Влияние помех в канале связи
Наличие шума и помех в двоичном канале приводит к ошибкам, которые проявляются в том, что некоторые двоичные символы изменяют свое значение на обратное.
В частности, замена единицы нулем на его входе в момент времени to приводит к тому, что на выходе интегратора вместо положительного приращения (4.7) появляется равное по величине отрицательное приращение. Это эквивалентно возникновению ошибки на выходе в виде отрицательного скачка напряжения сколь угодно большой длительности ε(t)=–2g(t-to). Аналогично, вследствие замены нуля единицей появляется ошибка в виде скачка положительной полярности также величиной в 2Δr.
Теоретически
бесконечно большое последействие
единичной ошибки связано с тем, что в
амплитудном спектре единичного скачка
S1(ω)=1/ω амплитуды составляющих бесконечно
возрастают при
0.
В целом результат воздействия
некоррелированной помехи – это серия
случайно возникающих скачков обеих
полярностей, которая представляет собой
дискретный случайный процесс с
независимыми приращениями, который
суммируется с полезным сигналом.
Следует отметить, что ДМ по своей сути не предназначена для передачи сигналов, содержащих постоянную составляющую, более того, реально она применяется для передачи сигналов, например, речевых, спектр которых заключен в ограниченной полосе частот (ωн, ωв).
В качестве имитатора двоичного симметричного канала с независимыми ошибками в лабораторном макете используется сумматор по модулю 2, на один вход которого поступает передаваемая двоичная последовательность, а на другой вход – двоичная последовательность, имитирующая поток ошибок. Источником последней является генератор псевдослучайной M-последовательности с набором переключаемых схем совпадения, позволяющим изменять относительное количество единиц в потоке символов на втором входе сумматора по модулю 2.
2 Практическая часть
Изучив принцип работы системы связи с ДМ, соберем лабораторную установку для исследования системы связи. На рисунке 2.1 изображена схема на лабораторном макете.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема системы связи с ДМ
Подаем на вход системы (точка А1) прямоугольные импульсы, зарисовываем форму переходной характеристики системы.
Рисунок 2.2 – Прямоугольный импульс в точке А1
Рисунок 2.3 – Ступенчатая характеристика в точке А5
Рисунок 2.4 – Прямоугольный импульс в точке А2
Рисунок 2.5 – Прямоугольные импульсы в точке А3
Поскольку на выходе кодирующего устройства (точка А2) в тактовые моменты времени обязательно возникают импульсы той или иной полярности, напряжение на выходе интегратора (точка А5) обязательно возрастает либо уменьшается на одну ступеньку и вследствие этого приобретает ступенчатую форму, показанную на рис. 2.3. Величина ∆r определяет шаг квантования по амплитуде.
Из приведенного анализа работы дельта-модулятора следует, что в вычитающем устройстве сравнивается истинное значение модулирующего напряжения с квантованным.
Зарисуем осциллограммы напряжений в характерных точках системы при нулевом входном напряжении.
Рисунок 2.6 – Импульс на входе системы (точка А1)
Рисунок 2.7 – Импульс на выходе интегратора передающей части (точка А5)
Рисунок 2.8 – Импульс на выходе кодирующего устройства (точка А2)
Рисунок 2.9 – Прямоугольные импульсы на выходе генератора тактовых импульсов (точка А3)
Сравнивая осциллограммы из пункта 1 и пункта 2, видим, что, при нулевом напряжении, амплитуда импульса на входе системы, рисунок 2.6, имеет минимальное значение, за счет этого, ступенчатая характеристика имеет минимальное изменение, рисунок 2.7.
Так как на выходе генератора тактовых импульсов всегда генерируются импульсы, на рисунках 2.5 и 2.9 видно, что от напряжения они не зависят, также, как и на выходе кодирующего устройства, что видно из рисунков 2.4 и 2.8.
Наблюдая при помощи осциллографа напряжение на выходе интегратора (точка А5) при нулевом входном напряжении, рисунок 2.7, измеряем величины шага квантования по времени ∆t и шага квантования по уровню ∆r.
По данным измерений вычислим среднеквадратическое значение шума квантования на выходе интегратора по формуле 1.1.
Подаем на вход системы от генератора ГЗ-18 синусоидальное напряжение частоты 70 Гц. Устанавливаем амплитуду этого напряжения возможно большей величины, но так, чтобы еще не наблюдались искажения перегрузки по напряжению.
После этого снимаем амплитудно-частотную характеристику системы связи без ФНЧ, с ФНЧ и зависимость коэффициента нелинейных искажений от частоты. Частоту входного сигнала изменяем каждый раз в 1,5…2 раза в пределах от 20 до 700 Гц. На каждой частоте оцениваем по осциллограммам коэффициент нелинейных искажений.
Рисунок 2.10 – Амплитудно частотная характеристика системы связи без ФНЧ (левый рисунок) и с ФНЧ (правый рисунок), частота 30 Гц
Рисунок 2.11 – Амплитудно частотная характеристика системы связи без ФНЧ (левый рисунок) и с ФНЧ (правый рисунок), частота 250 Гц
Рисунок 2.12 – Амплитудно частотная характеристика системы связи без ФНЧ (левый рисунок) и с ФНЧ (правый рисунок), частота 700 Гц
Из рисунков 2.10-2.12 видно, что на выходе декодирующего устройства (точка Б4) получается ступенчатое напряжение. После использования фильтра нижних частот (точка Б5), эта характеристика сглаживается и на выходе ФНЧ получим функцию сообщения близкую к поданной на вход системы (точка А1).
Также можно сделать вывод, что коэффициент нелинейных искажений при использовании фильтра меньше, что видно из рисунков 2.10-2.12. Так как, оборудование было неисправно, точных данных предоставить не получается.