять экранные изображения.

 

 

Рисунок 1.9

 

1.4 Выводы

 

1.4.1 Измените системное время и запустите систему на выполнение.

1.4.2 Проверьте правильность работы схемы, в каждом случае.

 

1.5 Контрольные вопросы

 

1.5.1 Назначение АМ.

1.5.2 Определение модуляции.

1.5.3 Для каких целей используется модуляция в системах связи.

1.5.4 В чем сходство и различие понятий: модуляция, манипуляция, дискретная модуляция.

1.5.5 Назначение амплитудного демодулятора.

 

 

Лабораторная работа №2

Квантование и дискретизация

 

Цель работы

Квантование сигнала

Соберите схему, приведенную на рисунке 2.1.

Установите следующие параметры в системе.

 

Системное время
Частота дискретизации, Гц
Число отсчетов
Источник пилообразного сигнала
	Amp = 1,875 v
	Freq = 5 Hz
	Offset = -1 v
	Phase = 0 deg
	Max Rate = 1e+3 Hz
Квантователь
	Bits = 4
	Max Input = ±1 v
	Signed Integer Output
	Max Rate = 1e+3 Hz
Усилитель	Gain = -125e-3
	Gain Units = Linear
	Max Rate = 1e+3 Hz

 

Система берет (с точностью плавающей точки) квантованный выходной сигнал генератора пилообразного сигнала с амплитудой напряжения 1,875 В и преобразует его в целое квантованное число. Все источники выходных сигналов в SystemView, по умолчанию установлены на точность с плавающей точкой (исключая, конечно, источники, которые считываются из файла, которые могут быть установлены на точность с фиксированной точкой).

 

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2 - Диалоговое окно квантователя
и соответствующие характеристики

ввода/вывода

 

(а) Просмотрите параметры значка 4-х битного квантователя и убедитесь, что имеет входные/выходные характеристики показанные на рисунке 2.2;

Обратите внимание, входной квантователь является восьмибитным, поэтому вторичная амплитуда дополнения находится в пределах от -2³ до 2³, например: -8 до +7.

(б) Запустите систему и затем в окне анализа убедитесь, что значения выборок такие, как предполагались на выходе квантователя рассмотренного выше. (Не забудьте нажать мерцающую синим цветом кнопку «Загрузить обновленные данные блока» , чтобы увидеть обработанные данные только прошедшего процесса моделирования);

(в) Определите погрешность квантования, вычисление которой осуществляется модулями 3, 4 и 5. Объясните полученные результаты;

(г) Модифицируйте параметры квантователя так, чтобы обеспечить трехбитное квантование (8 уровней как показано на рисунке 2.3) с таким же ±1 колебанием напряжения как раньше. Запустите систему и убедитесь, что результаты такие, как предполагалось, и совпадают с данными таблицами, показанными на рисунке 2.3;

(д) Модифицируйте систему так, чтобы амплитуда пилообразного сигнала на входе была равна 2 В. Запустите систему и обратите внимание на эффект «сжимания» ADC. Это происходит потому, что присутствует проблема нелинейности, которая появляется тогда, когда входное напряжение на ADC слишком высокое;

(е) Обратите внимание, что в диалоговом окне параметров квантователя, можно настроить вывод так, что он будет выводиться в форме с плавающей точкой или как целое число. Произвести такую настройку можно при помощи радио-кнопок показанных на рисунке 2.2. Теперь установите форму вывода «с плавающей точкой», запустите процесс моделирования и объясните то, что теперь показывается на выходе.

Рисунок 2.3 - 3 битный квантователь, характеристики ввода-вывода

 

(ж) Измените модуль генератора прямоугольных импульсов на генератор синусоидальных сигналов (ГСН), запустите систему повторно при значении выходных напряжений ГСН, равных 1,75, 1,875 и 2,0 В. Объясните полученные результаты.

 

Простой элайзинг

 

Соберите схему, приведенную на рисунке 2.5.

 

 

Рисунок 2.5

 

Установите следующие параметры в системе.

 

Системное время
Частота дискретизации, Гц
Число отсчетов
Источник синусоидального сигнала
	Amp = 1 v
	Freq = 1e+3 Hz
	Offset = -1 v
	Phase = 0 deg
	Output 0 = Sine t1
	Max Rate = 1e+3 Hz

 

Убедитесь, что все параметры обоих генераторов синусоидальных волн (в первом примере) абсолютно идентичны.

(а) Запустите процесс моделирования, и затем в окне анализа проверьте выходные сигналы обоих генераторов синусоидальных сигналов: они должны быть идентичны. Обратите внимание на разные названия двух блоков. Включая и выключая убедитесь, что когда осуществляется выборка в 1000 Гц, в синусоидальном сигнале в 10000 Гц присутствуют 10 выборок на период.

(б) Измените частоту верхнего генератора синусоидальных волн на 2000 Гц. Запустите систему и убедитесь в том, что сигнал на выходе совпадает с тем, который вы предполагаете.

(в) Теперь измените частоту верхнего генератора синусоидальных волн на 4500 Гц. Это частота приближается к половине частоты выборки f_s/ 2 = 5000 Гц. Убедитесь, просмотрев результаты в окне анализа , что сигнал на выходе такой, как предполагался.

Обратите внимание, что теперь более двух выборок на период и, следовательно, когда окно SystemView объединяет выборки между собой прямыми линиями (интерполяция первого порядка). Сигнал выглядит несколько «нелепо» (обратитесь к картинке 3.12).

Тем не менее, квантование сигнала осуществляется в соответствии с критерием Найквиста и поэтому вся информация о синусоидальном сигнале (амплитуда, фаза и частота) сохраняется.

(г) В этот раз мы изменяем частоту верхнего генератора синусоидального сигнала на верхнюю границу половины частоты выборки f_s/ 2 = 5000 Гц, т.е. на значение 9000 Гц. Пронаблюдайте, что выходной сигнал, когда выборка производится для 10 000 Гц, подвергнулся элайзингу и выглядит как синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц.

(д) Увеличьте частоту верхнего генератора синусоидальных волн до более чем 11 000 Гц. Обратите внимание, что на выходе мы опять видим синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц.

 

Дуобинарное упражнение

 

Соберите систему:

 

Рисунок 2.9

 

File name: Duobinary_ru.svu

Title: Duobinary.svu

System Time:0 - 5,11e+0 sec, dT=1,0e-2 sec, Sample Rate=1,00e+2 Hz, Samples=512, Loops=1

Token Attribute Type Parameters

0 Source PN Seq Amp = 500e-3 v, Offset = 500e-3 v, Rate = 10 Hz, Levels = 2, Phase = 0 deg, Max Rate = 100 Hz

1 Operator XOR Threshold = 500e-3, True = 0, False = 1, Max Rate = 10

Hz

2 Operator Delay Non-Interpolating, Delay = 100e-3 sec, = 1,0 smp, Output 0 = Delay, Output 1 = Delay - dT t1, Max Rate (Port 1) = 10 Hz

3 Adder - - - -

4 Operator Delay Non-Interpolating, Delay = 100e-3 sec, = 1,0 smp, Output 0 = Delay t3, Output 1 = Delay - dT, Max Rate (Port 0) = 10 Hz

5 Sink Real Time Input from t12 Output Port 0, Max Input Rate = 100 Hz

6 Function Poly -1+(2x), Max Rate = 10 Hz

7 Operator Sampler Non-Interp Right, Rate = 10 Hz, Aperture = 0 sec, Aperture Jitter = 0 sec, Max Rate = 10 Hz

8 Sink Analysis Input from t17 Output Port 0, Max Input Rate = 10 Hz

9 Sink Analysis Input from t1 Output Port 0, Max Input Rate = 10 Hz

10 Sink Analysis Input from t3 Output Port 0, Max Input Rate = 10 Hz

11 Operator Hold Zero, Gain = 1, Out Rate = 100 Hz, Max Rate = 100 Hz

12 Operator Linear Sys Comm Sin(t)/t FIR, Symbol Rate = 10 Hz, Decimate By 1, Quant Bits = None, Taps = 81, Init Cndtn = 0, DSP Mode Disabled, Max Rate = 100 Hz

13 Operator Sampler Non-Interp Right, Rate = 10 Hz, Aperture = 0 sec, Aperture Jitter = 0 sec, Max Rate = 10 Hz

14 Function Rectify Zero Point = 0 v, Max Rate = 10 Hz

15 Sink Analysis Input from t16 Output Port 0, Max Input Rate = 10 Hz

16 Function Limiter Max Input = ±0 v, Max Output = ±1 v, Max Rate = 10 Hz

17 Operator Smpl Delay Delay = 4 samples, = 400e-3 sec, Attribute = Passive, Initial Condition = 0 v, Fill Last Register, Output 0 = Delay t8, Output 1 = Delay - dT, Max Rate (Port 0) = 10 Hz

18 Sink Real Time Input from t0 Output Port 0, Max Input Rate = 100 Hz

2.7 Выводы

 

2.7.1 Запустите схему с упражнением.

2.7.2 Поработайте над декодером символов, чтобы проверить критерии принятия того или иного решения задачи.

 

2.8 Контрольные вопросы

 

2.8.1 Чему равно частота дискретизация?

2.8.2 Раскажите теорему Котельникова.

На каких принципах основана дискретизая непрерывных сообщений по времени.

2.8.4 В каких устройствах она впервые нашла применение?

2.8.5 Какая разница между дискретизацией и квантованием непрерывных сообщений?

 

Лабораторная работа №3

Цель работы

Лабораторная работа №4

Цель работы

Лабораторная работа №5

 

Исследование методов частотного и временного разделения каналов

 

Цель работы

 

Изучение методов частотного и временного разделения каналов.

5.2 Предварительная подготовка

Изучить методы построения устройств частотного и временного разделения каналов.

 

 

5.3 Предварительная подготовка

Один из способов разделения канальных сигналов (или разделе­ния каналов) заключается в следующем. В качестве переносчиков выбирают гармонические несущие колебания с различными часто­тами. В результате каждый первичный сигнал после преобразования в канальный сигнал (т.е. после модуляции) будет размещаться в своей полосе частот. В качестве примера на рис. 5.1 показано преобразование Л/ первичных сигналов, имеющих одинаковые спек­тры, путем модуляции по амплитуде (AM) несущих колебаний с раз­личными частотами. Интервал между несущими частотами соседних каналов должен быть таким, чтобы полосы частот канальных сигна­лов не перекрывались.

На рис. 5.2 представлена структурная схема многоканальной сис­темы передачи. Первичные сигналы s₁ (О, s₂(t),..., s_N(t) преобра­зуются устройствами Ц, М₂..... M_N\ модулированные несущие ко­лебания v,(t), v₂it),..., v_N(t), полученные на выходе этих уст­ройств, называются канальными сигналами. В отличие от первичных сигналов, имеющих общий спектр, канальные разнесены по спектру (рис. 4.2). Групповой сигнал v(f) получается объединением канальных сигналов v,(t), v_z(t)..... v_N(t) в устройстве объединения (УО).

 

 

На приемном конце канальные сигналы выделяются из группового с помощью разделительных частотных фильтров Ф_1, Ф_2,....., Ф_N, пропускающих сигналы своего канала и подавляющих остальные. Вос­становление первичных сигналов s₁(t),s₂(t),..., s_N(t) из канальных v₁ (U),v₂(t),...,v_N(t) производится с помощью демодуляторов Д₁, Д_2,.....,Д_N.

Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются в неперекрывающихся частотных полосах, получили название сис­тем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

 

5.3.1 Соберите систему передачи информации с частотным разделением (рисунок 5.2).

 

Рисунок 5.2

 

5.3.2 Запустите систему на выполнение и проверьте соответствие между передаваемыми и принимаемыми сигналами в каждом канале.

5.3.3 Установите уровень передаваемого сигнала в верхнем и нижнем каналах равным нулю (модули 0 и 8), и определите уровни паразитного сигнала в них при различных уровнях информационного сигнала (модуль 4) центрального канала. Уровень информационного сигнала может быть установлен равным 1, 2, 5 и 10 В.

Полученные данные сведите в таблицу.

5.3.4 Сравните параметры каналообразующих элементов между собой и рассчитайте параметры двух дополнительных каналов, которые должны размещаться в частотных промежутках между исходными тремя каналами.

Проведите проверку рассчитанных каналов на их взаимное влияние на соседние каналы. Объясните полученные результаты.

 

5.4 Пусть в качестве переносчика первичного сигнала s,(t) выбрана периодическая последовательность узких импульсов и осуществлена модуляция этой последовательности по амплитуде. Полученный в результате АИМ-сигнал - канальный сигнал v^(t) первого канала -показан на рис. 5.3, а. Выберем последовательность импульсов в ка­честве переносчика второго первичного сигнала s₂(t) таким обра­зом, чтобы импульсы АИМ-сигнала v₂(t) второго канала передава­лись в те промежутки времени, когда цепь свободна от передачи импульсов первого канала (см. рис. 5.3, б). Канальные импульсы третьего (см. рис. 5.3, в) и других каналов также должны быть сдвину­ты во времени относительно импульсов первых двух каналов и друг друга. Групповой сигнал v(t) получается после объединения ка­нальных сигналов v,(t), v₂(t),..., v_N(t) (рис. 5.3, г).

Получить канальные АИМ-сигналы практически очень легко. Роль АИМ-модуляторов могут выполнять электронные ключи (ЭК) (рис. 5.4), на которые нужно подать первичные сигналы. Ключи управляются импульсными переносчиками. Работа АИМ-модуляторов сводится к следующему: импульсы переносчиков поочередно откры­вают ключи, на выходах которых появляются первичные сигналы.

 

Нужно позаботиться лишь о том, чтобы последовательности импуль­сов, подаваемые на ключи ЭК, были сдвинуты во времени относи­тельно друг друга (рис. 4.6). Эту задачу (см. рис. 4.5) выполняет рас­пределитель импульсов каналов (РИК), управляемый генератором импульсов (ГИ). Таким образом, импульсы каждого канала, несущие в своей амплитуде информацию о первичном сигнале, передаются по цепи только в определенные промежутки времени. Разделение кана­лов на приеме (т.е. выделение канальных импульсов из группового сигнала) можно легко осуществить также с помощью ЭК, которые должны работать синхронно и синфазно с ключами передающей части. Другими словами, ключ каждого канала должен открываться тогда, когда по цепи приходят импульсы данного канала, и быть за­крытым во время прихода импульсов других каналов. Это достигает­ся с помощью управления ключами ЭК импульсными последова­тельностями (такими же, как и на передаче), вырабатываемыми в РИК приемной части и синхронизированными с импульсами пере­датчика с помощью схемы синхронизации СС (см. рис. 4.5). Каналь­ные импульсы 17,(0, v₂it),.... v_N(t) с помощью УО объединяются в групповой сигнал v(t).

 

Описанные системы передачи (см. рис. 4.5), в которых канальные сигналы передаются по цепи в непе­рекрывающиеся промежутки времени, называются системами передачи с временном разделением ка­налов (ВРК).

 

 

5.4.1 Соберите схему многоканальной системы передачи с временным разделением (рисунок 5.2).

 

 

Рисунок 5.2

 

5.3.6 Запустите систему на выполнение и проанализируйте полученные результаты.

Для полного восстановления принятых сигналов необходимо выполнить их фильтрацию. Выберите тип необходимых фильтров и рассчитайте их параметры.

Пример выполнения системы с фильтрами типа Comm приведен на рисунке 5.3.

 

 

 

Рисунок 5.3

 

Пример системы с использованием фильтра-задержки на 20 отсчетов приведен на рисунке 5.4.

 

 

Рисунок 5.4

 

5.3.6 На рисунке 5.5 показана схема приемного распределителя каналов (модуль 6).

 

 

Рисунок 5.5

 

Примечание. Приемный распределитель каналов собирается в основном окне и затем преобразуется в мета-систему. Входной модуль 8 и выходные модули 15, 17, 19 и 21 вводятся в мета-систему автоматически.

 

5.4 Выводы

 

5.4.1 Сделайте анализ по полученным результатам.

 

5.5 Контрольные вопросы

 

5.5.1 Назовите способы разделения каналов по частоте - FDMA (Frequency Division Multiple Access).

5.5.2 Назовите методы множественного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access,).

5.5.3 Схема распределения частотных поддиапазонов по ячейкам сотовой сети а) для FDMA;

б) для TDMA.

5.5.4 Объясните функциональную схему простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте.

5.5.5 Объясните функциональную схему простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов повремени.

 

Лабораторная работа №6

 

Исследование кодового разделения каналов

 

Цель работы

 

Изучение метода кодового разделения каналов

 

6.2 Предварительная подготовка

Изучить принципы построения устройств кодового разделения каналов

Для разделения сигналов могут использоваться не только такие очевидные признаки, как частота, время и фаза. Наиболее общим признаком является форма сигналов. Различающиеся по форме сигналы могут передаваться одновременно и иметь перекрывающиеся частотные спектры, и тем не менее такие сигналы можно разделить, если выполняется условие их ортогональности. Пусть в качестве переносчиков выбраны импульсы, последовательность которых образует, например, степенной ряд.