63

Министерство образования украины

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автоматика и телекоммуникации»

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

«ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ»

для студентов направления 0924 «Телекоммуникации»

дневной и заочной форм обучения

Часть 2

Донецк – 2011

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теория электрической связи» для студентов направления 0924 «Телекоммуникации» дневной и заочной форм обучения / Воронцов А.Г., Матвийчук Е.Н. – Донецк, ДонНТУ, 2010. – 74с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ включают в себя описание лабораторных работ, рекомендуемую литературу, перечень контрольных вопросов, дополнительные задания.

Методические указания предназначены для студентов дневной формы обучения по специальности «Телекоммуникационные системы и сети».

Составители: Воронцов А. Г., Матвийчук Е.Н.

Утверждены на заседании кафедры

«Автоматика и телекоммуникации»,

протокол № 9 от 30 августа 2010 г.

Содержание

Лабораторная работа № 5. Узкополосные сигналы и их свойства…...……	4
Лабораторная работа № 6. Прохождение детерминированных и случайных сигналов через линейные звенья каналов связи……..……………………………………………………………..	11
Лабораторная работа № 7. Исследование преобразования сигналов безынерционными нелинейными звеньями ………...………..………	18
Лабораторная работа № 8. Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в технике связи ………..……........................………..…	29
Лабораторная работа № 9. Исследование оптимального приемника бинарных сигналов………………………………………………..…	37
Лабораторная работа № 10. Исследование преобразований сигналов в дискретном канале связи………..……........................………..…	43
Лабораторная работа № 11. Исследование дискретного канала связи с расширенным спектром ………………………………...	53

Лабораторная работа №5 узкополосные сигналы и их свойства.

Цель работы: Изучить узкополосные сигналы, их свойства, получение и применение в системах связи.

Задачи работы:

1. Изучить получение узкополосных сигналов методами модуляции и полосовой фильтрации.

2. Изучить свойства узкополосных сигналов, получаемых различными методами.

3. Исследовать особенности узкополосных сигналов, используемые в системах связи.

ВВЕДЕНИЕ.

В большинстве современных систем связи в качестве сигналов, передаваемых в среду распространения, используются узкополосные сигналы. Этому способствуют несколько причин. Среди них важнейшими являются:

- меньшая подверженность линейным искажениям,

- относительная простота реализации технических средств передачи и приема узкополосных сигналов,

- относительная простота алгоритмов обработки узкополосных сигналов.

Для узкополосного сигнала выполняется соотношение

,

где, - центральная частота спектра сигнала,

-ширина спектра сигнала.

Такой сигнал может быть получен одним из двух способов:

-"Узкополосной" модуляцией гармонического несущего колебания. Для этого необходимо, чтобы выполнялось условие

,

где, – максимальная частота в спектре модулирующего сигнала,

– частота несущего колебания;

-Узкополосной полосовой фильтрации широкополосного сигнала, например, шумового. Для этого необходимо выполнение условия

,

где, - полоса пропускания полосового фильтра,

-центральная частота полосы пропускания фильтра.

Характерным для узкополосного сигнала является высокая степень коррелированности соседних периодов колебания. При сужении полосы происходит "гармонизация" колебания, то есть заполнение колебания близко по форме к косинусоиде, соседние максимумы имеют близкое значение. Если построить кривую, проходящую через вершины косинусоид, то окажется, что построенная таким образом огибающая изменяется много медленнее, чем заполнение.

Для таких сигналов используется представление в виде

,

где, – огибающая (меняющаяся амплитуда),

– мгновенная фаза колебания.

Спектр узкополосного сигнала, полученного путем модуляции гармонического переносчика для простейших видов модуляции симметричен относительно несущей частоты. Для восстановления информации, содержащейся в таком сигнале, достаточно половины его спектра. Узкополосные сигналы, полученные путем фильтрации широкополосных, как правило, этому требованию не удовлетворяют.

Узкополосные сигналы при распространении в некоторой среде претерпевают меньшие линейные искажения, чем широкополосные, что связано с тем, что среда распространения, в пределах узкого диапазона частот, занимаемого сигналом, имеет примерно одинаковые свойства по отношению ко всем его частотным компонентам.

Современные технологии, применяемые при создании средств связи, широко используют явления электрического и механического резонанса для реализации элементов частотной селекции сигналов (полосовых фильтров). Наиболее просты и дешевы узкополосные фильтры, а широкое использование таких фильтров в аппаратуре связи предопределяет (наряду с другими факторами) выбор проектировщиков в пользу узкополосных сигналов,

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объектом исследования в данной работе являются узкополосные сигналы, формируемые и обрабатываемые в одной из двух простых моделей систем (см. рис.1).

Первая модель воспроизводит процесс формирования узкополосного сигнала методом полосовой фильтрации из широкополосного Гауссова белого шума. Изменение полосы фильтрации позволяет наблюдать изменение свойств сигнала на выходе фильтра в частотной и временной областях.

Вторая модель представляет процесс формирования узкополосного сигнала с помощью модуляции и его распространения в среде с частотно-зависимыми свойствами. На основании сравнения результатов прохождения сигналов, несущих одно и то же сообщение через одну и ту же среду можно сделать вывод, что преобразование исходного широкополосного сигнала в узкополосный дает определенный выигрыш в смысле сохранения передаваемой информации.

Задачи данной работы реализуются путем анализа сигналов в различных точках моделей, их сопоставления и оценки как во временной, так и в частотной областях.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Загрузите исполняющий файл модели 1 Lab_5_1.svu. Измените параметры модулей в соответствии с индивидуальным вариантом задания. В таблице 5.1 приведены частоты среза f₁ и f₂ для трех фильтров, используемых в модели. Зарисуйте структуру модели, запишите параметры ее модулей, параметры системного времени. Запустите модель на цикл моделирования. Получите графики сигналов на выходах фильтров, их спектры и корреляционные функции.

Рисунок 5.1. – Структурная схема модели, реализующей узкополосную фильтрацию белого шума.

2. Оцените ширину спектров сигналов на уровне -60 dB. Сделайте выводы относительно изменения формы сигнала при изменении полосы фильтрации.

3. Оцените среднюю скорость нарастания огибающей сигнала на выходе каждого фильтра, используя выражение

,

где, и – уровни смежных максимумов квазигармонического заполнения ("несущего колебания") сигнала,

- временной интервал между смежными максимумами и минимумами сигнала,

- номер измерения ().

4. Сопоставьте результаты оценок, сделанных в пунктах 2 и 3, и сделайте выводы о взаимосвязи полосы сигнала и скорости изменения его огибающей.

5. Загрузите исполняющий файл второй модели – Lab_5_2.svu. Измените частоту модулирующей импульсной последовательности (модуль 0) в соответствии с индивидуальным вариантом задания (f_c в табл. 1). Обратите внимание, что длительность импульса необходимо сделать равной длительности паузы. Для этого следует соответствующим образом изменить параметр Pulse Width, либо воспользоваться кнопкой Square Wave для автоматической настройки. Максимальный уровень импульса следует задать равным 1 В, минимальный – 0 В. Зарисуйте структуру модели, запишите параметры ее модулей, параметры системного времени.

Рисунок 5.2. – Структурная схема модели, реализующей узкополосную модуляцию несущего колебания.

6. Запустите модель на цикл моделирования и получите графики сигналов, воспроизводящих исходное (передаваемое) и полученное сообщения. Сделайте выводы об искажении узкополосного и широкополосного сигналов, несущих одну и ту же информацию при прохождении через одну и ту же среду распространения.

7. Дайте оценку качеству восстановления исходного сигнала детектором огибающей (1) и средствами обработки аналитического сигнала (2 на рисунке 5.2).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Наименование работы, ее цель и задачи.

2. Структурные схемы моделей, их параметры, параметры системного времени.

3. Эскизы графиков сигналов, их спектров с указанием полученных оценок параметров.

4. Выводы в соответствии с пунктами 1…7 «Хода выполнения работы».

ЛИТЕРАТУРА

1. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов. Стр.45…54.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Почему представление сигнала в виде

считается неоднозначным и как эта неоднозначность устраняется при представлении этого сигнала как аналитического?

2. Почему применение аппарата аналитического сигнала к классу узкополосных сигналов наиболее эффективно?

3. Какие параметры комплексной огибающей несут информацию о сообщении при:

- амплитудной модуляции,

- угловой модуляции?

4. Какие изменения претерпевает корреляционная функция сигнала по мере сужения его полосы?

Таблица 5.1. Варианты заданий к лабораторной работе № 5

N вар.	Фильтр №1		Фильтр №2		Фильтр №3		fс, Гц
	f1, Гц	f2, Гц	f1, Гц	f2, Гц	f1, Гц	f2, Гц
1	124	126	113	137	85	165	50
2	159	161	150	170	125	195	150
3	179	181	166	194	140	220	125
4	287	293	276	304	260	320	75
5	266	274	260	280	245	295	180
6	67	73	62	78	50	90	175
7	288	292	276	304	260	320	180
8	115	125	108	132	85	155	50
9	79	81	72	88	55	105	160
10	268	272	256	284	240	300	50
11	219	221	206	234	185	255	120
12	237	243	228	252	210	270	120
13	168	172	158	182	140	200	75
14	108	112	102	118	75	145	250
15	128	132	120	140	105	155	125
16	77	83	70	90	50	110	180
17	209	211	198	222	180	240	50
18	218	222	206	234	185	255	125
19	187	193	176	204	150	230	100
20	265	275	255	285	240	300	200
21	137	143	130	150	110	170	120
22	79	81	70	90	50	110	50
23	175	185	166	194	150	210	250
24	139	141	132	148	110	170	110
25	196	204	190	210	160	240	60
26	256	264	250	270	235	285	175
27	207	213	196	224	170	250	80
28	128	132	122	138	90	170	80
29	236	244	226	254	215	265	100
30	176	184	166	194	150	210	50
31	289	291	276	304	255	325	150
32	128	132	116	144	90	170	200
33	218	222	208	232	185	255	150
34	67	73	60	80	45	95	200
35	189	191	176	204	165	215	140
36	75	85	66	94	50	110	60
37	238	242	226	254	210	270	175
38	237	243	228	252	210	270	75
39	105	115	98	122	75	145	125
40	189	191	180	200	150	230	80
41	235	245	228	252	200	280	125
42	245	255	238	262	210	290	100
43	108	112	98	122	70	150	160
44	247	253	238	262	210	290	120
45	205	215	198	222	175	245	175
46	199	201	186	214	175	225	120
47	185	195	178	202	165	215	75
48	267	273	262	278	235	305	125
49	278	282	270	290	250	310	75
50	139	141	126	154	110	170	180

Таблица 5.1 (продолжение)

N вар.	Фильтр №1		Фильтр №2		Фильтр №3		fс, Гц
	f1, Гц	f2, Гц	f1, Гц	f2, Гц	f1, Гц	f2, Гц
51	123	127	115	135	90	160	50
52	237	243	226	254	205	275	175
53	146	154	142	158	125	175	60
54	237	243	232	248	210	270	200
55	147	153	138	162	120	180	140
56	86	94	78	102	55	125	80
57	135	145	125	155	110	170	100
58	217	223	212	228	195	245	50
59	177	183	166	194	145	215	80
60	76	84	68	92	45	115	125
61	188	192	182	198	165	215	160
62	237	243	232	248	205	275	110
63	219	221	206	234	195	245	250
64	236	244	228	252	210	270	75
65	167	173	160	180	135	205	200
66	115	125	108	132	95	145	50
67	175	185	168	192	150	210	175
68	118	122	108	132	85	155	100
69	179	181	166	194	150	210	150
70	186	194	176	204	165	215	140
71	239	241	230	250	205	275	200
72	88	92	75	105	55	125	100
73	148	152	136	164	125	175	60
74	106	114	100	120	75	145	120
75	268	272	262	278	245	295	120
76	66	74	56	84	35	105	250
77	279	281	268	292	240	320	120
78	166	174	155	185	135	205	150
79	178	182	166	194	140	220	100
80	139	141	130	150	100	180	80
81	218	222	208	232	180	260	175
82	116	124	110	130	95	145	125
83	89	91	76	104	55	125	100
84	177	183	166	194	155	205	125
85	159	161	150	170	130	190	110
86	167	173	156	184	140	200	160
87	289	291	276	304	250	330	60
88	226	234	216	244	195	265	150
89	88	92	76	104	65	115	140
90	267	273	260	280	235	305	50
91	165	175	158	182	140	200	140
92	118	122	108	132	80	160	150
93	68	72	58	82	35	105	120
94	208	212	198	222	170	250	75
95	196	204	192	208	175	225	75
96	79	81	66	94	50	110	75
97	218	222	206	234	180	260	100
98	167	173	158	182	130	210	175
99	275	285	266	294	245	315	125
100	249	251	238	262	215	285	150