Теория электрической связи 2
Лабораторная работа №1
"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, соединённых 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 (АМ, ЧМ, ФМ и ОФМ). При установке вида модуляции «0» выход модулятора соединён 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 j в сменном блоке позволяет устанавливать фазы опорных колебаний или на «0» (относительно фазы принимаемого сигнала), или на p. Для нормальной работы демодулятора j=0.
Потенциометр ручной установки порога (только для АМ) 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 приёме 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 цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). Блоки АЦП и ЦАП стенда могут работать с различной разрядностью (3, 4, 5 и 8 разрядов). Восьмиразрядное преобразование происходит при отжатых кнопках переключателя разрядности. Блок АЦП имеет 2 входа – «открытый» (~) и «закрытый» (~) и два выхода – основной (правые гнёзда) и выход дискретизированного по времени входного сигнала (нижнее гнездо). Ниже блока АЦП расположен тумблер, позволяющий изменять частоту дискретизации fД1 @ 125Гц и fД2 @ 2000Гц.Блок ЦАП расположен в правой части стенда. При непосредственном соединении АЦП и ЦАП тумблер t должен быть установлен в положение «0», а при использовании модулятора и демодулятора – в положение «t», так как демодулятор создаёт задержку на один тактовый интервал (Т). Блок ЦАП имеет 2 выхода: на выходе 1 формируется ступенчатый сигнал, на выходе 2 – сигнал после ФНЧ.
Домашнее задание
1.Изучите соответствующий раздел курса и литературу:
[3] с. 7¸23; [4] с.10¸27.
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 АМ.
1.3.Набрать тумблерами КОДЕРА-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 "0" 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 АМ, наблюдать увеличение частоты "сбоев". Не меняя напряжение шума, провести это же наблюдение на других видах модуляции. В отчёте 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 АМ.
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 fД1, а тумблер «0vt» (около блока ЦАП) – в положение «t».
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 fД1.
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 определите вид модуляции, обеспечивающий наилучшую и наихудшую помехоустойчивость системы связи. Свои наблюдения отразите в отчёте.
Отчет
Отчет должен содержать:
1. Функциональные схемы систем связи.
2. Осциллограммы по п.1.3, 1.4, 1.5, 3.3.
3. Выводы по пунктам 2.4, 2.5, 3.3, 4.3.
Контрольные вопросы
1. Перечислите блоки цифровой системы связи для передачи
· дискретных сигналов;
· 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?