Лабораторная работа № 3 Исследование системы связи с временным уплотнением каналов

Цель работы:

1. Изучение принципов построения системы связи с временным уплотнением каналов, использующих амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ).

2. Знакомство с функциональной схемой лабораторной установки "Изучение принципов временного разделения каналов".

3. Анализ процессов формирования сигнала с АИМ.

4. Изучение принципов формирования группового сигнала при использовании АИМ.

5. Изучение принципов разделения каналов dсистеме связи с АИМ.

6. Анализ процессов восстановления сигнала с АИМ.

Теоретические основы.

Использование для передачи информации дискретных сигналов дает возможность осуществлять временное уплотнение линии связи. В простейшем случае для этих целей применяют амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ). Дискретизация непрерывного (аналогового) сигнала F₁(t), соответствующего первому каналу, производится с помощью электронного ключа ЭК (см. структурную схему на лицевой панели макета ). Его вход, на который поступает F₁(t), периодически, в моменты t, в течении короткого интервала времени_дсоединятся с выходом. Там появляются отсчеты F_1i- последовательность импульсов с переменной амплитудой, величина которой соответствует мгновенному значению: F_1i=F₁(t) (рис. 1). Это и есть дискретный сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией.

Электронный ключ управляется стробирующими импульсами с частотой следования f_д(частота дискретизации) и длительностью_д. Их временной период Т_д=1/f_ди определяет моменты времени t, в которые на выходе ЭК формируются отсчеты.

Частота дискретизации f_двыбирается с учетом ширины спектра сигнала, который передается по каналу связи. На практике всегда считают, что он ограничен частотой f_в. Тогда, в соответствии с теоремой Котельникова, f_д=2f_в, а период дискретизации:

Т

F_1i

F₁(t)

_д= 1/2f_в.

Рис. 1. Формирование АИМ сигнала

С помощью данной установки анализируются каналы связи, по которым передаются телефонные сообщения. На практике считается, что основная доля энергии соответствующих им сигналов сосредоточена в спектральном диапазоне (0,3-3,4) кГц. В соответствии с требованиями МККТТ принято полагать, что f_в=4 кГц. Это определяет выбор частоты дискретизации f_д=8 кГц (Т_д=125 мксек).

В лабораторной установке могут быть образованы четыре канала связи, на входы которых подаются контрольные сигналы F₁(t), F₂(t) и F₃(t). Один из каналов остается свободным. Поскольку_дТ_д, оставшийся временной интервал между соседними отсчетами используется для размещения АИМ сигналов, соответствующих остальным каналам.

Объединение дискретных сигналов с АИМ, соответствующих этим каналам, осуществляется мультиплексором. Его основу составляют четыре электронных ключа, которые управляются последовательностями стробирующих импульсов. На их входы поступают аналоговые сигналы F₁(t), F₂(t) и F₃(t), а на выходах формируются последовательности отсчетов F_1i, F_2iи F_3i(рис. 2). Стробирующие импульсы, поступающие на ключи соседних каналов, сдвинуты на временной интервал соответствующий_д. В результате отсчеты отдельных каналов выстраиваются друг за другом (рис. 2) и таким образом формируется групповой сигнал на выходе мультиплексора.

Он поступает в линию связи и, пройдя по ней, попадает на вход демультиплексора (DMUX), в котором производится разделение дискретных сигналов. Оба устройства - мультиплексор и демультиплексор - управляются синхронно. Для этого в устройстве управления вырабатывается последовательность импульсов с частотой следования 32 КГц, которая поступает на эти устройства. Для визуального контроля осуществляющихся в лабораторной установке коммутаций эта частота может быть уменьшена до 2 Гц. Выбор ее значения осуществляется тумблером на лицевой панели установки.

На последнем этапе происходит восстановление аналогового сигнала - формирование исходной функции времени F(t) по пришедшим по линии связи отсчетным импульсам. На практике для выполнения этих операций используется фильтр нижних частот (ФНЧ). Процесс восстановления сигналов целиком основан на выводах теоремы Котельникова.

В схеме лабораторной установки предусмотрен узел, формирующий три различных по форме испытательных сигнала (F1, F2, F3). При проведении исследований они подаются на входы любых трех каналов связи. Вход одного из каналов остается свободным.

Все необходимые соединения между блоками выполняются с помощью соединительных шнуров и клемм, выведенных на лицевую панель.

Рис. 2. Групповой АИМ сигнал

Анализ осциллограмм на выходах отдельных блоков системы связи, смоделированной в данной лабораторной установке, производится с помощью двухлучевого осциллографа. Для удобства проведения измерений его входы скоммутированы на лицевую панель (вх осциллографа I, II). Предусмотрено также формирование сигнала синхронизации для используемого осциллографа. Подключение к различным контрольным точкам осуществляется с помощью отдельных шнуров. Контрольные точки выведены на лицевую панель с помощью клемм.

Для удобства проведения измерений временных интервалов предусмотрен узел, формирующий метки времени. Они представляют собой последовательность коротких импульсов, частота следования которых отличается в 4 раза. Временной интервал между метками выбирается равным соответственно _ди Т_д. Метки накладываются на анализируемый сигнал и наблюдаются совместно с ним на экране осциллографа в виде узких вертикальных линий, следующих через равные интервалы времени. Поскольку длительность этих интервалов известна (ее необходимо самостоятельно измерить в ходе выполнения первой лабораторной работы), использование временных меток позволяет оперативно проводить необходимые измерения длительности не пользуясь отсчетными шкалами осциллографа. Включение и выключение временных меток производится двумя кнопками, выведенными на лицевую панель установки.