Лабораторная работа №12. Частотная манипуляция и демодуляция Теоретическая часть.

Самым простым методом получения частотно манипулированного сигнала является использование схемы аналоговой частотной модуляции, только при этом вместо речи и музыки передаваться будет цифровой сигнал – последовательность битов. Исходя из этого, преимущество ЧМн над АМн то же, что и у ЧМ над АМ, а именно – помехоустойчивость (устойчивость к шумам).

Шум в большинстве случаев влияет на амплитуду сигнала, но не влияет на частоту. Т.к. при АМ и АМн информация закладывается в изменении амплитуды сигнала, то этот вид модуляции более подвержен влиянию шумов. Для аналогового сигнала шумы после демодуляции остаются в виде шипения и щелчков, для цифрового – в виде неправильно обработанных битов и потерянной/испорченной информации.

ЧМ и ЧМн частично избегает этой проблемы, потому что демодуляция связана с обработкой изменения частоты сигналы, а изменения амплитуды сигнала под действием шума могут быть удалены ограничителем.

На рисунке 12.1 изображены цифровой и соответствующий ему ЧМн сигналы.

Рисунок 12.1

Заметьте, что ЧМн сигнал состоит из двух синусоид. Синусоида с большей частотой в данном случае соответствует уровню логической 1 входного сигнала, а с меньшей – логическому 0.

Получение ЧМн сигнала может быть произведено с помощью ЧМ модулятора, включающего в себя осциллятор, регулируемый напряжением. Другой способ получения ЧМ сигнала показан на рисунке 12.2.

Рисунок 12.2

Как вы видите, в этой схеме имеется два осциллятора: один для генерации колебания, соответствующего логическому 0, второй – логической 1. Генераторы колебаний соединены со входами сумматора через электронные ключи. Один ключ замыкается при поступлении на него высокого уровня напряжения (лог. 1), другой – низкого (лог. 0).

При поступлении на вход схемы логической 1 первый ключ замыкается и выход первого осциллятора соединяется со входом сумматора, второй осциллятор остается неподключенным. При поступлении логического 0 замыкается второй ключ и подключенным ко входу сумматора оказывается второй осциллятор. Таким образом, на выходе сумматора присутствует одна частота при высоком уровне входного сигнала схемы, и другая при низком. Иными словами, на выходе сумматора мы имеем частотно манипулированный сигнал.

Для демодуляции ЧМн сигнала может быть использован любой удобный метод демодуляции ЧМ сигнала, например детектор пересечения нуля или детектор с фазовой автоподстройкой частоты. Другой вариант состоит в пропускании ЧМн сигнала через избирательные фильтры и выделении двух синусоид, из которых и состоит этот сигнал. Рассматривая их по отдельности, можно заметить каждая из них представляет АМн сигнал, и поэтому информация может быть восстановлена с помощью диодного детектора.

Эксперимент

Часть 1. Настройка сигналов управления переключением

1. Запустите NI ELVIS II Variable Power Supplies VI и установите напряжение на положительном выходе равным 2В

2. Соберите схему, показанную на рисунке 12.3.

Рисунок 12.3

Блок-схема представлена на рисунке 12.4. Модуль Sequence Generator используется для моделирования цифрового сигнала, а выход SYNC – для синхронизации осциллографа, чтобы получаемое изображение было устойчивым. Блок Comparator модуля Utilities вместе с постоянным напряжением с выхода Variable Power Supplies используются для инверсии цифрового сигнала.

Рисунок 12.4

3. Запустите NI ELVIS II Oscilloscope VI и настройте его:

• CH 1 Vertical Position -5V

• Timebase 1ms/div

• Trigger Type Digital

4. Сравните два сигнала. Сигнал на выходе компаратора должен быть инвертированной копией цифровой последовательности с выхода генератора последовательностей.