Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебно-методическое пособие по дисциплине «Технологии и оборудование производства программ телевизионного и звукового вещания». Учебно-методическое по
.pdf
51
)(tS
УМ
t
0
cos
ФНЧ
arg
)(f
dt
d
dt
d
22
yx
4
2
mA
Дем. ФМ сигнал
Демод. ЧМ
сигнал
)(sin2t
Am
t
0
sin
dtd
A
m
/
4
2
Рисунок 5
Возможно также построение демодулятора УМ-сигналов с помощью
следящих систем ФАПЧ.
5 Описание лабораторной работы
5.1 Порядок выполнения работы
Демодуляция сигнала в данной работе имитируется с помощью
программы составленной в среде Mathcad. Особых знаний по работе в этой
среде, при выполнении данной работы, от пользователя не требуется.
Достаточно навыков в рамках пользователей ПК.
Для запуска лабораторной работы на рабочем столе находится ярлык с
названием DemodLr4 и двойным «щелчком» запускается программа на
выполнение. После чего на экране появляется диалоговое окно системы
Mathcad с листингом программы по изучению способов детектирования
сигналов.
В полях где указаны «Изменяемые параметры» устанавливаются
требуемые значения: модулирующей частоты, несущей частоты и т.п.. Эти
параметры могут быть взяты из таблицы №1 или указываются
преподавателем.
52
Таблица 1 Исходные данные для исследования демодуляции сигналов
Номер
варианта
Модулирующая
частота
Несущая
частота
Глубина модуляции,
индекс модуляции
Амплитуда
Коэфф.
затухания
1 1 10
0.5/3
1
20 2 2.0
10
1/3.5
0.5
15 3 3.5
10
0.3/4
0.7
15 4 4
10
0.5/4
0.5
20 5 2.5
10
1/3
0.5
15 6 6
10
1/4
1
20 7 5
10
0.5/3.5
0.8
15 8 2
10
0.5/4
0.5
15 9 4.5
10
1/2
0.9
20
10
3
10
0.5/3.5
1
15
11
5.5
10
1/3
0.8
20
12
2
10
0.5/4
0.5
20
13
4
10
1/3.5
0.7
15
14
1
10
1/4
1
15
15
4.5
10
1/4.5
0.5
20
16
3
10
0.5/3
0.9
15
17
2.0
10
1/3
1
20
18
6
10
0.5/3
0.5
20
19
3.5
10
0.5/4
1.0
15
20
4
10
1/3
1
20
Запись требуемых параметров осуществляется следующим образом:
- подводим курсор мышки в область числа того параметра который
необходимо заменить;
- затем клавишей на клавиатуре «back speace» стираем старое значение
параметра;
- и с помощью клавиатуры набираем нужное число.
Для запуска программы на расчет находим на главной панели
диалогового окна системы Mathcad значок “=” и щелчком по нему левой
клавишей мыши запускаем программу на выполнение.
Все результаты расчетов представляются в данной программе в виде
графиков зависимости амплитуды, частоты или фазы от времени.
Изменяя те или иные исходные параметры, по заданию преподавателя,
следует оценить их влияние на конечный результат демодуляции сигналов.
По мере выполнения лабораторной работы все графики следует
перерисовать с экрана монитора на рабочий листок, для дальнейшего анализа
полученных результатов. Для перехода к последующим пунктам
лабораторной работы следует использовать либо линейку прокрутки
53
расположенную справа главного окна системы “Mathcad”, либо использовать
«центральное колесико» манипулятора «мышки».
5.2 Содержание отчета
Отчет должен содержать: блок схему системы связи; графики
результатов расчета программы; выводы по полученным результатам.
5.3 Вопросы для самоподготовки.
1. Что входит в состав системы радиосвязи?
2. Что называется амплитудной модуляцией?
3. Какой параметр входного сигнала подлежит детектированию при АМ-
сигнале?
4. Чем определяется глубина модуляции АМ-сигнала и в каких пределах
она может изменяться?
5. Что скрывается под термином угловая модуляция?
6. Какие параметры УМ-сигнала подлежат детектированию на приемной
стороне?
7. Что такое индекс модуляции, чем он определяется и на что влияет его
значение?
54
Цифровое представление сигналов
методические указания
к лабораторной работе № 5
55
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследовать принципы цифрового представления сигналов. Изучить этапы
перехода от аналогового сигнала к цифровому, и восстановление аналогового
сигнала по цифровым отсчетам.
2 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
- обобщенную структурную схему радиотехнической системы;
- временные, спектральные диаграммы при передаче сигналов;
- математическое описание дискретных сигналов.
2.2 Выполнить предварительный расчет, используя данные таблицы 2.1, в
соответствии с номером бригады. Используя данные таблицы рассчитать
частоту дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова и выбрать
число уровней квантования.
2.3 Подготовить ответы на контрольные вопросы.
ЛИТЕРАТУРА:
1 Катунин Г. П. Основы телекоммуникаций. Учебное пособие. Новосибирск:
СибГУТИ, 2006. – 546 с.:ил.
Таблица 2.1 – Варианты значений исходных сигналов.
№ бригады
1 2 3 4 5
F, Гц
500
1000
600
800
1200
№ бригады
6 7 8 9 10
F, Гц
700
1400
900
400
200
U0, В 1 1 1 1
1
Вид сигнала
U= U0sint
3 ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
3.1 Ознакомиться с методикой проведения измерений в программе Lab
VIEW.
3.2 В соответствии с вариантами заданий таблицы 2.1.
Исследовать временные диаграммы:
1) Исходного аналогового сигнала;
2) Аналого-цифрового преобразователя;
56
- генератора тактовых импульсов;
- дискретизатора (АИМ);
- квантователя;
- кодера (ИКМ);
3) Цифро-аналогового преобразователя;
4) Фильтра нижних частот (ФНЧ).
3.3 Исследовать временные диаграммы сигнала с частотой дискретизации
fд>2Fс.
4 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Структурная схема радиотехнической системы на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема радиотехнической системы
Процесс аналого-цифрового преобразования осуществляется
следующим образом: аналоговый низкочастотный сигнал от генератора
сигналов поступает на один из входов дискретизатора, на второй вход
которого поступает последовательность узких прямоугольных импульсов с
частотой следования f
д
2F, где F – частота сигнала. На выходе
дискретизатора получается последовательность узких импульсов с
амплитудой равной мгновенным значениям сигнала в точках kt , t=1/f
д
–
период дискретизации, k – целое число. Таким образом осуществляется
дискретизация по времени аналогового сигнала.
57
Далее последовательность импульсов поступает на вход квантователя,
где осуществляется дискретизация по уровню (квантование). В результате на
выходе квантователя получается последовательность дискретных импульсов
с амплитудой nU, где U – шаг квантования, n – целое число. Обычно
шаг квантования выбирается таким образом, чтобы количество разрядов
соответствовало 2m, где m – разрядность кодера (ИКМ). После квантователя
импульсы, дискретизированные по времени и квантованные по уровню,
поступают на вход импульсно-кодового модулятора – ИКМ, который
преобразует поступающую последовательность в последовательность
двоичных прямоугольных импульсов. Этот сформированный сигнал
передается по каналу связи.
На приеме происходит обратное преобразование сигнала из цифровой
формы в дискретную с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).
После ЦАП сигнал подается на ФНЧ, на выходе которого мы получаем
восстановленный аналоговый сигнал.
5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
5.1 Запустите программу Lab VIEW. После завершения загрузки командного
окна необходимо выбрать раздел Open и далее «Цифровое представление
сигналов». После загрузки передней панели лабораторной работы выберите
меню Window, далее Show Block Diagram.
Перед вами откроется функциональная схема лабораторной работы.
5.2 Установите частоту сигнала в соответствии с заданием, для этого
откройте параметры блока генератор сигналов двойным щелчком мыши. В
параметрах генератора сигналов, в разделе Frequency задайте свою частоту
сигнала, после чего нажмите OK.
5.3 Установите рассчитанную частоту дискретизации, для чего откройте
параметры блока генератор тактовых импульсов. В параметрах блока
задайте частоту следования импульсов (она равна частоте дискретизации).
5.4. Установите число уровней квантования (предпочтительно равное 2m).
Для этого в блоке квантователь в строке «уровни квантования» двойным
щелчком мыши щелкните по квадрату, который содержит число, когда
квадрат станет черным задайте число, которое вам необходимо.
В зависимости от числа уровней квантования кодер автоматически
определяет разрядность АЦП. Чем больше число уровней, тем легче
восстановить исходный сигнал на приеме
5.5 Установите частоту среза в блоке ФНЧ в соответствии с частотой вашего
сигнала для этого откройте параметры блока ФНЧ. В параметрах блока
задайте частоту среза в разделе Cutoff Frequency.
58
5.6 Подключите осциллограф на выходе блока генератор сигналов. Для
этого наведите курсор мыши на блок осциллограф. Когда у блока появится
вывод, нажмите левую кнопку мыши и проведите курсор к генератору
сигналов. Рекомендуется удалять старые связи осциллографа и создавать
новые, чтобы избежать ошибок.
5.7 Зарисуйте осциллограммы на выходе каждого блока, для этого
поочередно подключайте осциллограф к узлам схемы.
После подключения осциллографа необходимо запустить работу
программы, для этого нажмите крайнюю левую кнопку вверху на панели
инструментов run или run continuously (либо в меню Operate
команду run).
Для остановки программы нажмите на передней панели,
или нажмите кнопку stop вверху на панели инструментов (либо в меню
Operate команду stop).
Просмотреть осциллограммы можно на передней панели.
Перед вами изображены два окна осциллографа, в левом окне изображаются
осциллограммы различных блоков, к которым вы подключили осциллограф
на блок-диаграмме, а в правом окне отображается двоичный код на выходе
кодера.
Двоичный код представлен в параллельном виде, разряды
располагаются снизу вверх по старшинству, их количество зависит от
разрядности АЦП. В данной работе разрядность АЦП m определяется
автоматически в зависимости от числа уровней квантования (2m).
5.7 Установите другую частоту дискретизации и число уровней квантования,
такие, чтобы восстановленный сигнал после ФНЧ был точной копией
исходного аналогового сигнала. Зарисуйте осциллограммы на выходе
каждого блока.
6 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
6.1 Цель работы.
6.2 Обобщённая структурная схема радиотехнической системы
6.3 Временные диаграммы исследуемых сигналов.
6.4 Выводы по работе.
7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
7.1 Привести структурную схему радиотехнической системы:
а) передающую часть;
б) приемную часть.
59
7.2 Сущность цифрового представления аналогового сигнала.
7.3 Поясните сущность теоремы Котельникова.
7.4 Пояснить наличие шумов квантования и предложить способы их
уменьшения.
7.5 Перевести день своего рождения в двоичный код.
7.6 Нарисовать спектр сигнала частотой f , дискретизированного узкими
импульсами с частотой 3f и скважностью 5.
7.7 Сколько уровней квантования достаточно взять, чтобы наиболее точно
закодировать периодическую последовательность прямоугольных
импульсов амплитудой 10 В, периодом 10 мс и длительностью 4 мс.
7.8 Определить все возможные кодовые комбинации на выходе
четырехразрядного ИКМ.
7.9 Объяснить связь между шагом квантования и разрядностью ИКМ.
7.10 Для каких целей применяется ИКМ?
7.11 Поясните принцип восстановления исходного сигнала?
7.12 Какова цель кодирования?
60
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ СИГНАЛАХ
Во всем мире сейчас активно развиваются цифровые методы обработки
информации. Качество цифровой связи значительно выше, чем аналоговой,
поскольку цифровые сигналы меньше боятся всякого рода помех. Цифровой
телефон позволяет предоставить нам массу дополнительных услуг, таких как,
непосредственно телефонные разговоры, текстовые и голосовые сообщения,
изображение, видеоконференции и т.д. Появляется возможность к одной и
той же телефонной линии подключить, казалось бы, внешне совершенно
различные устройства – телефонный аппарат и персональный компьютер.
Через цифровую телефонную сеть владельцам персональных компьютеров
открывается доступ к банкам данных с широким ассортиментом
информации.
В наши дома приходит цифровое кабельное телевидение, дающее
необыкновенную четкость изображения и сочность красок; в магазинах мы
можем увидеть аппаратуру цифровой звуко- и видеозаписи, обеспечивающую уникальное качество звука и изображения.
Что же такое цифровой сигнал? Можно сказать, что цифровой
сигнал – это последовательность импульсов. Если принять условно факт
наличия импульса за 1, а факт его отсутствия за 0, то импульсную
последовательность можно представить как чередование двух цифр: 0 и 1.
Отсюда и появилось название «цифровой сигнал». Число, которое
принимает только два значения: 0 и 1, называется «двоичной цифрой». В
переводе на английский это звучит как «binary digit». В практику широко
вошло сокращение, составленное из начальных и конечных букв английского
словосочетания, то есть слово «bit». Итак, одна позиция в цифровом сигнале
есть 1 бит; это может быть либо 0, либо 1.
При передаче цифровых сигналов естественным образом вводится
понятие скорости передачи – это количество бит, передаваемых в единицу
времени, чаще всего, в секунду.
ДИСКРЕТИЗАЦИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
Многие существующие в природе сигналы, такие как устная речь,
музыка являются аналоговыми или непрерывными сигналами. Как заменить
непрерывный процесс последовательностью цифр, не потеряв при этом
информации о непрерывном процессе? Если фиксировать значения сигнала в
определенные моменты времени, то можно получить множество точек,
описывающих форму исходного аналогового сигнала.
Такой процесс называется дискретизацией непрерывного сигнала.
Остается вопрос, как часто следует брать отсчетные значения непрерывной
кривой, чтобы отследить все ее изменения (рисунок 2).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]