Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине "теория электрической связи" для студентов специальности (стр. 2 из 11)

Задачи данной лабораторной работы реализуются путем выбора подходящих взвешивающих окон, изменения длительности реализации, а так же параметров визуализации, при которых обеспечиваются наилучшие результаты оценки.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Загрузить исполняющий файл dsp_wind.svu (рис.1). Записать параметры модулей модели, параметры системного времени. Сравнить эти параметры с параметрами трехкомпонентного полигармонического сигнала (1).

2.Запустить модель на цикл моделирования. Получить графики выходного сигнала (Sink4) и его спектра. Используя перемещаемый «мышью» курсор и поле индикации его координат (область правого верхнего угла окна анализа), оценить характерные величины представления сигналов в анализирующих окнах (минимальное и максимальное значение огибающей амплитуд, период изменения огибающей, период частотного заполнения). Сравнить полученные результаты с параметрами идеального сигнала. Воспользовавшись «калькулятором» пакета System View получить спектр мощности исследуемого сигнала, выделяемой на резисторе в 1 Ом. Отметить влияние «утечки» энергии одних спектральных компонент сигнала на соседние и ее влияние на достоверность результатов оценивания относительной амплитуды и частоты. Сделать выводы относительно возможности и достоверности оценки параметров исследуемого сигнала.

3.Подвергнуть временную реализацию сигнала «взвешиванию» (windowing) с использованием стандартных окон Барлетта (Barlett), Ханнинга (Hanning), Эланикс (Elanix). Для каждого случая получить спектр «взвешенного» сигнала. Произвести оценку параметров амплитуды и частоты каждой из компонент сигнала для каждого случая. Выполнить эскизы графиков спектров с указанием полученных оценок. Сравнить полученные результаты с параметрами идеального сигнала. Сделать выводы относительно возможности и достоверности оценки параметров при использовании «взвешивающих» временных окон.

4.Ввести в состав сигнала аддитивный Гауссов шум, путем дополнения источников еще одним – источником Гауссова шума с математическим ожиданием (mean) равным 0 и среднеквадратическим отклонением (Std Deviation) равным 0,0003В. Получить график спектра с использованием окна Ханнинга. Получить оценки частоты и амплитуды для каждой спектральной компоненты. Так как помеха носит случайный характер, следует повторить цикл моделирования и получения оценок сигнала многократно (не менее 5-ти раз), а искомые оценки находить как средние величины считываемых значений оцениваемых параметров для каждого цикла моделирования. Повторить вышеприведенную последовательность получения оценок параметра сигнала для значений среднеквадратического отклонения 0,001В и 0,003В. Данные расчетов свести в таблицу. Привести график спектра сигнала для второго цикла моделирования. Сделать выводы относительно влияния помех на возможность и достоверность оценок параметров сигнала.

5.Восстановить исходную структуру и параметры модели (См. п.1). Вызвать панель настроек системного времени и установить число циклов моделирования (№ of System Loops) равным 10. Выполнить пункт 2 данного «Хода выполнения работы» при новых настройках. Выполнить пункт 3 данного «Хода выполнения работы» (использовать только окно Эланикс). Сделать выводы относительно влияния длины реализации и на достоверность оценок. Отметить влияние взвешивающего окна на полученные результаты в сравнении с п.2.

ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1. Изучить материал лабораторной работы по методическим указаниям и рекомендованной литературе.

2. В черновой тетради подготовки к лабораторным работам привести:

- схему исследуемой модели;

- график идеального спектра амплитуд сигнала (1);

- спектр мощности сигнала (1), выделяемой на резисторе в 1 Ом;

- расчет амплитуды гармонических компонент сигнала, уровень которых составляет 40 дБм и –10 дБм.

3. Ответить на вопросы контрольного задания.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование работы, ее цель и задачи.

2. Структура модели, ее параметры, параметры системного времени.

3. Эскизы графиков сигналов, их спектров с указанием полученных оценок параметров, а так же выводы в соответствии с пунктами 2…5 «Хода выполнения работы».

4. Выводы по работе в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Харкевич А.А., Спектр и анализ. Стр. 13…19, 42…46.

2. Марпл – мл. С.Л., Цифровой спектральный анализ и его приложения. Стр. 164…184.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПОСЫ

1. К какому классу сигналов должен быть отнесен исследуемый в данной работе сигнал на этапе задания, различных этапах обработки, на этапе выдачи результатов обработки?

2. Как можно оценить абсолютное значение амплитуды спектральной компоненты сигнала по его спектру амплитуд, представленному в логарифмическом масштабе?

3. Как влияет увеличение объема выборки на точность оценки частоты гармонической компоненты сложного сигнала?

4. Как влияет использование «взвешивающих» окон на точность частотных оценок? Ответ сформулировать применительно как для «сильных», так и для «слабых» компонент, входящих в состав сигнала.

5. В каких случаях целесообразно использовать логарифмический, а в каких линейный масштаб при оценивании сложного, полигармонического сигнала?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Цель работы: Изучить принципы построения систем связи с частотным разделением каналов.

Задачи работы:

1. Изучить структуру и функции основных узлов системы с частотным разделением каналов для передачи непрерывных и дискретных сообщений.

2. Изучить влияние спектральных характеристик передаваемых сигналов на качество их разделения и восстановления переданного сообщения на приемной стороне.

3. Исследовать влияние помех на качество работы системы связи при частотном разделении сигналов.

ВВЕДЕНИЕ.

Одна из важнейших задач решаемых в телекоммуникационных системах – задача разделения сигналов передаваемых по одной физической линии связи совместно. Разделение осуществляется по заранее известным и неизменным признакам, индивидуальным для каждого из разделяемых сигналов. Наиболее часто при создании систем связи применяется разделение сигналов по частотному признаку. На основе частотного разделения реализуются системы многоканальной телефонной и радиосвязи, системы спутниковой связи, системы радиовещания и телевидения. Такие системы содержат в своем составе группу передатчиков и приемников взаимодействующих через общую среду распространения сигналов (кабельная линия, околоземное и космическое пространство – «эфир» и т.д.). В простейшем случае каждая пара передатчик – приемник и среда, связывающая их, составляют отдельный канал. Для обеспечения возможности одновременной передачи сообщений по всем каналам необходимо выполнить условия независимости их работы, исключения влияния друг на друга, что и составляет задачу разделения сигналов и соответствующих каналов связи. Основой частотного разделения каналов являются следующие положения:

- Каждый из передатчиков формирует и выдает в среду распространения сигналы, имеющие спектры не перекрывающиеся со спектрами других передатчиков;

- Каждый из приемников имеет средства выделения спектров сигналов только нужного передатчика и подавления спектров других;

- Среда распространения сигналов обладает линейными свойствами.

Данная работа направлена на изучение реализации этих положений на примере простейшей двухканальной системы связи, моделируемой средствами пакета System View.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объектом исследования в данной работе является модель двухканальной системы связи. В работе предусматривается исследование двух версий системы и, соответственно, двух версий модели - первая, для передачи непрерывных сообщений (См. рис.1) и вторая, - для передачи дискретных (См. рис.2). Сообщения для первой модели представлены гармоническими колебаниями различных частот. Физически это может соответствовать передаче по каждому из каналов звуковых сигналов, отображающих звучание нот различных тональностей. Для второй модели сообщения представлены импульсными последовательностями с различной длительностью импульсов. Физически это может отображать передачу последовательности «точек» телеграфной азбуки по одному каналу и «тире» - по другому.

В состав обеих моделей системы входят модули передатчиков, представленных на левой части рисунков и приемников – на правой части. Среда распространения – линия связи, представлена сумматором и источником Гауссова шума, в центральной части рисунка.

Передатчик представлен модулятором (модули 2,19,23 для первого канала и модули 2,24 для второго), осуществляющим перенос передаваемого сообщения (генерируется модулями 7 и 8 для соответствующих каналов) на несущее гармоническое колебание (генерируется модулями 0 и 1) путем управления его амплитудой.

Приемник каждого канала представлен фильтром (модули 6 и 9), пропускающим только частотные компоненты своего передатчика, и детектором огибающей (модули 14, 16 и 15, 17). В свою очередь каждый детектор содержит нелинейный элемент (двухполупериодный выпрямитель) и фильтр, пропускающий частотные компоненты восстанавливаемого в детекторе сообщения.

Следует иметь ввиду, что первое условие разделения сигналов, упомянутое во Введении, в реальных системах выполняется с известной степенью приближения. Спектры реальных сигналов в той или иной степени перекрываются. Это можно объяснить своеобразной «утечкой», так как реальный сигнал всегда изменяется и, следовательно, в нем нельзя выделить протяженный стационарный участок. В силу указанного энергия реального сигнала всегда распределена в некоторой частотной области, сгруппированной в окрестности частоты несущего колебания. По мере удаления от этой области энергия частотных компонент сигнала уменьшается. Количественной мерой ширины полосы частот, занимаемой сигналом, может служить так называемая существенная полоса частот (ширина спектра), на границах которой уровень энергии (мощности) частотных компонент составляет заданную, достаточно малую часть (сотую, тысячную и т.п) энергии наиболее мощных компонент центральной части спектра.