ПЗ_ОПИиСС МТС_акбак
.pdf
Рисунок 7 – Лицевая панель виртуального прибора
8.2Задать параметры виртуального прибора: частоту несущего сигнала взять из таблицы 10; тип низкочастотного сигнала взять из таблицы 10; параметр Intervals принять равным 18.
8.3Отобразить в отчете исходные данные, гистограммы сигналов: амплитудно-модулированный сигнал без гауссова шума; амплитудномодулированный сигнал с гауссова шума; гистограмму гауссова шума; временную диаграмму амплитудно-модулированного сигнала при величине сигнал/шум 30 и 10 дБ. Также отобразить зависимость дисперсии от величины сигнал/шум. Сделать выводы.
Таблица 10
Вариант |
Исходные данные |
||
Частота несущего сигнала, Гц |
Тип информационного сигнала |
||
|
|||
1 |
25 |
синусоидальный сигнал |
|
2 |
20 |
синусоидальный сигнал |
|
3 |
29 |
прямоугольные импульсы |
|
|
21 |
|
|
Продолжение таблицы 10
Вариант |
Исходные данные |
||
Частота несущего сигнала, Гц |
Тип информационного сигнала |
||
|
|||
4 |
20 |
треугольные импульсы |
|
5 |
11 |
синусоидальный сигнал |
|
6 |
10 |
треугольные импульсы |
|
7 |
18 |
синусоидальный сигнал |
|
8 |
12 |
прямоугольные импульсы |
|
9 |
22 |
синусоидальный сигнал |
|
10 |
21 |
прямоугольные импульсы |
|
11 |
30 |
синусоидальный сигнал |
|
12 |
26 |
прямоугольные импульсы |
|
13 |
23 |
синусоидальный сигнал |
|
14 |
12 |
треугольные импульсы |
|
15 |
26 |
синусоидальный сигнал |
|
16 |
20 |
синусоидальный сигнал |
|
17 |
16 |
прямоугольные импульсы |
|
18 |
13 |
треугольные импульсы |
|
19 |
21 |
синусоидальный сигнал |
|
20 |
15 |
синусоидальный сигнал |
|
21 |
14 |
прямоугольные импульсы |
|
9 Содержание отчета:
5.1Письменные ответы на вопросы допуска.
5.2Результаты выполнения индивидуальных заданий: исходные данные, формулы, расчеты, графики, выводы по каждому индивидуальному заданию.
22
Практическая работа №2 Теорема Котельникова
1 Цель работы:
1.1 Получить навыки в расчете частоты дискретизации для простого и сложного аналогового сигнала.
1.2 Получить навыки в разработке структурной схемы системы передачи с временным разделением каналов.
2 Литература:
2.1Олейник П. Корпоративные информационные системы. Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения. – СПб.: Питер, 2011 г. – 176 с Режим доступа: http://ibooks.ru/ reading.php? productid= 26272
2.2Величко В. В. Основы инфокоммуникационных технологий: учеб. пособие для вузов / В. В. Величко, Г. П. Катунин, В. П. Шувалов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009
2.3Сети следующего поколения NGN / под ред. А. В. Рослякова. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2009
2.4Основы построения телекоммуникационных систем и сетей : учеб. для вузов / В. В. Крухмалев, В. Н. Гордиенко, А. Д. Моченов, В. И. Иванов, В. А. Бурдин, А. В. Крыжановский; под ред. В.Н. Гордиенко, В. И. Крухмалев .- 2-е изд.- М. : Горячая линия - Телеком, 2008.
2.5Крухмалев В. В., Гордиенко В. Н., Моченов А. Д. Цифровые системы передачи: Учебное пособие для вузов. – М. : Горячая линия–Телеком, 2012 г. – 376 с. – Электронное издание. – УМО. Режим доступа: http://ibooks.ru/ reading.php? productid= 333998&search_string= основы% 20инфокомму-
никационных % 20систем.
3 Подготовка к работе:
3.1Повторить материал конспекта лекций. Изучить теоретический материал о теореме дискретизации (В.А. Котельникова) по литературе [2, 3, 5].
3.2Подготовить бланк отчета.
3.3Письменно ответить на вопросы допуска:
1)Что такое дискретизация?
2)Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты, и чему она равна.
3)Чему равна нижняя и верхняя частота канала тональной частоты?
4)К чему приведет увеличение частоты дискретизации в четыре раза для канала тональной частоты?
5)К чему приведет уменьшение частоты дискретизации в два раза для канала тональной частоты?
4 Индивидуальное задание №1.
4.1 В масштабе изобразить аналоговые процессы двух каналов на
23
временном интервале длительностью 2 мс. Исходные данные представлены в таблице 1 и 2. Пример построения аналогового сигнала по точкам см. в работе
№1 п. 7.1.
4.2 Рассчитать частоту дискретизации для аналоговых процессов. Изобразить в масштабе сигналы прямоугольной формы, частоты которых соответствует расчетной частоте дискретизации. Прямоугольные импульсы показать со сдвигом относительно друг друга на тактовый интервал, таким образом, что бы выполнялось условие временного разделения каналов. Кроме этого, необходимо обеспечить передачу цикловых синхроимпульсов.
Примерные диаграммы сигналов представлены на рисунке 1. Как видно из рисунка 2, восстановленный низкочастотный (НЧ) процесс из амплитудномодулированных импульсов (АИМ) не соответствует исходной форме информационного сигнала. Для того что бы получить огибающую АИМ сигнала, его необходимо пропустить через фильтр нижних частот (ФНЧ).
U |
АИМ импульсу |
|
|
первого канала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-й |
|
|
t |
канала |
|
АИМ импульсу |
|
|
|
второго канала |
|
|
|
|
|
2-й |
|
|
t |
канала |
|
|
АИМ импульсу |
|
|
|
третьего канала |
|
|
|
|
3-й |
|
Период |
t |
канала |
|
|
|
|
|
дискретизации |
|
|
|
|
t |
Импульсы дискретизации |
|
|
t |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
СИ |
|
Синхроимпульсы |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
Групповой |
|
|
t |
АИМ сигнал |
|
|
|
|
|
Период |
|
|
|
дискретизации |
|
|
|
Рисунок 1 – Типовой пример временного разделения каналов |
||
В примере (рисунки 1 и 2), частота дискретизации взята меньше чем требуемое значение Fд > 2×Fв, что свидетельствует об искажении амплитуды конечного сигнала (сигнал на выходе приемника) относительно информационного сигнала (сигнал на входе передатчика).
24
|
Информационный сигнал |
|
U |
до дискретизации |
|
|
|
|
|
|
1-й |
|
t |
канала |
|
Огибающая АИМ сигнала |
|
|
на выходе ФНЧ |
|
|
|
2-й |
|
t |
канала |
|
|
3-й |
|
t |
канала |
Рисунок 2 – Информационные сигналы на входе и выходе системы передачи
Таблица 1
|
Исходные данные |
|
Вариант |
Канал первый |
Канал второй |
|
(номер сигнала, см. таблицу 2) |
(номер сигнала, см. таблицу 2) |
1 |
4 |
4 |
2 |
20 |
4 |
3 |
13 |
9 |
4 |
17 |
8 |
5 |
16 |
10 |
6 |
9 |
5 |
7 |
13 |
13 |
8 |
9 |
17 |
9 |
7 |
17 |
10 |
8 |
8 |
11 |
7 |
8 |
12 |
8 |
2 |
13 |
12 |
10 |
14 |
10 |
6 |
15 |
13 |
16 |
16 |
14 |
5 |
17 |
4 |
5 |
18 |
20 |
14 |
19 |
3 |
2 |
20 |
1 |
2 |
|
25 |
|
Таблица 2
Номер |
|
|
|
Исходные данные |
|
|
|
|||
сигнала |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
U0, В |
-5 |
-4 |
-3 |
|
-5 |
0 |
4 |
-1 |
4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,5 – 6,7 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
U0, В |
4 |
-4 |
0 |
|
2 |
-1 |
0 |
-1 |
5 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,3 – 7,3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 |
U0, В |
0 |
0 |
2 |
|
-2 |
4 |
2 |
4 |
2 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,3 – 6,3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4 |
U0, В |
-5 |
-2 |
2 |
|
-2 |
1 |
0 |
-5 |
4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,3 – 5,4 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5 |
U0, В |
-3 |
-2 |
0 |
|
-4 |
-2 |
-4 |
4 |
4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,3 – 4,3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6 |
U0, В |
2 |
-4 |
4 |
|
3 |
3 |
0 |
3 |
2 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,6 – 5,2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7 |
U0, В |
5 |
-2 |
-5 |
|
3 |
-3 |
3 |
5 |
4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,5 – 5,4 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
8 |
U0, В |
-5 |
1 |
-5 |
|
0 |
-4 |
-2 |
-3 |
4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,2 – 7,8 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
9 |
U0, В |
0 |
-5 |
-2 |
|
-5 |
4 |
5 |
1 |
-1 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,2 – 6,0 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
10 |
U0, В |
0 |
-2 |
-1 |
|
-2 |
0 |
-1 |
3 |
5 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,1 – 5,9 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
11 |
U0, В |
-4 |
3 |
2 |
|
5 |
-4 |
3 |
4 |
-1 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,1 – 3,3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
12 |
U0, В |
-4 |
-4 |
5 |
|
-1 |
5 |
3 |
-4 |
2 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,5 – 5,5 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
13 |
U0, В |
-3 |
-5 |
4 |
|
-1 |
4 |
-4 |
-5 |
-5 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,4 – 5,0 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
14 |
U0, В |
-3 |
-4 |
-4 |
|
3 |
-3 |
-4 |
2 |
1 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,4 – 4,8 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
15 |
U0, В |
3 |
4 |
2 |
|
2 |
2 |
0 |
-4 |
1 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,9 – 5,1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
16 |
U0, В |
3 |
0 |
0 |
|
-2 |
-4 |
3 |
5 |
3 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,6 – 4,5 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
17 |
U0, В |
-3 |
-4 |
0 |
|
4 |
1 |
-5 |
4 |
-4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,3 – 4,3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
18 |
U0, В |
1 |
-3 |
-3 |
|
5 |
3 |
3 |
-4 |
4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,3 – 3,8 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
19 |
U0, В |
-3 |
-3 |
0 |
|
-1 |
-1 |
4 |
-1 |
-5 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,1 – 3,1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
20 |
U0, В |
3 |
1 |
-3 |
|
1 |
5 |
-2 |
-1 |
-4 |
∆f, кГц |
|
|
|
|
0,5 – 4,1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 2
Номер |
|
|
|
Исходные данные |
|
|
|
||
сигнала |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
U0, В |
3 |
0 |
3 |
-5 |
4 |
2 |
-5 |
-1 |
∆f, кГц |
|
|
|
0,2 – 4,9 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
4.4Изобразить упрощенную структурную схему двухканальной системы передачи с временным разделением каналов. Подписать значения частот сигнала на выходе фильтров нижних частот, на входе дискретизаторов, временных селекторов. Указать полосу среза фильтров нижних частот.
4.5Изобразить амплитудно-частотную характеристику фильтров нижних частот на передаче и приеме для первого и второго каналов.
Типовая амплитудно-частотная характеристика ФНЧ представлена на рисунке 3.
А, дБ |
Вносимые потери вне |
|
|
+30 |
полосы пропускания |
|
|
|
|
|
|
|
Полоса пропускания ФНЧ, f = fср.в - fср.н |
|
|
|
Шаблон |
|
|
|
АЧХ ФНЧ |
|
|
|
|
|
Реальная АЧХ |
|
|
|
ФНЧ |
+3 |
|
|
|
|
А |
|
|
fср.н. |
А = 3 дБ, вносимые потери в канал |
fср.в |
f, кГц |
|
|
|
|
|
(неравномерность АЧХ) |
|
|
Рисунок 3 – Типовая АЧХ пассивного ФНЧ
4.6Изобразить в масштабе групповой дискретизированный сигнала (см. рисунок 1).
4.7Изобразить в масштабе для каждого канала огибающую амплитудноимпульсного сигнала, формируемого на выходе фильтра нижних частот приемной части системы передачи (см. рисунок 2).
4.8.Повторить пункты 4.2, 4.3, 4.6 и 4.7 для случая, когда частота дискретизации в два раза меньше расчетной. Сравнить огибающие двух сигналов, формируемых на выходе фильтров нижних частот приемной станции, сделать выводы.
4.9 Вычертить двухканальную структурную схему с временным разделением каналов. Шаблон схемы представлен на рисунке 4.
На рисунке 4 показаны блоки:
ФНЧi – фильтр нижних частот i-го канала;
Дi – дискретизатор или амплитудно-импульсный модулятор i-го канала;
27
ГОпрд – генераторное оборудование передающей станции; ФС – формирователь группового сигнала; ЛС – линия связи;
ВСi – временной селектор, предназначенный для выделения АИМ импульсов своего канала;
ГОпрм – генераторное оборудование приемной станции
1-й канал |
|
|
|
|
|
|
|
|
ВС1 |
|
ФНЧ1 |
1-й канал |
|||
ФНЧ1 |
|
Д1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й канал |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2-й канал |
Д1 |
|
|
|
|
|
ВС1 |
ФНЧ2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
ФНЧ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ФС 
ЛС 
i-й канал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВСi |
|
|
ФНЧi |
i-й канал |
||||
ФНЧi |
|
|
Дi |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГОпрд |
|
|
|
|
|
|
|
ГОпрм |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4 – Шаблон системы передачи с временным разделением каналов
5 Индивидуальное задание №2.
5.1 Задана импульсная последовательность с параметрами: длительность импульса (τи), период следования импульсов (Тс) и амплитуда импульсов U0. Исходные данные представлены в таблице 3.
Таблица 3
Вариант |
|
|
Исходные данные |
|
τи, мкс |
|
Тс, мкс |
U0, В |
|
|
|
|||
1 |
6 |
|
12 |
2 |
2 |
1 |
|
2 |
3 |
3 |
3 |
|
6 |
4 |
4 |
10 |
|
40 |
5 |
5 |
5 |
|
20 |
4 |
6 |
6 |
|
24 |
5 |
7 |
5 |
|
20 |
2 |
8 |
3 |
|
6 |
5 |
9 |
4 |
|
8 |
3 |
10 |
7 |
|
28 |
3 |
11 |
7 |
|
28 |
2 |
|
|
28 |
|
|
Продолжение таблицы 3
Вариант |
|
Исходные данные |
|
|
τи, мкс |
Тс, мкс |
U0, В |
||
|
||||
12 |
7 |
14 |
4 |
|
13 |
2 |
8 |
5 |
|
14 |
1 |
4 |
1 |
|
15 |
10 |
20 |
3 |
|
16 |
4 |
16 |
5 |
|
17 |
8 |
32 |
1 |
|
18 |
4 |
16 |
3 |
|
19 |
9 |
18 |
4 |
|
20 |
6 |
24 |
4 |
|
21 |
9 |
36 |
4 |
Определить: частоту следования импульсов Fc; ширину спектра ∆F; постоянную составляющую Uconst; дискретные составляющие спектра.
Частота следования импульсов определяется как величина обратно пропорционально периоду следования импульсов. Тогда, зная длительность
импульсов, можно определить ширину спектра сигнала по выражению: |
|
|||
F |
1 |
|
(1) |
|
И |
||||
|
|
|||
где τи – длительность импульса.
Постоянная составляющая сигнала определяется по формуле:
Uconst U0 |
И |
(2) |
T |
||
|
C |
|
где τи – длительность импульса.
Тс – период следования импульсов; U0 – амплитуда импульсов.
Дискретные составляющие кратны частоте следования импульсов: Fn = ∆F×n, где n – номер спектральной (дискретной) составляющей (n = 1, 2, …).
5.2 Изобразить дискретные составляющие спектра импульсной последовательности при различной длительности импульса. На рисунке 5 представлен шаблон дискретных составляющих спектра импульсов.
Из теории электросвязи следует, чем шире импульс, тем уже его спектр и на оборот, чем уже импульс, тем шире его спектр. Так, на рисунке 5 штриховой линией показан спектр сигнала для последовательности импульсов длительностью 40 мкс, если длительность этой последовательности уменьшить в два раза, то спектр этого сигнала уширится в два раза, как показана штрих пунктирной линией на рисунке 5. На рисунке 5 показаны нулевые минимумы
29
спектра – f0 (частота первого нуля). Нулевые минимумы соответствуют |
|||||
величине f0 = ∆F×n, где n = 1, 2… |
|
|
|
||
U(f) |
|
|
|
|
|
|
|
τи = 80 мкс |
|
|
|
|
|
|
|
τи = 40 мкс |
|
|
|
f0 |
|
f0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
f1 |
f2 |
f3 |
f4 |
f, МГц |
Рисунок 5 – Шаблон дискретных составляющих спектра импульсной |
|||||
|
|
последовательности |
|
||
6 Индивидуальное задание №3.
6.1 Разработка структурной схемы системы с ВРК в графической среде программирования NI LabVIEW.
Запустите программу NI LabVIEW. |
Создайте бланк виртуального |
подприбора. Перейдите в окно блок |
диаграммы, соберите схему |
представленной на рисунке 6.
После подключения всех блоков кода программы виртуального подприбора, запустите программу и перейдите в поле лицевой панели. Установите фазу сигналов прямоугольных импульсов, поступающих с генераторного оборудования на дискретизаторы с частотой Fд, таким образом, чтобы выполнялось условие теоремы А. Котельникова, при этом на осциллограмме визуально должно наблюдаться временное разделение каналов. Фазу синхроимпульсов оставить равную нулю.
Для расчета фазы сигнала дискретизации необходимо воспользоваться формулой (3):
i |
|
3600 |
m 1 |
(2) |
|
||||
|
|
Nк |
|
|
где φi – фаза i-го канала, включая канал для передачи циклового синхроимпульса;
30