Лабораторная работа №9. Отношение сигнал-шум и глаз-диаграммы Теоретическая часть.

При изучении основ телекоммуникаций все мы неизбежно сталкиваемся с изучением влияний шумов. Это необходимо, потому что шум влияет на правильность воспроизведения передаваемого сообщения на приеме. Для аналоговых сигналов, таких как речь и музыка, шум может представлять искажения звука, щелчки, шипение. Для цифровых сигналов – неверно принятые биты. В обоих случаях информация теряется.

Неудивительно, что шум научились измерять количественно. Самое распространенное средство – отношение сигнал-шум (С/Ш, SNR – signal-to-noise ratio), представляющее собой отношение уровня напряжения (или мощности) полезного сигнала к уровню напряжения (или мощности).Обычно при измерении отношения С/Ш используют децибелы:

С/Ш _dB = 20 log (Vc/Vш) или С/Ш _dB = 10 log (Pc/Pш)

Для того чтобы произвести эти вычисления, необходимо осуществить измерения напряжения (мощности) сигнала и шума. В лабораторных условиях уровень шума контролируем и может быть удален из сигнала. Но на практике сигнал и шум разделить нельзя, поэтому используется альтернативное выражение:

С/Ш = (С+Ш)/Ш

Очевидно, что два разных выражения для нахождения соотношения С/Ш дают два разных результата. Но для сравнения двух простых систем, эта разница несущественна. Более того, чем больше соотношение С/Ш, тем меньше разница между этими значениями.

Эксперимент

Часть 1. Добавление шума к сигналу

В качестве информационного сигнала будем использовать цифровую последовательность, так как цифровые сигналы наиболее распространены в современных телекоммуникациях, а также потому что с их помощью мы сможем рассмотреть глаз-диаграммы.

1. Соберите схему, как на рисунке 9.1. Переключатели модуля Sequence Generator установите в положение 00.

Блок-схема представлена на рисунке 9.2. Модуль Sequence Generator моделирует информационный сигнал, а модуль Adder суммирует этот сигнал с шумом.

Рисунок 9.1

Рисунок 9.2

2. Запустите осциллограф NI ELVIS II Oscilloscope VI. Настройте его:

• Timebase 1ms/div

• Trigger Type Digital

3. Понаблюдайте за действием неограниченного по спектру шума на сигнал.

4. Отсоедините провод от выхода -20дБ генератора шумов и вставьте его в разъем -6дБ.

5. Проследите как изменилась картинка на экране осциллографа. Должно появиться заметное увеличение уровня шума относительно полезного сигнала.

6. Установите уровень генерируемого шума 0дБ. Попытайтесь разобрать информационный сигнал на фоне шума.

Часть 2. Ограничение ширины полосы частот сигнала и шума

Измерение отношения С/Ш обычно производится на выходе приемника. Шум может попасть в систему передачи информации на любом этапе передачи сообщения, но наиболее вероятная точка проникновения – это канал передачи данных, из-за своей доступности и невозможности его полностью контролировать. Это значит, что спектр шума, попадающего в систему, всегда ограничен, так же как и ограничен спектр передаваемого по каналу связи сигнала. Для того, чтобы наши измерения максимально были близки к реальной системе связи, мы ограничим спектр сигнала и шума.

1. Измените схему, как показано на рисунке 9.3.

Рисунок 9.3

Блок-схема представлена на рисунке 9.4. Блок Baseband LPF модуля Channel используется для ограничения спектра передаваемого сигнала.

Рисунок 9.4

2. Рассмотрите сигнал на выходе. Теперь, когда спектр передаваемого сигнала и добавляемого к нему шума ограничен, он более похож реальную модель передаваемого цифрового сигнала с шумом. Обратите внимание на то, как меняется амплитуда сигнала, на протяжении одного импульсного интервала.

3. Увеличьте уровень шума до -6дБ, а затем до 0дБ. Понаблюдайте, как это влияет на цифровой сигнал.