Государственный комитет связи, информатизации и телекоммуникационных технологий республики узбекистан

 

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра

Электроники и

Радиотехники

 

 

Методическое указание к выполнению виртуальных лабораторных

работ по курсу

 

«основы электросвязи»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент 2014

 

 

 

 

Введение

 

В настоящий сборник включены описания виртуальных лабораторных работ по курсу «Основы электросвязи».

При выполнении работы используется виртуальный лабораторный макет, который содержит виртуальные модели физических лабораторных макетов; органы управления лабораторного макета, виртуальные модели осциллографа; «Генератора синусоидальных сигналов и других измерительных приборов».

Согласно учебного плана направления образования 5350100 – «Телекоммуникационные технологии» в  течении 5-семестра выполняется 18-работ, которые позволяют студентам закрепить теоретические знания по данному курсу.

Управление регуляторами может осуществляться следующими двумя способами:

-                     стрелка мыши выставляется на белое поле впереди или сзади движущегося элемента регулятора и нажимается левая кнопка мыши, при этом движущий элемент регулятора сдвигается на один шаг вправо или влево;

-                     стрелка мыши выставляется на движущий элемент регулятора, нажимается левая кнопка мыши и, не отпуская ее, двигают движущий элемент регулятора вправо или влево, после выставления нужного значения параметра кнопку мыши отпускают.

         Элементы управления в виде квадратных окошек управляются следующим образом:

-                     для использования режима активизирования, элемента управления стрелка мыши выставляется в середину окошка и нажимается левая кнопка мыши, в этом случае появляется рисунок галочки «ν»;

-                     для деактивирования элемента управления стрелка мыши выставляется на галочку в окошке, нажимается левая кнопка мыши, при этом рисунок галочки исчезает.

Элементы управления в виде двух небольших круглых окошечек, которые функционально взаимосвязаны, управляются следующим образом: стрелка мыши выставляется в центре одного из них и нажимается левая кнопка мыши, при этом в центре окошка появляется «точка». Для деактивизации этого и активизации другого окна следует выше описанным способом активизировать другое окно, тогда первое окно деактивизируется автоматически.

Для управления кнопками стрелка мыши выставляется на середину кнопки и нажимается левая кнопка мыши, при этом кнопка утапливается. Если для управления используются две функционально взаимосвязанные кнопки, для деактивирования одного и активирования другого следует выше описанным способом с помощью мышки активировать неактивированную кнопку, при этом предыдущая активированная кнопка, деактивируется автоматически.

Методика выполнения и структура всех виртуальных работ идентичны, что позволяет студентам после выполнения 2-3-х работ хорошо освоить последовательность их выполнения и экономить время для оформления отчета и сдачи отчетов по работе.

Студента для сдачи отчетов рекомендуется использовать рекомендуемые в данном методичке учебника, учебные пособия и материалы получаемые через сети ИНТЕРНЕТ.

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО МОДУЛЯТОРА

 

Цель работы: изучить принцип работы амплитудного модулятора и при­обрести навыки экспериментального исследования качественных показате­лей модуляторов.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\ИАМ.BMP

 

 

Рис. 1.1. Принципиальная схема амплитудного модулятора

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать статическую модуляционную характеристику (СМХ).

2.                Исследовать динамическую модуляционную характеристику (ДМХ).

3.                Исследовать влияние режима работы транзистора на качество осуществ­ления модуляции.

4.                Исследовать влияние параметров нагрузки на качество осуществления модуляции.

 

Методические указания

 

1. Исследовать статическую модуляционную характеристику.

 

СМХ представляет собой зависимость амплитуды первой гармоники выходного тока I1 от модулирующего напряжения. Для исследования СМХ в качестве модулирующего напряжения используется напряжение смещения.

Для исследования СМХ необходимо выполнить следующее:

1.1. Загрузить программу. Настроить осциллограф, для этого усиление сигнала в обоих каналах установить 1B/дел и развертку сигнала установить 0,1мс/дел.

1.2. Нажать кнопку "Да" рядом с надписью снять СМХ транзистора, за­тем нажать кнопку "LC". На ГВЧ установить частоту сигнала f=14000Гц и амплитуду сигнала Uω = 1 В.

1.3. Подключить контрольную точку №2 в первом канале и контроль­ную точку №4 во втором канале.

1.4. Изменять напряжение смещения Есм от = -3 В до 0 с шагом 0,2В. Для каждого значения Есм регистрировать показания миллиамперметра, показы­вающего значение амплитуды тока. Результаты измерений тока занести во вторую строчку таблицы 1.1.

Таблица 3.1

 

Есм, В

- 3

- 2,8

- 2,6

- 0,6

- 0,4

- 0,2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить график зависимости I1 = fсм).

 

2. Исследовать динамическую характеристику (ДМХ)

 

         Динамическая модуляционная характеристика (ДМХ) характеризует за­висимость коэффициента амплитудной модуляции «М» от амплитуды моду­лирующего напряжения UΩ

Для изучения ДМХ следует выполнить следующее;

2.1. Установить напряжение смещения Есм, соответствующее середине прямолинейного участка СМХ, снятой, для 1В, установить на выходе ГВЧ амплитуду 1 В, нажать кнопку "нет" рядом с надписью снять СМХ тран­зистора.

2.2. Установить на ГВЧ частоту сигнала 14 000 Гц и амплитуду сигнала Uω = 1 В.

2.3. Частоту сигнала на ГНЧ установить 500 Гц. Изменяя амплитуду Upсигнала ГНЧ от нуля до 2В, при которых становятся заметными искажения AM сигнала на выходе модулятора (форма AM сигнала контролируется по осциллографу), измерить параметры Аmin  и  Аmax (рис. 1.2) модулированного сигнала, выполнить 6-8 измерений для различных значений Данные за­нести в таблицу 3.2.

Таблица 1.2.

 

UΩ, В

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,8

2

Аmin, В

 

 

 

 

 

 

 

 

Аmax, В

 

 

 

 

 

 

 

 

М, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. По данным таблицы 1.2. выполнить расчет коэффициентов модуляции по формуле:

 

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Безымянный1111.bmp

 

Рис.1.2. Форма сигнала на выходе модулятора.

 

3. Исследовать влияние режима работы транзистора на качество осуществле­ния модуляции.

В данном пункте лабораторной работы исследуется влияние напряже­ния смещения на качество модуляции. Неискаженная модуляция возможна при условии, что сумма модулирующего напряжения UΩ(t) и напряжения смещения Есм не выходят за пределы прямолинейного участка СМХ.

3.1. Установить Есм соответствующее середине прямолинейного участка СМХ, снятое для В.

3.2. Установить на выходе ГВЧ амплитуду колебания Uω=1 В.

3.3. Установить на выходе ГНЧ амплитуду колебаний равную половине протяженности линейного участка СМХ. Наблюдать и зарисовать неиска­женную форму AM сигнала.

3.4. Увеличить Есм до значений, когда становится заметно отличие формы сигнала на выходе ГНЧ от формы огибающей AM сигнала, что свиде­тельствует об искажениях при модуляции. Зарисовать сигнал на выходе мо­дулятора при         Есм=-3,5В.

4. Исследовать влияние параметров нагрузки на качество работы моду­лятора

4.1. Установить напряжения смещения Есм =-2,5В и частоту на ГВЧ рав­ную 5 000 Гц, зарисовать временные диаграммы AM сигнала при включенном колебательном контуре (кнопка LC) и нагрузке R(кнопка R).

4.2. Установить напряжения смещения Есм = -2,5В и частоту на ГВЧ рав­ную 25 000 Гц, зарисовать временные диаграммы AM сигнала при включенном колебательном контуре (кнопка LC) и нагрузке R(кнопка R).

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Принципиальную    схему модулятора.

3. Таблицу данных измерений и графики СМХ.

4. Таблицу данных измерений и графики M=f(UΩ).

5. Осциллограммы выходных AM сигналов.

 

Контрольные вопросы

 

1.     Зачем нужна модуляция? Какие виды модуляции вы знаете?

2.     Какой вид модуляции называется амплитудной?

3.     Почему электрическая цепь, предназначенная для получения амплитудно-модулированных колебании должна быть существенно нелинейной?

4.     Каким степенным полиномом аппроксимируется вольтамперная ха­рактеристика, при которой обеспечивается искаженная модуляция?

5.     Что такое коэффициент глубины модуляции? Напишите его ана­литическое выражение.

6.     Изобразите временные и спектральные диаграммы амплитудно- модулированного колебания при гармоническом сигнале.

7.     Нарисуйте принципиальную схему транзисторного модулятора с мо­дуляцией смещения.

8.     Дайте определение статической модуляционной характеристики.

9.     Поясните (графически и аналитически), каким образом можно по­лучить по известной вольтамперной характеристике нелинейного элемента статическую модуляционную характеристику?

10.         Как выбрать режим работы модулятора по статической модуля­ционной характеристике?

11.         Как повлияет на форму AM колебания изменение напряжения сме­щения модулируемого усилителя?

12.         Как повлияет на форму AM колебания расстройка колебательного контура относительно несущей частоты?

13.         Можно ли получить хорошее качество модуляции при апериоди­ческой нагрузке транзистора?

14.           Почему изменяется коэффициент модуляции при изменении доб­ротности контура в нагрузке транзистора?

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

 

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ

 

         Цель работы: изучить процесс детектирования амплитудно-модулированных колебаний в нелинейных цепях и приобрести навыки в ис­следовании схем детекторов.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\ш.bmp

 

Рис. 2.1. Принципиальная схема диодного детектора

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать влияние параметров нагрузки на качество детектирования в диодном детекторе.

2.                Исследовать диодную характеристику диодного детектора.

 

Методические указания

 

1. Исследовать влияние параметров нагрузки на качество детектирования.

1.1.   Настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала 1 В/дел в 1-ми 2-м каналах и развертку сигнала 0,125 мс/дел.

1.2. Нажать кнопку «Нет» рядом с надписью «Снять детекторную харак­теристику».

1.3.   На генераторе AM сигналов установить амплитуду несущей Uω=1В, частоту несущей ω=14 000 Гц и коэффициент модуляции М = 1.

1.4. Выбирая значения ёмкости нагрузки, наблюдать соответствие фор­мы огибающей входного AM сигнала и выходного сигнала детектора. Зари­совать осциллограммы ёмкости: Сн=3 нФ; Сн=30 нФ; Сн=300 нФ, а также при отключении конденсатора Сн.

1.5. Рассчитать требуемое значение величины ёмкости конденсатора Сн из условия:

 

 

где: f = 14 кГц - частота несущего колебания;

F = 1 кГц - частота модулирующего колебания;

Rн = 10 кОм - сопротивление нагрузки.

 

2. Исследовать детекторную характеристику диодного детектора.

2.1. Нажать кнопку «Да» рядом с надписью «Снять детекторную харак­теристику». Отключить канал № 2.

2.2. Изменяя амплитуду сигнала на генераторе AM сигналов от 0 до 3В с шагом 0,2В,регистрировать показания миллиамперметра. Результаты изме­рений занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

 

U0, В

0

0,2

0,4

2,6

2,8

3

I0, мА

 

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы 2.1 построить детекторную характеристику I0=f(U0).

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Принципиальную схему диодного детектора.

3.                Осциллограммы входных и выходных напряжений.

4.                Результаты         измерений, оформленные в виде таблицы.

5.                Графики    экспериментальных характеристик.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Что называется детектированием AM колебаний?

2.                Чем вызывается необходимость использования для детектирования AM сигналов нелинейных и параметрических элементов? Назначение фильтра нижних частот в схеме детектора.

3.                Изобразите характеристику детектирования для линейного и квадра­тичного детектора.

4.                Изобразите схему и поясните метод снятия характеристики детектиро­вания.

5.                Как по характеристике детектирования при заданном значении ампли­туды немодулированного колебания, определить максимальный коэф­фициент модуляции, при котором нет заметных искажений при детек­тировании?

6.                Изобразите схему диодного детектора, поясните принцип работы. Изо­бразите временные диаграммы токов и напряжений.

7.                Изобразите спектр входного и выходного напряжения диодного детек­тора при детектировании «слабых» и «сильных» сигналов; поясните различия при детектировании «слабых» и «сильных» сигналов в диод­ном детекторе.

8.                Определите коэффициент передачи диодного детектора с учетом его нагрузки.

9.                Каковы требования к параметрам RC-цепи в схеме диодного детекто­ра?

10.           В чем особенности построения транзисторных детекторов AM сигнала?

11.           Почему      сигнал с балансной модуляцией нельзя детектировать с помо­щью обычной схемы диодного детектора? Как детектируются сигналы с балансной модуляцией?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО МОДУЛЯТОРА И ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА

 

Цель работы: изучение схем и принципа работы частотного модуля­тора и частотного детектора.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Безымянныйг.bmp

 

Рис. 3.1. Структурная схема для исследования частотного модулятора и час­тотного детектора

 

 

Методические указания

 

1. Исследовать влияние напряжения смещения на частоту генерируемых колебаний.

1.1. Загрузить программу, настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала 0,6 В/дел в обоих каналах и развертку сигнала 0,08 мс/дел.

1.2. Для исследования влияния напряжения смещения Есм на характер изменения частоты генерируемых колебании выбрать контрольную точку 2 в канапе № 1. Установить Есм= 0. Получить на экране осциллографа устойчи­вое изображение колебаний. Изменяя напряжение смещения, определить ха­рактер изменения частоты (увеличивается или уменьшается). Измеряя период колебаний в деления по сетке экрана осциллографа при двух крайних значе­ниях напряжения смещения (Есм = 0 В и Есм = 6 В), определить во сколько раз изменилась частота. Результаты наблюдений записать.

1.3. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала с частотной моду­ляцией. Для этого подключить контрольную точку 1 в канале № 1 и кон­трольную точку 2 в канале № 2. Выбрать ГНЧ в блоке «Выбор вида сигнала». В блоке «Генератор НЧ сигналов» установить амплитуду сигнала IB и часто­ту сигнала 800 Гц, напряжение смещения Есм=2В. Установить развертку, сиг­нала 0,15 мс/дел. Получить изображение НЧ сигнала и сигнала с частотной модуляцией. Зарисовать осциллограммы одну под другой.

2. Исследовать статическую модуляционную характеристику частотного модулятора и характеристику детектирования частотного детектора,

2.1. Для записи результатов измерения статической модуляционной ха­рактеристики и характеристики детектирования/подготовить таблицу.

2.2. Нажать кнопку «Да» на блоке «Снять СМХ ЧМ». и кнопку «Да» на «Электронном частотомере».

Таблица 31.

 

Есм, В

0

0,5

1

5,5

6

f, Гц

 

 

 

 

 

 

Id, мА

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы 3.1 построить графики зависимости частоты от напряжения смещения f= fсм) (статическая модуляционная характеристика) и тока детектирования от частоты Id=f(f) (характеристика детектирования).

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Изображение0009.jpg

 

Рис. 3.2. Определение оптимального электрического модулятора

3. Определить и установить оптимальный режим совместно включенных частотных модулятора и детектора.

Оптимальный электрический режим модулятора устанавливается таким образом, чтобы средняя частота колебаний f0 на выходе частотного модуля­тора (несущая) соответствовала середине линейного наклонного участка ха­рактеристики детектирования частотного детектора. При этом амплитуда мо­дулированного сигнала не должна превосходить величины, при которой де­виация частоты Δf≥0,5 (f1 - f2). Где f1 и f2 – частоты настройки колебатель­ных контуров детектора.

Для определения частот f0, f1 и f2 и соответствующих им напряжений смещения Е0, E1 и E2 в модуляторе выполнить следующее:

3.1.  Установить и записать напряжение смещения E1, при котором чис­ленное значение тока достигает максимального (положительного) значения. Определить частоту генерации, которая будет соответствовать f1.

3.2. Установить и записать напряжение смещения Е2, при котором чис­ленное значение тока достигает минимального (отрицательного) значения. Определить частоту генерации, которая будет соответствовать f2.

3.3. Установить и записать среднее между Е1 и Е2 напряжение смеще­ния Е0, при котором численное значение тока установится на «0». Опреде­лить частоту генерации, которая будет соответствовать f0.

3.4. Оптимальное напряжение смещения Е0, а наибольшая допустимая амплитуда модулирующего низкочастотного сигнала: UFmax (E1 - Е2)/2

Определить и записать значение UFmax

4. Исследование прохождения НЧ сигнала по тракту ЧМ - ЧД.

4.1. Для исследования прохождения НЧ сигнала по тракту ЧМ – ЧД  подключить контрольную точку 1 в канале № 1 и контрольную точку 3 в ка­нале №2.

4.2. Подключить генератор прямоугольной формы. Для этого в блоке «Выбор вида сигнала» выбрать «ГПН» при амплитуде 1В и частоте 1000Гц. Получить на экране осциллографа осциллограмму прямоугольных импуль­сов, действующих на входе модулятора и осциллограмму сигнала на выходе детектора.

4.3. Наблюдать и зарисовать осциллограммы одну под другой:

a)    Есм= Е0;

b)   Есм= E1;

c)    Есм= E2;

Записать около осциллограмм величины напряжения смещения и опре­делить по ним значение несущей частоты ЧМ сигнала.

4.4. В блоке «Выбор вида сигналов» отключить «ГПН» и подключить «ГНЧ». Установить частоту сигнала 800 Гц и амплитуду сигнала UF= UFmax.

4.5. Наблюдать и зарисовать одну под другой обе осциллограммы на­пряжений (на входе частотного модулятора и на выходе частотного детекто­ра) при:

Есм= Е0, Uг=UFmax;

Есм= E1; Uг=UFmax;

Есм= E2; Uг=UFmax;

Есм= E0; Uг=2UFmax;

         Значения напряжений Есм и Uг записать около осциллограмм. Опреде­лить и записать для каждого случая центральную частоту ЧМ сигнала. Для случая (а) определить индекс ЧМ.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Таблицы измерений и графики характеристик.

3.                Осциллограммы напряжений.

4.                Результаты измерений.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Что называется частотной модуляцией?

2.                Изобразите схему частотного модулятора с варикапом. Объясните принцип ее работы.

3.                Изобразите схему частотного модулятора с управляемыми полевыми транзисторами. Объясните принцип ее работы.

4.                Нарисуйте временную и спектральную диаграммы сигнала с частотной модуляцией.

5.                Как определяется ширина спектра сигнала с частотной модуляцией?

6.                Дайте определение девиации частоты и индекса частотной модуляции.

7.                Как влияет частота модулирующего сигнала на индекс модуляции и девиацию частоты?

8.                Как влияет амплитуда модулирующего сигнала на индекс модуляции и девиацию частоты?

9.                Что называется угловой модуляцией и какие ее разновидности бывают?

10.           С       какой целью в схеме частотного детектора используется колебатель­ный контур?

11.           Изобразите схему частотного детекторах одним и двумя расстроенны­ми колебательными контурами.

12.           Нарисуйте векторную диаграмму напряжений в частотном детекторе и объясните с ее помощью принцип его действия.

13.Что называется характеристикой детектирования частотного детекто- ра?

14.              Что называется статической модуляционной характеристикой частот­ного модулятора?

15.              Почему при совпадении резонансной частоты колебательного контура частотного детектора и средней частоты сигнала с частотной модуля­цией происходят искажения формы передаваемого сигнала?

16.              Как   определяется наибольшая допустимая девиация частоты и ампли­туда переменного напряжения на входе модулятора по характеристике детектирования частотного детектора?

17.Что такое линейная частотно-зависимая цепь и каково ее назначение?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

 

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА

 

Цель работы: Изучение принципов синхронного детектирования и исследова­ние характеристики качества работы синхронного детектора.

 

Описание: D:\nozima\лабы на русском\1\Изображение0011а.JPG

 

Рис. 4.1. Структурная схема синхронного детектора

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать фазовую чувствительность синхронного детектора.

2.                Исследовать влияние уровня несущей частоты на процесс синхронного де­тектирования.

3.                Исследовать фазовую чувствительность СД при детектировании сигналов БМ.

4.                Наблюдать искажения выходного сигнала.

 

Методические указания

 

1. Исследовать фазовую чувствительность синхронного детектора при детектировании сигналов амплитудной модуляции.

1.1. Загрузить программу. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление 0,6 В/дел в первом канале и 0,4 В/дел во втором канале, установить развертку сигнала 0,13 мс/дел.

1.2. В окне «Выбор вида AM сигнала» нажать «АМ с несущ.».

1.3. На «Генераторе AM сигналов» установить амплитуду несущей 1В, частоту несущей 20 000 Гц и коэффициент модуляции 0,5.

1.4. В блоке «Органы управления лабораторного макета» установить амплитуду колебаний опорного генератора 1 В, частоту колебаний опорного генератора 20 000 Гц.

1.5. Подключить контрольную точку №1 в 1-м канале. Зарисовать одну под другой следующие осциллограммы:

а)      AM сигнал (контрольная точка №1 в 1-м канале);

б)      Сигнал ОГ (контрольная точка №2 в 2-м канале);

в)      Сигнал с выхода фазовращателя (контрольная точка №3 во 2-м канале);

г)      Сигнал с выхода перемножителя (контрольная точка №4 во 2-м канапе);

д)      Сигнал с выхода ФНЧ (контрольная точка №5 во 2-м канале).

1.6. Изменяя значение фазы в окне «фазовращатель» от 0° до 180° через 10°, измерить амплитуду низкочастотного сигнала (в делениях по экрану осциллографа). Результаты измерений занести в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1.

 

φ, град

10°

20°

170°

180°

UНЧ

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы 4.1 построить график зависимости UНЧ =f(φ).

 

1.7. Зарисовать одну под другой осциллограммы сигнала с AM и НЧ сигнала на выходе СД для трех значений фазового сдвига: 0°, 90°, 180°.

2. Исследовать влияние уровня несущей частоты на процесс синхронного де­тектирования.

2.1. Установить значение фазовращателя 0°.

2.2. Меняя амплитуду несущей от 0 до 3 В через 0,2 В, измерять амплитуду НЧ сигнала (в делениях по экрану осциллографа). Результаты измерений занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2.

 

UН, В

0

0,2

0,4

2,8

3

UНЧ, В

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы 4.2 построить график зависимости UНЧ=f(UН).

 

3. Исследовать фазовую чувствительность СД при детектировании сигна­лов БМ.

Повторить выполнение п.п. 1.3 - 1.7 при нажатой кнопке «БМ» в окне «Выбор вида АМ сигнала»

4. Наблюдать искажения выходного сигнала.

4.1. Установить значение фазы φ = 0°.  Меняя частоту ОГ от 10 000 Гц до 50000 Гц через 10000 Гц, наблюдать и зарисовать полученные ос­циллограммы.

4.2. Установить значение фазы φ = 90°. Повторить п.4.1.

4.3. Установить значение фазы φ = 180°. Повторить п.4.1

                       

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать:

1.                Структурную схему исследований.

2.                Осциллограммы.

3.                Таблицы и графики результатов измерений.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Изобразить электрическую схему балансного синхронного детектора и объяснить принцип её действия.

2.                Изобразить электрическую схему кольцевого синхронного детектора и объяснить принцип её действия.

3.                Изобразить структурную схему синхронного детектора и пояснить, почему в её состав входят умножитель и фильтр НЧ.

4.                Как влияет форма АЧХ ФНЧ на АЧХ синхронного детектора?

5.                Почему частота колебаний на выходе синхронного детектора равна разности частот колебаний на входах?

6.                Что такое фазовая чувствительность синхронного детектора?

7.                Почему уровень несущего колебания AM сигнала не влияет на уровень НЧ сигнала на выходе синхронного детектора?

8.                как происходит процесс синхронного детектирования AM сигналов?

9.                Как происходит процесс синхронного детектирования БМ сигналов?

10.           Почему изменяется фаза НЧ колебания на выходе синхронного де­тектора при изменении фазы опорного ВЧ колебания от до 180°?

11.           Почему при φ=90° напряжение на выходе синхронного детектора равно нулю?

12.           Какой детектор лучше с точки зрения качества детектирования: ам­плитудный или синхронный?

13.           Как получить опорное ВЧ колебание для работы синхронного де­тектора?

14.           Как происходит процесс синхронного детектирования телеграфных сигналов с AT, ЧТ, ФТ?

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОПОЛОСНОЙ И БАЛАНСНОЙ МОДУЛЯЦИИ

 

Цель работы: изучить основные свойства сигналов с балансной и однополосной модуляцией и принцип работы однополосных и балансных модуля­торов; приобрести навыки экспериментального исследования этих устройств; выработать умение анализировать полученные экспериментальные результа­ты.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\схема ОПМ.BMP

 

Рис.5.1. Структурная схема исследования однополосной модуляции (ОПМ).

 

Исследование балансной модуляции производится на основе схемы рисунок 5.2.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\схема БМ.bmp

 

Рис. 5.2. Структурная схема исследования балансной модуляции (БМ).

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать однополосный модулятор.

2.                Исследовать балансный модулятор.

 

Методические указания

 

1. Исследовать однополосный модулятор.

 

Для исследования ОПМ необходимо выполнить следующее:

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого устано­вить усиление сигнала 1B/дел. и развертку сигнала 0,05 мс/дел. Под­ключить контрольную точку №3 в канале 1

1.2. На органах управления лабораторного макета нажать кнопку "Ис­следование однополосной модуляции".

1.3. На ГВЧ установить на его выходе напряжение с частотой f = 10кГц и амплитудой U f=1B. На ГНЧ установить на выходе генератора частоту F=1кГц и амплитуду 1B .

1.4. Установить ручки фазовращателей на органах управления лабора­торного макета в положения, соответствующие φ1= 90 и φ2= 90°. Наблюдать на экране осциллографа сигнал с ОПМ.

1.5. Исследовать зависимость амплитуды выходного сигнала с ОПМ от амплитуды напряжения UF входного низкочастотного сигнала при по­стоянной амплитуде напряжения (UF=lB) колебания высокой частоты.

Для этого необходимо менять 'амплитуду напряжения UF генератора ГНЧ от 0 до IB через 0,2В и измерять Л-1я каждого значения UF амплитуду напряжения на выходе схемы ОПМ по осциллографу. Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

 

UF, В

0

0,2

0,4

1

Uвых, В

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить график Uвых=f(UF)при Uf=1В.

 

1.6. Исследовать зависимость амплитуды выходного напряжения сигнала с ОПМ от амплитуды напряжения Uf входного сигнала при постоянной ам­плитуде напряжения UF колебаний низкой частоты.

1.7. Для этого необходимо, оставив прежнее включение приборов в схеме, установить на выходе генератора ГНЧ F=1 кГц напряжение с амплитудой UF=IB, а амплитуду напряжения Uf  колебания высокой частоты на выходе ге­нератора ГВЧ, изменять от 0 до через 0,2В.  Измерить осциллографом ам­плитуду напряжения сигнала на выходе схемы ОПМ. Результаты измерений занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

 

U f, В

0

0,2

0,4

1

Uвых, В

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить график Uвых=f(U f)при UF=1В.

 

1.7. Установить амплитуды обоих входных сигналов Uf=1В и UF=1В. Наблюдать и зарисовать формы сигналов на выходе схемы ОПМ при следующих положениях ручек фазовращателей:

а) φ1= 90°, φ2= 90°      б) φ1=45°, φ2=90°

в) φ1=135°, φ2=90°      г) φ1=90°, φ2= 45°; д) φ1=90° и φ2=135°

2. Исследовать балансный модулятор.

2.1. На органах управления лабораторного макета нажать кнопку "Ис­следование балансной модуляции". Установить на ГВЧ частоту f=180 кГц и амплитуду Uf=lB.

2.2. На       ГНЧ установить частоту F=1кГц и амплитуду UF =1В. Установить развертку сигнала 0,3 мс/дел.

2.3. Изменяя напряжение смещения Есм от 5B до с интервалом 0,2В. Наблюдать форму выходного напряжения. Осциллограммы выходного на­пряжения зарисовать, а в таблицу 5.3. занести параметры Аmax и Аmin выход­ного колебания, измеренные в клетках экрана осциллографа (см. рис.5 3).

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Изображение0013.jpg

 

Рис. 5.3. Временные диаграммы колебаний при различных значениях Есм.

 

В эту же таблицу занести для каждой осциллограммы значения коэф­фициента модуляции М, который вычисляется по формуле:

 

 

Таблица 5.3.

 

Eсм, В

-5

-4,8

….

0

Amax, В

 

 

 

 

Amin, В

 

 

 

 

M, %

 

 

 

 

 

2.4. Установить развертку сигнала 0,01 мс/дел. Отключить выход ГНЧ F=1кГц, для этого необходимо установить амплитуд UF=0В, амплитуду напряжения сигнала ГВЧ f=180 к Гц оставить равной Uf=1B. Изменяя Есм от до через 0,5В, снять зависимость амплитуды выходного напряжения модулятора от напряжения смещения Uвых=f(E) при Uf const =1В. Для из­мерения амплитуду напряжения на выходе модулятора использовать осцил­лограф. Данные измерений занести в таблицу 5.4.

 

Таблица 5.4.

 

Eсм, В

0

0,5

5

Uвых, В

 

 

 

 

 

По полученным данным построить графики Uвых=f(Eсм), М=f(Eсм).

 

Содержание отчёта

 

1.                Структурные схемы исследований.

2.                Данные измерений и осциллограммы.

3.                Характеристики по табличным данным.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Что называется однополосной модуляцией (ОПМ)? Нарисуйте вре­менные и спектральные диаграммы тональной ОПМ с нижней (верхней) бо­ковой полосой.

2.                Что называется балансной модуляцией? Нарисуйте временные и спектральные диаграммы тональной БМ.

3.                В чём состоят преимущество и недостатки ОПМ?

4.                В чём состоят преимущество и недостатки БМ?

5.                Изобразите принципиальную схему БМ (на основе диодов) и объ­ясните её работу.

6.                Изобразите принципиальную схему кольцевого БМ и объясните её работу.

7.                Изобразите схему ОПМ и объясните принцип её работы.

8.                Как зависит амплитуда сигнала ОПМ от амплитуды низкочастотного сигнала?

9.                Как зависит частота сигнала ОПМ от параметров низкочастотного сигнала?

10.           Укажите оптимальные значения сдвигов фаз для формирования сигнала ОПМ с нижней (верхней) боковой полосой. Дайте обоснование сво­ему ответу.

11.           Как зависит форма сигнала на выходе БМ от смещения? Объясните свой ответ.

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

 

Исследование сигналов дискретной модуляции

 

Цель работы: Изучение формы и спектров амплитудно-модулированных (AM), частотно-модулированных (ЧМ), фазо-модулированных (ФМ) и сигналов с относительной фазовой модуляцией (ОФМ) при дискретной модуляции.

 

Методические указания

 

1. Загрузить программу, настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала в обоих каналах 1 В/дел. to развертку сигнала 0,25мс/дел.

2. В окне «выбор кода» необходимо выбрать код: с 1 по 3 стол код № 1, с 4 по 6 стол код № 2, с 7 по 9 стол код № 3, с 10 по 13 стол код № 4, затем зарисовать временные диаграммы полученных кодов с экрана осциллографа.

3. В окне «выбор вида модуляции» выбрать «амплитудная», зарисовать полученный сигнал.

4. Выполнить пункт 3 для ЧМ, ФМ и ОФМ сигналов.

5. Выбрать код № 1 и нажать «да» возле надписи «показать спектр сиг­нала». В окне «выбор вида сигнала» выбрать «код № 1» и зарисовать полу­ченный спектр сигнала.

6. Выполнить пункт 5 для AM, ЧМ, ФМ и ОФМ сигнала для кода № 1.

7. Заполнить таблицу 6.1. Для этого фиксировать значение частоты в Гц и амплитуду в Вольтах, меняя номер частоты с 1 по 20.

Таблица 6.1

 

Вид сигнала

Код №1

АМ для кода №1

ЧМ для кода №1

ФМ для кода №1

ОФМ для кода №1

№ частоты

частота

амплитуда

частота

амплитуда

частота

амплитуда

частота

амплитуда

частота

амплитуда

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание отчета

 

1.                Зарисованные коды по пункту №1.

2.                Зарисованные AM, ЧМ, ФМ и ОФМ сигналы по пункту 3,4.

3.                Зарисованные спектрограммы для кода №1 AM, ЧМ. ФМ и ОФМ сигналов.

4.                Таблица 6.1

 

Контрольные вопросы

 

1.                Запишите ряд Фурье в тригонометрической и комплексной форме.

2.                Запишите прямое и обратное преобразование Фурье.

3.                Изобразите спектр одиночного прямоугольного импульса.

4.                Как влияет на спектр одиночного прямоугольного импульса его дли­тельность?

5.                Изобразите спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов.

6.                Как изменится спектр периодической последовательности импульсов, если длительность оставить неизменной, а период следова­ния импульса увеличить в 2, 3, 4 раза. Нарисовать временные и спек­тральные диаграммы.

7.                Как изменится спектр периодической последовательности импульсов, если период следования оставить неизменной, а длительность импуль­сов уменьшить в 2, 3, 4 раза. Нарисовать временные и спектральные диаграммы.

8.                Нарисовать временную и спектральную диаграмму AM сигнала для случая модуляции гармонической несущей периодической последова­тельностью прямоугольных импульсов (при скважности несущего сиг­нала равную 2).

9.                Нарисовать временную и спектральную диаграмму ЧМ сигнала для случая модуляции гармонической несущей периодической последова­тельностью прямоугольных импульсов (при скважности несущего сиг­нала равную 2).

10.     Нарисовать  временную и спектральную диаграмму ОФМ сигнала для случая модуляции гармонической несущей периодической последовательностью прямоугольных импульсов (при скважности несущего сиг­нала равную 2).

11.           Объясните отличие ОФМ сигнала от ФМ сигнала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

 

ДИСКРЕТИЗАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ

 

Цель работы: экспериментальное изучение процессов дискретизации и восстановления непрерывных сигналов.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\дискретизация непрерывных сигналов.jpg

 

Рис. 7.1. Структурная схема лабораторной установки

 

 Лабораторное задание

 

1.                Оценить полосы пропускания ФНЧ1 и ФНЧ2 по импульсной передаточ­ной характеристике.

2.                Выполнить дискретизацию и определить интервал дискретизации сложно­го сигнала.

3.                Провести восстановление сигнала по отсчетам.

 

Методические указания

 

1. Оценить полосы пропускания ФНЧ1 и ФНЧ2 по импульсной передаточ­ной характеристике.

1.1. Загрузить программу. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала 0,8 В/дел в обоих каналах и развертку сигнала 0,25 мс/дел.

1.2. Наблюдать на экране осциллографа и зарисовать осциллограмму сложного сигнала. Для этого на блоке "Источник сигналов" необходимо на­жать кнопку "вкл" рядом с надписью "сложн. сигнал". Подключать кон­трольную точку №2 в канал 1. Зарисовать полученную осциллограмму.

1.3. Оценить полосы пропускания ФНЧ1 и ФНЧ2 по импульсной пере­ходной характеристике. Для этого на блоке "Источник сигналов"' нажать кнопки "вкл" рядом с надписями "Дельта импульс" и "Сигнал с частотой F2". Подключить контрольную точку №1 в канал 1 и контрольную точку №6 в ка­нал 2. На блоке "Органы управления лабораторным макетом" нажать

"Да" рядом с надписями "Подключить дельта-импульс к ФНЧ1" и "Подклю­чить дельта-импульс к ФНЧ2". Зарисовать полученные осциллограммы. По осциллограмме измерить в миллиметрах период Т и интервал Δt. Сравнить величины Δt и Т/2 для обоих фильтров и сделать вывод о ширине полосы пропускания. Полоса пропускания фильтра превосходит величину f2, если Δt

≤Т/2.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Изображение0015.jpg

 

Рис. 7.2. Оценивание полосы пропускания ФНЧ1 (ФНЧ2).

 

1.4. Подключить контрольную точку №7 в канал 1 и оценить полосу про­пускания ФНЧ2 как в п. 1.3.

2. Выполнить дискретизацию и определить интервал дискретизации сложно­го сигнала.

2.1. Подключить контрольную точку №1 в канал 1 и контрольную точку №3 в канал 2. На блоке "Источник сигналов" нажать кнопку "вкл" рядом с надписью "Ген. имп. дискр." Установить частоту дискретизации 4000 Гц. За­рисовать полученные осциллограммы.

2.2. Наблюдать и зарисовать осциллограмму дискретизированного сигнала. Для этого подключить контрольную точку №2 в канал 1 и контрольную точ­ку №4 в канал 2. На блоке "Органы управления лабораторным макетом" на­жать кнопку "Да" рядом с надписью "Подключить Сложн. сигнал" и "Ген. Имп. дискр." к "Дискретизатору". Зарисовать осциллограммы сложного и дис­кретизированного сигнала.

3. Произвести восстановление сигнала по отсчетам.

3.1. Подключить контрольную точку №6 в канал 2. На блоке "Органы управления лабораторным макетом" нажать кнопки "Нет" рядом с надписями "Подключить дельта-импульс к ФНЧ1" и "Подключить дельта-импульс к ФНЧ2". Зарисовать осциллограммы сложного и восстановленного сигнала (ФНЧ1).

3.2. Подключить контрольную точку №7 в канал 2. Зарисовать сложный и восстановленный сигнал (ФНЧ2).

3.3. Провести качественное сравнение результатов восстановления сигна­лов в ФНЧ1 и ФНЧ2 и выбрать лучший фильтр для восстановления.

 

Содержание отчета

 

 Отчёт должен содержать:

1.                Структурную схему исследований.

2.                Осциллограммы, полученные экспериментально по всем пунктам.

3.                Анализ полученных результатов и выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Что такое дискретизация сигналов во времени?

2.                Поясните практическое значение дискретизации сигналов для техники связи.

3.                Сформулируйте теорему Котельникова и запишите ряд Котельникова

4.                Нарисуйте график и объясните свойства базисной функции ряда Котельникова.

5.                В чём причина погрешностей при дискретизации реальных сигналов?

6.                Как оценивается среднеквадратичная погрешность, возникающая при дискретизации сигнала, спектр которого неограничен?

7.                Как восстанавливается дискретизированный сигнал?

8.                Что называется идеальным фильтром нижних частот?

9.                Что называется импульсной переходной характеристикой радиотехнического устройства?

10.           Какой вид имеет импульсная характеристика идеального фильтра нижних частот?

11.           В чём отличие формы импульсных и частотных характеристик идеального и реального ФНЧ?

12.В чём причина погрешностей, возникающих при восстановлении сиг­нала?

13.           Как производится дискретизация радиосигналов?.

14.           В чём особенности дискретизации случайных сигналов?

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

 

ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

 

         Цель работы: Исследовать прохождение сигналов по системе связи с ИКМ в идеальных условиях и при воздействии помех.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 8. Структурная схема системы связи с ИКМ

 

        

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать прохождение гармонического сигнала по системе связи с ИКМ в идеальных условиях и при воздействии помех на сигнал.

2.                Исследовать прохождение сложного сигнала по системе связи с ИКМ в идеальных условиях и при воздействии помех на сигнал.

 

Методические указания

 

1. Исследование прохождения гармонического сигнала по системе связи с ИКМ.

1.1. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление в канале 1 и 2 равным 1 В/дел. Развертку сигнала установить 1,25 мс/дел.

1.2. На блоке «Источник сообщения» выбрать «гармонический» сигнал.

1.3. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «амплитудная модуляция».

1.4. В канал №1 подключить контрольную точку 1. В канал №2 поочередно подключать контрольные точки 2-9. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы, написать, с выхода какого устройства они получены.

1.5. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «частотная модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

1.6. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «относительная фазовая модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

1.7. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» рядом с надписью «подключить помеху». Изменяя дисперсию помехи от 0 до 0,3 наблюдать влияние помехи на прохождение гармонического сигнала с ИКМ по системе связи при различных видах вторичной модуляции. Зарисовать осциллограммы сигнала при установленной дисперсии помехи 0,05; 0,2 и 0,3.

 

2. Исследование прохождения сложного сигнала по системе связи с ИКМ.

2.1. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление в канале 1 и 2 равным 1 В/дел. Развертку сигнала установить 1,25 мс/дел.

2.2. На блоке «Источник сообщения» выбрать «гармонический» сигнал.

2.3. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «амплитудная модуляция».

2.4. В канал №1 подключить контрольную точку 1. В канал №2 поочередно подключать контрольные точки 2-9. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы, написать, с выхода какого устройства они получены.

2.5. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «частотная модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

2.6. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «относительная фазовая модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

2.7. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» рядом с надписью «подключить помеху». Изменяя дисперсию помехи от 0 до 0,3 наблюдать влияние помехи на прохождение гармонического сигнала с ИКМ по системе связи при различных видах вторичной модуляции. Выбрать вид вторичной модуляции «амплитудная модуляция». Зарисовать осциллограммы сигнала при установленной дисперсии помехи 0,05; 0,2 и 0,3.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель лабораторной работы.

2.                Структурная схема системы связи с ИКМ.

3.                Полученные осциллограммы сигналов.

4.                Выводы о проделанной работе.

 

 

Контрольные вопросы

 

1.                Сформулируйте теорему Котельникова и запишите ряд Котельни­кова.

2.                Нарисуйте график и объясните свойства базисной функции ряда Котельникова.

3.                В чём причина погрешностей при дискретизации реальных сигна­лов?

4.                Как оценивается среднеквадратичная погрешность, возникающая при дискретизации сигнала, спектр которого не ограничен?

5.                Как восстанавливается дискретизированный сигнал?

6.                Что называется идеальным фильтром нижних частот?

7.                Что называется импульсной переходной характеристикой радио­технического устройства?

8.                Какой вид имеет импульсная характеристика идеального фильтра нижних частот?

9.                В чём отличие формы импульсных и частотных характеристик идеального и реального ФНЧ?

10.           В чём причина погрешностей, возникающих при восстановлении сигнала?

11.           Как производится дискретизация радиосигналов?

12.           В чём особенности дискретизации случайных сигналов?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОГЕРЕНТНОГО ДЕМОДУЛЯТОРА

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой оптимального когерентного демодулятора. Изучение преобразований сигналов функциональными узлами этого устройства.

 

В работе используются блоки «Источник сигналов», «Канал связи», «Источник помех», генераторы Г1 и Г2, «Вычитающее устройство», «Квадратор», «Интегратор», «Решающее устройство».

 

 

Рис. 9.1. Оптимальный когерентный демодулятор

 

Демодулятор представляет собой когерентный приемник, оптимальный по критерию максимального правдоподобия. Для системы двоичных сигналов алгоритм его работы записывается в виде:

 

3.3.        ,

 

где  - копии передаваемых сигналов (опорные сигналы);

 - аддитивная смесь сигнала и помехи на входе демодулятора;

 - энергия сигналов.

 

Лабораторное задание

 

1.                Провести исследование демодулятора двоичных сигналов без помех в канале связи.

2.                Провести исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

 

Методические указания

 

1. Исследование демодулятора двоичных помех в канале связи.

 

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление в первом и втором каналах 1 В/дел; развертку сигнала – 0,16 мс/дел.

1.2. Подключить канал № 1 осциллографа. В канале №1 поочередно выбрать контрольные точки № 1; 2; 3. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать, с выхода какого устройства были получены сигналы.

1.3. Подключить канал № 2 осциллографа. Канал № 1 отключить. В канале № 2 поочередно выбрать контрольные точки № 4-10. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать, с выхода какого устройства были получены сигналы.

 

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

2.1. Подключить оба канала осциллографа. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» под надписью «Подключить источник помехи к каналу связи».

2.2. Установить значение дисперсии помехи 0,2.

2.3. Повторить п.п. 1.2. и 1.3. для установленных параметров.

2.4. Увеличивать дисперсию помехи до тех пор, пока  сигнал на выходе не будет принят с ошибкой, т.е. когда сигнал в контрольной точке № 12 не будет совпадать с сигналом в контрольной точке № 1.

2.5. Повторить п.п. 1.2. и 1.3. для установленных параметров.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему оптимального когерентного демодулятора.

3.                Осциллограммы наблюдаемых процессов во всех точках устройства.

4.                Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Объясните алгоритм работы демодулятора.

2.                Поясните принцип оптимального приема дискретных сигналов на фоне помех.

3.                Дайте геометрическую интерпретацию задачи оптимального приема.

4.                Перечислите критерии оптимальности при приеме дискретных сигналов, поясните связь между ними.

5.                Приведите количественные характеристики для оценки качества оптимального приема. Как они определяются?

6.                Как оценивается помехоустойчивость когерентного приема при различных видах модуляции?

7.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора по критерию максимального правдоподобия.

8.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы АМ и нарисуйте его функциональную схему.

9.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы ЧМ и нарисуйте его функциональную схему.

10.           Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы ФМ и нарисуйте его функциональную схему.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕМОДУЛЯТОРА ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ

 

         Цель работы: Ознакомление со структурной схемой оптимального корреляционного демодулятора двоичных сигналов, изучение преобразований сигналов функциональными узлами этого устройства.

 

         В работе используются блоки «Источник сигналов», «Канал связи», «Источник помех», генераторы Г1 и Г2, «Перемножители», «Интеграторы», «Вычитающие устройства», «Решающее устройство».

 

Рис. 10. Структурная схема исследования оптимального корреляционного демодулятора двоичных сигналов

 

         Демодулятор представляет собой когерентный приемник, оптимальный по критерию максимального правдоподобия. Для системы двоичных сигналов алгоритм его работы записывается в виде:

где  - копии передаваемых сигналов (опорные сигналы);

 - аддитивная смесь сигнала и помехи на входе демодулятора;

- энергия сигналов

 

Лабораторное задание

 

1. Исследование демодулятора двоичных сигналов без помех в канале связи.

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

 

Методические указания

 

1. Исследование демодулятора двоичных сигналов без помех в канале связи.

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление в первом и втором каналах 1 В/дел; развертку сигнала – 0,13 мс/дел.

1.2. В блоке «Источник сигналов» ввести кодовую комбинацию. Для этого перевести в двоичный код (№ вар.+5)

1.3. В канале №1 осциллографа поочередно выбрать контрольные точки № 1-3. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

1.4. В канале №1 осциллографа выбрать контрольную точку №1. Подключить канал № 2 осциллографа. В канале № 2 поочередно выбрать контрольные точки № 4-12. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

2.1. Подключить оба канала осциллографа. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» под надписью «Подключить источник помехи к каналу связи».

2.2. Установить дисперсию помехи 0,2.

2.3. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для установленных параметров.

2.4. Увеличивать дисперсию помехи до тех пор, пока  сигнал на выходе не будет принят с ошибкой, т.е. когда сигнал в контрольной точке № 12 не будет совпадать с сигналом в контрольной точке № 1.

2.5. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для полученных параметров. Записать значение дисперсии помехи.

 

Содержание отчета

        

1. Название и цель работы.

2. Структурная схема оптимального корреляционного демодулятора двоичных сигналов.

3. Осциллограммы наблюдаемых процессов во всех точках устройства.

4. Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

 

1. Объясните алгоритм работы демодулятора.

2.Поясните принцип оптимального приема дискретных сигналов на фоне помех.

3. Дайте геометрическую интерпретацию задачи оптимального приема.

4. Перечислите критерии оптимальности при приеме дискретных сигналов, поясните связь между ними.

5. Приведите количественные характеристики для оценки качества оптимального приема. Как они определяются?

6. Как оценивается помехоустойчивость когерентного приема при различных видах модуляции?

7. Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора по критерию максимального правдоподобия.

8. Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы АМ и нарисуйте его функциональную схему.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕМОДУЛЯТОРА ДВОИЧНЫХ АМ СИГНАЛОВ

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой оптимального корреляционного демодулятора двоичных АМ сигналов, изучение преобразований сигналов функциональными узлами этого устройства.

В работе используются блоки «Источник дискретных сигналов», «Амплитудный модулятор», «Канал связи», «Источник помех», генератор Г1, «Перемножитель», «Интегратор», «Решающее устройство».

 

Рис. 11.1. Структурная схема исследования оптимального корреляционного демодулятора двоичных АМ сигналов

 

Демодулятор представляет собой когерентный приемник, оптимальный по критерию максимального правдоподобия. Для системы двоичных АМ сигналов алгоритм его работы записывается в виде:

 

 

где  - копии передаваемых сигналов (опорные сигналы);

 - аддитивная смесь сигнала и помехи на входе демодулятора.

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследование демодулятора двоичных АМ сигналов без помех в канале связи.

2.                Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

 

 

 

 

Методические указания

 

1. Исследование демодулятора двоичных АМ сигналов без помех в канале связи.

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление в первом и втором каналах 1 В/дел; развертку сигнала – 0,13 мс/дел.

1.2. В блоке «Источник сигналов» ввести кодовую комбинацию. Для этого перевести в двоичный код (№вар.+5)

1.3. В канале №1 осциллографа поочередно выбрать контрольные точки № 1; 2; 3. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

1.4. В канале №1 осциллографа выбрать контрольную точку №1. Подключить канал № 2 осциллографа. В канале № 2 поочередно выбрать контрольные точки № 4-8. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

2.1. Подключить оба канала осциллографа. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» под надписью «Подключить источник помехи к каналу связи».

2.2. Установить дисперсию помехи 0,2.

2.3. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для установленных параметров.

2.4. Увеличивать дисперсию помехи до тех пор, пока  сигнал на выходе не будет принят с ошибкой, т.е. когда сигнал в контрольной точке № 8 не будет совпадать с сигналом в контрольной точке № 1.

2.5. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для полученных параметров. Записать значение дисперсии помехи.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему оптимального корреляционного демодулятора двоичных АМ сигналов.

3.                Осциллограммы наблюдаемых процессов во всех точках устройства.

4.                Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Объясните алгоритм работы демодулятора.

2.                Поясните принцип оптимального приема дискретных сигналов на фоне помех.

3.                Дайте геометрическую интерпретацию задачи оптимального приема.

4.                Перечислите критерии оптимальности при приеме дискретных сигналов, поясните связь между ними.

5.                Приведите количественные характеристики для оценки качества оптимального приема. Как они определяются?

6.                Как оценивается помехоустойчивость когерентного приема при различных видах модуляции?

7.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора по критерию максимального правдоподобия.

8.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы АМ и нарисуйте его функциональную схему.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕМОДУЛЯТОРА ДВОИЧНЫХ ЧМ СИГНАЛОВ

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой оптимального корреляционного демодулятора двоичных ЧМ сигналов, изучение преобразований сигналов функциональными узлами этого устройства.

В работе используются блоки «Источник дискретных сигналов», «Частотный модулятор», «Канал связи», «Источник помех», генераторы Г1 и Г2, «Перемножители», «Интеграторы», «Решающее устройство».

Рис. 12.1. Структурная схема исследования оптимального корреляционного демодулятора двоичных ЧМ сигналов

 

Демодулятор представляет собой когерентный приемник, оптимальный по критерию максимального правдоподобия. Для системы двоичных сигналов алгоритм его работы записывается в виде:

 

 

 

где  - копии передаваемых сигналов (опорные сигналы);

 - аддитивная смесь сигнала и помехи на входе демодулятора;

 

Лабораторное задание

 

1. Исследование демодулятора двоичных ЧМ сигналов без помех в канале связи.

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

 

Методические указания

 

1. Исследование демодулятора двоичных ЧМ сигналов без помех в канале связи.

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление в первом и втором каналах 1 В/дел; развертку сигнала – 0,13 мс/дел.

1.2. В блоке «Источник сигналов» ввести кодовую комбинацию. Для этого перевести в двоичный код (№ вар.+5)

1.3. В канале №1 осциллографа поочередно выбрать контрольные точки № 1; 2; 3. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать, с выхода какого устройства был получен сигнал.

1.4. В канале №1 осциллографа выбрать контрольную точку №1. Подключить канал № 2 осциллографа. В канале № 2 поочередно выбрать контрольные точки № 8-11. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

2.1. Подключить оба канала осциллографа. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» под надписью «Подключить источник помехи к каналу связи».

2.2. Установить дисперсию помехи 0,2.

2.3. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для установленных параметров.

2.4. Увеличивать дисперсию помехи до тех пор, пока  сигнал на выходе не будет принят с ошибкой, т.е. когда сигнал в контрольной точке № 11 не будет совпадать с сигналом в контрольной точке № 1.

2.5. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для полученных параметров. Записать значение дисперсии помехи.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Структурную схему оптимального корреляционного демодулятора двоичных ЧМ сигналов.

3. Осциллограммы наблюдаемых процессов во всех точках устройства.

4. Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Объясните алгоритм работы демодулятора.

2.                Поясните принцип оптимального приема дискретных сигналов на фоне помех.

3.                Дайте геометрическую интерпретацию задачи оптимального приема.

4.                Перечислите критерии оптимальности при приеме дискретных сигналов, поясните связь между ними.

5.                Приведите количественные характеристики для оценки качества оптимального приема. Как они определяются?

6.                Как оценивается помехоустойчивость когерентного приема при различных видах модуляции?

7.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора по критерию максимального правдоподобия.

8.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы АМ и нарисуйте его функциональную схему.

9.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы ЧМ и нарисуйте его функциональную схему.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕМОДУЛЯТОРА ДВОИЧНЫХ ФМ СИГНАЛОВ

        

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой оптимального корреляционного демодулятора двоичных ФМ сигналов, изучение преобразований сигналов функциональными узлами этого устройства.

 

В работе используются блоки «Источник дискретных сигналов», «Фазовый модулятор», «Канал связи», «Источник помех», генератор Г1, «Перемножитель», «Интегратор», «Решающее устройство».

 

Рис. 13.1. Структурная схема исследования оптимального корреляционного демодулятора двоичных ФМ сигналов

 

Демодулятор представляет собой когерентный приемник, оптимальный по критерию максимального правдоподобия. Для системы двоичных ФМ сигналов алгоритм его работы записывается в виде:

 

 

где  - копии передаваемых сигналов (опорные сигналы);

 - аддитивная смесь сигнала и помехи на входе демодулятора.

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследование демодулятора двоичных ФМ сигналов без помех в канале связи.

2.                Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

 

Методические указания

 

1. Исследование демодулятора двоичных сигналов без помех в канале связи.

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление в первом и втором каналах 1 В/дел; развертку сигнала – 0,13 мс/дел.

1.2. В блоке «Источник сигналов» ввести кодовую комбинацию. Для этого перевести в двоичный код (№вар.+5)

1.3. В канале №1 осциллографа поочередно выбрать контрольные точки № 1; 2; 3. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

1.4. В канале №1 осциллографа выбрать контрольную точку №1. Подключить канал № 2 осциллографа. В канале № 2 поочередно выбрать контрольные точки № 4-8. Зарисовать полученные осциллограммы. Рядом с осциллограммами записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

2. Исследование работы демодулятора в условиях действия помех в канале связи.

2.1. Подключить оба канала осциллографа. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» под надписью «Подключить источник помехи к каналу связи».

2.2. Установить дисперсию помехи 0,2.

2.3. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для установленных параметров.

2.4. Увеличивать дисперсию помехи до тех пор, пока  сигнал на выходе не будет принят с ошибкой, т.е. когда сигнал в контрольной точке № 12 не будет совпадать с сигналом в контрольной точке № 1.

2.5. Повторить п.п. 1.3. и 1.4. для полученных параметров. Записать значение дисперсии помехи.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему оптимального корреляционного демодулятора двоичных ФМ сигналов.

3.                Осциллограммы наблюдаемых процессов во всех точках устройства.

4.                Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Объясните алгоритм работы демодулятора.

2.                Поясните принцип оптимального приема дискретных сигналов на фоне помех.

3.                Дайте геометрическую интерпретацию задачи оптимального приема.

4.                Перечислите критерии оптимальности при приеме дискретных сигналов, поясните связь между ними.

5.                Приведите количественные характеристики для оценки качества оптимального приема. Как они определяются?

6.                Как оценивается помехоустойчивость когерентного приема при различных видах модуляции?

7.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора по критерию максимального правдоподобия.

8.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы АМ и нарисуйте его функциональную схему.

9.                Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы ЧМ и нарисуйте его функциональную схему.

10.           Запишите алгоритм работы оптимального когерентного демодулятора для двоичной системы ФМ и нарисуйте его функциональную схему.

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА14

 

Формирование FSK сигналов

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой FSK-модулятора. Изучение процессов формирования сигналов функциональными узлами этого устройства.

 

Описание виртуальной лабораторной установки

 

В работе используются виртуальные блоки  "Источник цифрового сообщения";  "FSK-модулятор", "Осциллограф".

Частотно-манипулированные FSK (ЧМ, FSK — Frequency Shift Keying) сигналы одни из самых распространенных в современной цифровой связи. Это обусловлено, прежде всего, простотой их генерирования и приема, ввиду нечувствительности к начальной фазе.

При FSK  значениям "0" и "1" информационной последовательности соответствуют определенные частоты аналогового сигнала при неизменной амплитуде. Частотная модуляция весьма помехоустойчива, поскольку помехи телефонного канала искажают в основном амплитуду, а не частоту сигнала. Однако при частотной модуляции неэкономно расходуется ресурс полосы частот телефонного канала. Поэтому этот вид модуляции применяется в низкоскоростных протоколах, позволяющих осуществлять связь по каналам с низким отношением сигнал/шум.

Рассмотрим формирование FSK сигнала.  FSK сигнал можно представить как сумму двух амплитудно-манипулированных сигналов с различными частотами несущих высокочастотных колебаний:

 

(1)

 

где {1,-1} – модулирующий сигнал на выходе линейного кодера, который соответствует цифровому сообщению bi={0,1}; 

 – модулирующий сигнал на выходе инвертора.

Структурная схема FSK модулятора приведена на рис.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание: FSK

Рис.14. Структурная схема FSK модулятора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


FSK модулятор состоит из линейного кодера - ЛК, инвертора полярности модулирующего сигнала – Инв., двух идентичных амплитудных модуляторов - АМ1 и АМ2, двух генераторов высокочастотного несущего колебания – Ген.1 и Ген.2 и сумматора двух АМ сигналов - прямоугольных импульсов с амплитудами А и 0. Информационной единице цифрового сообщения соответствует положительное значение амплитуды импульсаА; информационному нулю  соответствует амплитуда импульса 0.

Линейный кодер преобразует информационное сообщение bi в цифровой модулирующий сигнал wk(t), который является полярным  NRZ-сигналом.

Полярный  NRZ-сигнал представляет собой последовательность прямоугольных  импульсов с амплитудами и –А. Информационной единице   соответствует   импульс   положительной  полярности ; информационному  нулю  соответствует  импульс  отрицательной полярности–А.

В блоке «Источник цифрового сообщения» формируется 8 разрядное цифровое сообщение bi, которое представляет собой последовательность Инвертор инвертирует полярный  NRZ-сигнал подаваемый на вход второго модулятора. Генераторы Ген.1 и Ген.2 вырабатывают соответственно синусоидальные несущие колебания sin(2πf1t) и sin(2πf2t). Сумматор суммирует два АМ сигнала и на его выходе формируется FSK сигнал.

Для наблюдения  процессов формирования  FSK сигнала используется двух лучевой виртуальный осциллограф.

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать работу FSK модулятора при передаче цифровых сигналов.

2.                Изучить процессы формирования FSK сигнала в различных функциональных узлах модулятора.

 

 

 

Методические  указания

 

1.                Включить компьютер, загрузите программу.

2.                В блоке «Осциллограф» установить усиление в каналах №1 и №2 равным 1В/дел. Развертку сигнала установить 0,2мс/дел.

3.                По задание преподавателя в блоке «Источник цифрового сообщения» сформировать цифровое сообщение, состоящее из 8 битов. Подключить канал №1 осциллографа к контрольной точке №1 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового сообщения, подаваемое на вход модулятора. Определить длительность цифрового импульса.

4.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №2 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе линейного кодера.

5.                Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №3 схемы модулятора убедиться в инвертировании битов цифрового модулирующего сигнала. Зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе инвертора.

6.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №4 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе генератора Ген.1. Определить частоту высокочастотного колебания.

7.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №5 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе генератора Ген.2. Определить частоту высокочастотного колебания.

8.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №6 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму амплитудно-модулированного сигнала на выходе первого амплитудного модулятора.

9.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №7 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму амплитудно-модулированного сигнала на выходе второго амплитудного модулятора.

10.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №8 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму FSK сигнала на выходе сумматора.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему модулятора.

3.                Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4.                Анализ полученных результатов и выводы.

 

 

 

Контрольные вопросы

 

1.                Какие виды существуют цифровых модулирующих сигналов? В чем их различие?

2.                В чем сущность FSK модуляции? Приведите математическое выражение FSK сигнала.

3.                Нарисуйте временную диаграмму FSK сигнала.

4.                Объясните метод получения FSK сигнала суммированием двух АМ сигналов. Приведите математическое выражение FSK сигнала для этого случая.

5.                Нарисуйте временные диаграммы формирования  FSK сигнала из двух АМ сигналов.

6.                Нарисуйте структурную схему FSK модулятора. Объясните принцип работы модулятора и назначение его отдельных функциональных узлов.

7.                Нарисуйте спектр FSK сигнала.

8.                В каких системах связи используется FSK модуляция?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА15

 

Формирование MSK сигналов

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой MSK-модулятора. Изучение процессов формирования сигналов функциональными узлами MSK-модулятора.

 

Описание виртуальной лабораторной установки

 

В работе используются виртуальные блоки  "Источник цифрового сообщения";  "MSK-модулятор; "Осциллограф".

Частотная модуляция минимального фазового сдвига MSK (MinimumShiftKeying)  является типичным представителем  класса  модуляции с непрерывной фазой. Модуляция MSK есть бинарная ортогональная непрерывно-фазовая частотная  модуляция с индексом модуляции h=1/2. 

В методе MSK входная последовательность битовых импульсов модулятора разбивается на две последовательности, состоящие соответственно из нечетных и четных импульсов, и модулированный сигнал (выходной сигнал модулятора) на протяжении очередного n-го бита определяется выражением, зависящим от состояния текущего n-го и предшествующего (n-1)-го бита:

(15.1.)

т.е. суммой квадратурных составляющих с амплитудами и  . Здесь fн - несущая частота канала, а зависимость частоты и фазы суммарного сигнала от содержания двух соседних бит bI, bQ представлена в таблице 15.1.

Модуляцию MSK можно считать квадратурной модуляцией со сдвигом, в которой амплитуды синфазной и квадратурной составляющих изменяются по синусоидальному закону, а знак амплитуд определяется значениями бит двоичной последовательности.

Таблица 15.1. Зависимость частоты и фазы суммарного сигнала от содержания двух соседних бит bI, bQ.

Таблица 15.1.

 

bI

bQ

S(t)

частота

фаза

1(+)

1(+)

Acos2π(fн –Δfm)t

fн–Δfm

0

1(+)

0(-)

Acos2π(fн +Δfm)t

fн+Δfm

0

0(-)

1(+)

-Acos2π(fн +Δfm)t

fн+Δfm

π

0(-)

0(-)

- Acos2π(fн –Δfm)t

fн–Δfm

π

 

Подчеркнем, что два бита, используемые в качестве аргументов закона модуляции, выбираются с учетом того, какой бит является текущим: если текущий бит четный, то вторым битом пары является предшествующий ему нечетный; если же текущий бит нечетный, то второй бит пары - предшествующий ему четный.Принцип построения модулятора MSK поясняется структурной схемой рис.15.

Описание: MSK

Рис.15. Структурная схема MSK

модулятора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


На вход ЛК- линейного кодера поступают информационные биты- bi, которые преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью Tb. Эта последовательность в демультиплексора (ДМ) разбивается на две подпоследовательности импульсов WI(t) с нечетными и WQ(t) четными номерами, которые направляются в синфазную и квадратурную ветвисоответственно причем длительность каждого бита увеличена вдвое в сторону запаздывания, т.е. каждый бит "растянут" во времени до 2-битового символа.

Далее полученные подпоследовательности импульсов WI(t) и WQ(t) подаются на соответствующие перемножители где происходит их умножение на квадратурные низкочастотные сигналы sin(πt/2Tb) иcos(πt/2Tb). В результате на выходе перемножителей получим модулирующие сигналы двух квадратурных каналов.

Окончательный модулированный сигнал SMSK(t) согласно выражению (15.1) получается как результат перемножения  модулирующих  сигналов  WI(t)sin(πt/2Tb)  и WQ(t)cos(πt/2Tb)  квадратурных каналов с соответствующими несущими sin(2πfнt) и cos(2πfнt) и суммирования полученных произведений.

Частота сигнала на выходе модулятора f=fн-1/(4Tb), если текущий бит совпадает с предыдущим, и f= fн +1/(4Tb), если не совпадает. В этом случае девиация частоты равна

В блоке «Источник цифрового сообщения» формируется 8 разрядное цифровое сообщение bi, которое представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудамиА и 0. Информационной единице цифрового сообщения соответствует положительное значение амплитуды импульсаА; информационному нулю  соответствует амплитуда импульса 0.

Линейный кодер преобразует информационное сообщение bi в цифровой модулирующий сигнал wk(t), который является полярным  NRZ-сигналом.

Полярный  NRZ-сигнал представляет собой последовательность прямоугольных  импульсов с амплитудами и –А. Информационной единице   соответствует   импульс   положительной  полярности ; информационному  нулю  соответствует  импульс  отрицательной полярности –А.

Для наблюдения  процессов формирования  MSK сигнала используется двух лучевой виртуальный осциллограф.

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать работу MSK модулятора при передаче цифровых сигналов.

2.                Изучить процессы формирования MSK сигнала в различных функциональных узлах модулятора.

 

Методические  указания

 

1.                Включить компьютер, загрузите программу.

2.                В блоке «Осциллограф» установить усиление в каналах №1 и №2 равным 1В/дел. Развертку сигнала установить 0,2 мс/дел.

3.                По задание преподавателя в блоке «Источник сигналов» сформировать цифровое сообщение, состоящее из 8 битов. Подключить канал №1 осциллографа к контрольной точке №1 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового сообщения, подаваемое на вход модулятора. Определить длительность цифрового импульса.

4.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №2 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе линейного кодера.

5.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №3 схемы. Наблюдать и зарисовать осциллограмму нечетнойподпоследовательностиWI(t).

6.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №4 схемы. Наблюдать и зарисовать осциллограмму четнойподпоследовательностиWQ(t).

7.                Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №5 схемы модулятора.  Наблюдать и зарисовать осциллограмму низкочастотного сигнала sin(πt/2Tb)

8.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №6 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму низкочастотного сигнала cos(πt/2Tb).

9.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №7 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму низкочастотного модулирующего сигнала  WI(t)sin(πt/2Tb).

10.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №8 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму низкочастотного модулирующего сигнала  WQ(tcos(πt/2Tb).

11.           Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №9 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму высокочастотного несущего колебания sin(2πfнt).

12.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №10 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму высокочастотного несущего колебания cos(2πfнt).

13.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №11 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала на выходе второго перемножителя  в синфазной ветви модулятора (I-канал).

14.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №12 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала на выходе четвертого перемножителя  в квадратурной ветви модулятора (Q-канал).

15.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №13 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму MSK сигнала на выходе сумматора.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему модулятора.

3.                Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4.                Анализ полученных результатов и выводы.

Контрольные вопросы

 

1.                Каким недостатком обладает FSK сигнал?

2.                Как можно улучшить спектральную эффективность частотно модулированных сигналов? 

3.                В чем сущность MSK модуляции?

4.                Приведите математическое выражение MSK сигнала.

5.                Нарисуйте временную диаграмму формирования MSK сигнала и объясните его.

6.                Нарисуйте структурную схему MSK модулятора. Объясните принцип работы модулятора и назначение его отдельных функциональных узлов.

7.                Как определяется частота девиации для частотно-манипулированных сигналов?

8.                В каких системах связи используется MSK модуляция?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 16

 

Формирование BPSK сигналов

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой BSK-модулятор. Изучение процессов формирования сигналов функциональными узлами этого устройства.

 

Описание виртуальной лабораторной установки

 

В работе используются виртуальные блоки  "Источник сигналов";  "BSK-модулятор; "Осциллограф".

При фазовой модуляции мгновение значение фазы θ(t) радиосигнала отклоняется от фазы немодулированного несущего колебания на величину, зависящую от мгновенного значения модулирующего сигнала w(t):

(16.1.)

 

Бинарная фазовая модуляция (BinaryPhaseShiftKeying - BPSK) осуществляется двухуровневым цифровым модулирующим сигналом (М = 2) путем изменения фазы θk(t)  не­сущей частоты в течение символьного интервала Ts в зависимости от значения те­кущего импульса wk(t) модулирующего сигнала.

(16.2.)

 

Рассмотрим формирование BPSK сигнала.  BPSK сигнал можно представить

(16.3.)

 

как сумму двух амплитудно-манипулированных сигналов:

 

 

где {1,-1} – модулирующий сигнал на выходе линейного кодера, который соответствует цифровому сообщению bi={0,1}; 

 – модулирующий сигнал на выходе на выходе инвертора.

 

Обе амплитудно-манипулированных сигналов имеют одну и туже несущую частоту, но отличаются начальными фазами разность, которых составляет 1800. Структурная схема BPSK модулятора приведена на рис.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


BPSK модулятор состоит из линейного кодера - ЛК, инвертора полярности модулирующего сигнала - Инв, двух идентичных амплитудных модуляторов - АМ1 и АМ2, фазосдвигателя на 1800 – ФС, генератора высокочастотного несущего колебания – Ген, и сумматора двух АМ сигналов - ∑.

В блоке «Источник сигналов» формируется 6 разрядное цифровое сообщение bi, которое представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудамиА и 0.

Информационной единице цифрового сообщения соответствует положительное значение амплитуды импульсаА; информационному нулю  соответствует амплитуда импульса 0.

Линейный кодер преобразует информационное сообщение bi в цифровой модулирующий сигнал wk(t), который является полярным  NRZ-сигналом. Полярный  NRZ-сигнал представляет собой последовательность прямоугольных  импульсов с амплитудами и –А. Информационной единице соответствует импульс положительной полярности ; информационному нулю соответствует импульс отрицательной полярности А.

Инвертор инвертирует полярный  NRZ-сигнал подаваемый на вход второго модулятора. Генератор вырабатывает синусоидальное несущее колебание sin(2πft).

Фазосдвигатель ФС предназначен для получения косинусоидального несущего колебания cos(2πft), которое подается на второй амплитудный модулятор. Сумматор суммирует два АМ сигнала и на его выходе формируется BPSK сигнал.

Для наблюдения  процессов формирования  BPSK сигнала используется двух лучевой виртуальный осциллограф.

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать работу BPSK модулятора при передаче цифровых сигналов.

2.                Изучить процессы формирования BPSK сигнала в различных функциональных узлах модулятора.

 

Методические  указания

 

1.                Включить компьютер, загрузите программу.

2.                В блоке «Осциллограф» установить усиление в каналах №1 и №2 равным 1В/дел. Развертку сигнала установить 0,125 мс/дел.

3.                По задание преподавателя в блоке «Источник сигналов» сформировать цифровое сообщение, состоящее из 5 битов. Подключить канал №1 осциллографа к контрольной точке №1 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового сообщения, подаваемое на вход модулятора. Определить длительность цифрового импульса.

4.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №2 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе линейного кодера.

5.                Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №3 схемы модулятора убедиться в инвертировании битов цифрового модулирующего сигнала. Зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе инвертора.

6.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №4 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе генератора. Определить частоту высокочастотного колебания.

7.                Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №5 схемы модулятора убедиться в сдвиге фазы модулируемого высокочастотного колебания. Зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе фазосдвигателя.

8.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №6 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму амплитудно-модулированного сигнала на выходе первого амплитудного модулятора.

9.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №7 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму амплитудно-модулированного сигнала на выходе второго амплитудного модулятора.

10.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №8 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму BPSK сигнала на выходе сумматора.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему модулятора.

3.                Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4.                Анализ полученных результатов и выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Какие виды существуют цифровых модулирующих сигналов? В чем их различие?

2.                В чем сущность бинарной фазовой модуляции? Приведите математическое выражение BPSK сигнала.

3.                Нарисуйте временную диаграмму BPSK сигнала.

4.                Нарисуйте векторную диаграмму BPSK сигнала.

5.                Объясните метод получения BPSK сигнала суммированием двух АМ сигналов. Приведите математическое выражение BPSK сигнала для этого случая.

6.                Нарисуйте временные диаграммы формирования  BPSK сигнала из двух АМ сигналов.

7.                Нарисуйте структурную схему BPSK модулятора. Объясните принцип работы модулятора и назначение его отдельных функциональных узлов.

8.                Нарисуйте график спектральной плотности мощности BPSK сигнала при прямоугольной форме цифрового модулирующего сигнала.

9.                В каких системах используется бинарной фазовая модуляция?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА17

 

Формирование QPSK сигналов

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой QPSK-модулятор. Изучение процессов формирования сигналов функциональными узлами QPSK-модулятора.

 

Описание виртуальной лабораторной установки

 

В работе используются виртуальные блоки  "Источник цифрового сообщения";  "QPSK-модулятор; "Осциллограф".

При бинарной фазовой модуляции BPSK  для передачи логических нулей и единиц используют сигналы одной и той же частоты и амплитуды, но смещенные относительно друг друга по фазе. Например, логический нуль передается синфазным сигналом, а единица - сигналом, сдвинутым по фазе на 180°. При BPSK один канальный символ переносит один передаваемый бит. Один канальный символ может переносить большее число информационных бит. Например, пара следующих друг за другом битов может принимать четыре значения: {0 0}, {0 1}, {1 0}, {1 1}.

В этом случае изменение фазы может иметь и более двух значений, например четыре (0, 90, 180 и 270°). В этом случае говорят о так называемой квадратурной фазовой модуляции (QuadraturePhaseShiftKey, QPSK). При котором последовательность передаваемых битов разбивается на две последовательности нечетных и четных битов.

Биты с одинаковыми номерами в этих подпоследовательностях образуют пары (дибиты), которые удобно рассматривать, как комплексные биты;      действительная     часть     комплексного   бита    есть   бит нечетной  подпоследовательности, а мнимая часть – бит четнойподпоследовательности. Полученные таким способом комплексные биты преобразуются в комплексную последовательность прямоугольных электрических импульсов длительностью 2Tc со значениями +1 или -1 их действительной и мнимой частей, которые используются для модуляции несущего колебания.

Математическое выражение QPSK сигнала можно записать в следующем виде:

,                                                    (17.1)

 

где φ=arctg(Q/I)- фазы QPSK сигнала;

I -значение бита нечетной последовательности;

Q - значение бита нечетной последовательности.

Таким образом, меняя значения Iи Q, можно получить амплитудную и фазовую модуляцию. В частности, если принять, что Iи Q могут принимать значения +1 или -1, то амплитуда этого сигнала постоянна и равна √2, а фаза φ принимает значения +45º, -45º, +135º, -135º. В результате для комплексной амплитуды высокочастотного сигнала с такой модуляцией можно записать

 

A(t)= Aexp[j(2i+1)], i=0, 1, 2, 3, наинтервале 0<t≤2Tc.                (17.2.)

Иногда используются другие значения фаз: 0°, 90°, 180° и 270°,  если QPSK сигнал представить как:

,                                                    (17.3.)

Приведенные выше равенства (7, 8 и 9) позволяют формировать сигналы QPSK  с помощью  устройства,  структурная схема которого приведена на рис. 17.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


На вход ЛК- линейного кодера поступают информационные биты, которые преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью Tc. Эта последовательность в демультиплексоре (ДМ) разбивается на две подпоследовательности импульсов с нечетными и четными номерами, которые направляются в синфазную и квадратурную ветви соответственно.

Импульсы с нечетными номерами в синфазной ветви задерживаются  на элементе задержки « Тс » на время Tc. Далее длительность импульсов каждой подпоследовательности с помощью расширителей импульсов (РИ) увеличивается до значения 2Tc, после чего осуществляется перенос на частоту f0 в каждой ветви с использование перемножителей. Сложение результатов перемножений завершает процесс формирования QPSK радиосигнала.

В блоке «Источник цифрового сообщения» формируется 6 разрядное цифровое сообщение bi, которое представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудами А и 0. Информационной единице цифрового сообщения соответствует положительное значение амплитуды импульсаА; информационному нулю  соответствует амплитуда импульса 0.

Линейный кодер преобразует информационное сообщение bi в цифровой модулирующий сигнал wk(t), который является полярным  NRZ-сигналом.

Полярный  NRZ-сигнал представляет собой последовательность прямоугольных  импульсов с амплитудами и –А. Информационной единице   соответствует   импульс   положительной  полярности ; информационному  нулю  соответствует  импульс  отрицательной полярности –А.

Генератор вырабатывает синусоидальное несущее колебание sin(2πft+π/4). Фазосдвигатель ФС предназначен для получения косинусоидального несущего колебания cos(2πft+π/4), которое подается на второй перемножитель.

Для наблюдения  процессов формирования  BPSK сигнала используется двух лучевой виртуальный осциллограф.

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать работу QPSK модулятора при передаче цифровых сигналов.

2.                Изучить процессы формирования QPSK сигнала в различных функциональных узлах модулятора.

 

Методические  указания

 

Включить компьютер, загрузите программу.

В блоке «Осциллограф» установить усиление в каналах №1 и №2 равным 2В/дел. Развертку сигнала установить 0,2мс/дел.

По задание преподавателя в блоке «Источник сигналов» сформировать цифровое сообщение, состоящее из 6 битов. Подключить канал №1 осциллографа к контрольной точке №1 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового сообщения, подаваемое на вход модулятора. Определить длительность цифрового импульса.

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №2 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе линейного кодера.

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №3 схемы. Наблюдать и зарисовать осциллограмму нечетнойподпоследовательностиb2i-1.

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №4 схемы. Наблюдать и зарисовать осциллограмму четнойподпоследовательностиb2i.

Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №5 схемы модулятора убедиться в задержке на время Тс битов нечетной подпоследовательностиb2i-1 и зарисовать осциллограмму.

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №6 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму на выходе расширителя импульсов в синфазной ветви модулятора (I-канал).

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №7 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму на выходе расширителя импульсов в квадратурной ветви модулятора (Q-канал).

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №8 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе генератора. Определить частоту высокочастотного колебания.

Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №9 схемы модулятора убедиться в сдвиге фазы модулируемого высокочастотного колебания. Зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе фазосдвигателя.

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №10 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала на выходе перемножителя  в синфазной ветви модулятора (I-канал).

Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №11 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала на выходе перемножителя  в квадратурной ветви модулятора (Q-канал).

         Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №12 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму QPSK сигнала на выходе сумматора.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему модулятора.

3.                Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4.                Анализ полученных результатов и выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1.Каким недостатком обладает BPSK сигнал при манипуляции прямоугольными импульсами в отношении частотного ресурса?

2. Как можно улучшить спектральную эффективность 

3. В чем сущность квадратурной фазовой модуляции-QPSK?

4. Приведите математическое выражение QPSK сигнала.

5. Нарисуйте временную диаграмму QPSK сигнала и объясните его.

6. Нарисуйте векторную диаграмму QPSK сигнала и объясните его.

7. Нарисуйте сигнальное созвездие QPSK сигнала и объясните его.

8. Нарисуйте структурную схему QPSK модулятора. Объясните принцип работы модулятора и назначение его отдельных функциональных узлов.

9. В каких системах связи используется QPSK модуляция?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА18

 

Формирование SQPSK сигналов

 

Цель работы: Ознакомление со структурной схемой SQPSK-модулятор. Изучение процессов формирования сигналов функциональными узлами SQPSK-модулятора.

 

Описание виртуальной лабораторной установки

 

В работе используются виртуальные блоки  "Источник цифрового сообщения";  "SQPSK-модулятор; "Осциллограф".

В квадратурной фазовой модуляции QPSK потоки четных и нечетных импульсов передаются со скоростью 1/(2T) бит/с, причем они синхронизированы так, что их переходы совпадают.При стандартной QPSK из-за синхронизации dl(t) и dQ(t) за промежуток фаза несущей может изменяться только раз. В зависимости от значений dl(t) и dQ(t) в лю­бом промежутке 2Т,фаза несущей на этом промежутке может принимать одно из четырех значений.  В течение следующего интервала 2Т фаза несущей остается такой же, если ни один из потоков не меняет знака. Если только один из потоков импульсов изменит знак, происходит сдвиг фазы на ±90°. Изменение знака у обоих потоков приводит к сдвигу фазы на 180°. Такие скачки фазы, имеющие место и при обыкновенной двухфазной модуляции, вызывают паразитную амплитудную модуляцию огибающей QPSK сигнала. Если сигнал, модулированный QPSK, подвергается фильтрации для уменьшения побочных максимумов спектра, результирующий сигнал больше не будет иметь постоянной огибающей и, фактически, случайный фазовый сдвиг на 180° вызовет моментальное обращение огибающей в нуль. Такие изменения сигнала нежелательны, поскольку приводят к увеличению энергии боковых полос и помех в канале связи.

Для того чтобы избежать этого нежелательного явления, прибегают к так называемой квадратурной фазовой модуляции со сдвигом SQPSK (Staggered QPSK). Этот способ формирования сигнала практически полностью аналогичен квадратурному способу формирования QPSK сигнала, однако с той лишь разницей, что подпоследовательность в квадратурной ветви (в Q-канале) сдвигается во времени (задерживается) на время Tc или, что эквивалентно, на половину длительности канального символа.

Математическое выражение для квадратурной фазовой модуляции со сдвигом SQPSK имеет вид:

,                  (18.1.)

где I -значение бита нечетной последовательности;

Q - значение бита нечетной последовательности.

Кодирующие сигналы dI и dQ могут принимать значения +1 и –1; учитывая, что dI=cosφ+sinφ;   dQ=cosφ-sinφ, получим соотношение между сдвигом фазы и кодирующими сигналами, приведенное в таблице 18.1.

Таблица 18.1.. Соответствия между входными дибитами и фазами SQPSK модулированного сигнала.

 

Таблица 18.1.

 

Фаза сигнала

dI

dQ

Входной дибит

+1

+1

00

90°

+1

-1

01

180°

-1

-1

11

270°

-1

+1

10

 

Для реализации этого способа достаточно незначительно модифицировать структурную схему QPSK сигнала из него необходимо удалить элемент задержки на время Tc в синфазной ветви.

При таком изменении квадратурная подпоследовательность канальных символов окажется задержанной на время Tc относительно синфазной подпоследовательности (рис.8).

Описание: 4545

Рис.18.1. Структурная схема устройства формирования QPSK сигнала

 

 
 

 


При модуляции SQPSK потоки импульсов dl(t) и dQ(t) разнесены и, следовательно, не могут одновременно изменить состояние. Несущая не может изменять фазу на 180°, поскольку за один раз переход может сделать только один из компонентов. В результате скачки фазы на 180° отсутствуют, поскольку каждый элемент последовательности, поступающий на вход модулятора синфазного или квадратурного канала, может вызвать изменение фазы на 0°, 90° или 270° (–90°).  На вход ЛК- линейного кодера поступают информационные биты, которые преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью Tc. Эта последовательность в демультиплексоре (ДМ) разбивается на две подпоследовательности импульсов с нечетными и четными номерами, которые направляются в синфазную и квадратурную ветви соответственно.

Далее длительность импульсов каждой подпоследовательности с помощью расширителей импульсов (РИ) увеличивается до значения 2Tc, после чего осуществляется перенос на частоту f0 в каждой ветви с использование перемножителей.

Сложение результатов перемножений завершает процесс формирования QPSK радиосигнала. В блоке «Источник цифрового сообщения» формируется 8 разрядное цифровое сообщение bi, которое представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудамиА и 0. Информационной единице цифрового сообщения соответствует положительное значение амплитуды импульсаА; информационному нулю  соответствует амплитуда импульса 0.

Линейный кодер преобразует информационное сообщение bi в цифровой модулирующий сигнал wk(t), который является полярным  NRZ-сигналом.

Полярный  NRZ-сигнал представляет собой последовательность прямоугольных  импульсов с амплитудами и –А. Информационной единице   соответствует   импульс   положительной  полярности ; информационному  нулю  соответствует  импульс  отрицательной полярности –А. Генератор вырабатывает синусоидальное несущее колебание sin(2πft+π/4). Фазосдвигатель ФС предназначен для получения косинусоидального несущего колебания cos(2πft+π/4), которое подается на второй перемножитель. Для наблюдения  процессов формирования  SQPSK сигнала используется двух лучевой виртуальный осциллограф.

 

Лабораторное задание

 

1. Исследовать работу SQPSK модулятора при передаче цифровых сигналов.

2.Изучить процессы формирования SQPSK сигнала в различных функциональных узлах модулятора.

 

Методические  указания

 

1.                Включить компьютер, загрузите программу.

2.                В блоке «Осциллограф» установить усиление в каналах №1 и №2 равным 2В/дел. Развертку сигнала установить 0,2мс/дел.

3.                По задание преподавателя в блоке «Источник сигналов» сформировать цифровое сообщение, состоящее из 6 битов. Подключить канал №1 осциллографа к контрольной точке №1 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового сообщения, подаваемое на вход модулятора. Определить длительность цифрового импульса.

4.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №2 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму цифрового модулирующего сигнала на выходе линейного кодера.

5.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №3 схемы. Наблюдать и зарисовать осциллограмму нечетной подпоследовательности b2i-1.

6.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №4 схемы. Наблюдать и зарисовать осциллограмму четной подпоследовательности b2i.

7.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №5 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму на выходе расширителя импульсов в синфазной ветви модулятора (I-канал).

8.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №6 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму на выходе расширителя импульсов в квадратурной ветви модулятора (Q-канал).

9.                Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №7 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе генератора. Определить частоту высокочастотного колебания.

10.           Подключив канал №2 осциллографа к контрольной точке №8 схемы модулятора убедиться в сдвиге фазы модулируемого высокочастотного колебания. Зарисовать осциллограмму модулируемого высокочастотного колебания на выходе фазосдвигателя.

11.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №9 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала на выходе перемножителя  в синфазной ветви модулятора (I-канал).

12.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №10 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала на выходе перемножителя  в квадратурной ветви модулятора (Q-канал).

13.           Подключить канал №2 осциллографа к контрольной точке №11 схемы модулятора. Наблюдать и зарисовать осциллограмму SQPSK сигнала на выходе сумматора.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                Название и цель работы.

2.                Структурную схему модулятора.

3.                Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4.                Анализ полученных результатов и выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1.                Каким недостатком обладает QPSK сигнал? Как можно избежать данный недостаток?

2.                В чем сущность квадратурной фазовой модуляции со сдвигом-SQPSK?

3.                Приведите математическое выражение SQPSK сигнала.

4.                Нарисуйте временную диаграмму SQPSK сигнала и объясните его.

5.                Нарисуйте векторную диаграмму SQPSK сигнала и объясните его.

6.                Нарисуйте сигнальное созвездие SQPSK сигнала и объясните его.

7.                Нарисуйте структурную схему SQPSK модулятора. Объясните принцип работы модулятора и назначение его отдельных функциональных узлов.

8.                В каких системах связи используется SQPSK модуляция?

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1.     A.A.Abduazizov, M.M.Muhitdinov, Ya.T.Yusupov. Radiotexnik zanjirlar va signallar. – T., Shams ASA, 2012.

2.     А.Абдуазизов. Электр алоқа назарияси. (Дарслик). – Т.: “Фан ва техника”, 2011.

3.     Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебное пособие. - М., Высшая школа, 2005.

4.     Кловский Д.Д., Назаров М.В., Зюко А.Г. Теория электрической связи. — М., Радио и связь, 1998.

5.     Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н. Теоретические основы радиотехники. -М., Высшая школа, 2002.

6.     Радиотехнические цепи и сигналы: учебное пособие для вузов. Васильев Д.В., Виголь М.Р., Горшенков Ю.Н. и др. под ред. Самойло К.А. - М., Радио и связь, 1982.

7.     Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. -М., Высшая школа, 1999.

8.     Яковлев А.Н. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Высшая школа,

9.     Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Радио и связь, 1998.

10.  Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Радио и связь, 1998.

11.  Каганов В.И. Радиотехника+компьютер MATLAB. - М., Горячая линия-Теле ком, 2001.

12.  Ю.Зиновьев A.JL, Филлипов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей. Учебное пособие для вузов. -М., Высшая школа, 1975.

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Предисловие.............................................................................................................2

3.4.         

Лабораторная работа №1 Исследование амплитудного модулятора................3

3.5.         

Лабораторная работа № 2 Детектирование амплитудно-модулированных колебаний.................................................................................................................9

3.6.         

Лабораторная работа № 3 Исследование частотного модулятора и  частотного детектора............................................................................................11

3.7.         

Лабораторная работа № 4 Исследование синхронного детектора..................15

3.8.         

Лабораторная работа № 5 Исследование однополосной и балансной модуляция...............................................................................................................18

3.9.         

Лабораторная работа № 6 Исследование сигналов дискретной модуляции.22

3.10.    

Лабораторная работа №7 Дискретизация непрерывных сигналов..................24

3.11.    

Лабораторная работа № 8 Импульсно-кодовая модуляция..............................27

3.12.    

Лабораторная работа № 9  Исследование оптимального когерентного демодулятора.........................................................................................................29

3.13.    

Лабораторная работа № 10 Исследование оптимального корреляционного демодулятора двоичных сигналов.......................................................................31

3.14.    

Лабораторная работа № 11 Исследование оптимального корреляционного демодулятора двоичных АМ сигналов................................................................34

3.15.    

Лабораторная работа № 12 Исследование оптимального корреляционного демодулятора двоичных ЧМ сигналов................................................................36

3.16.    

Лабораторная работа № 13 Исследование оптимального корреляционного демодулятора двоичных ФМ сигналов...............................................................38

3.17.    

Лабораторная работа № 14 Формирование FSK сигналов................................41

3.18.    

Лабораторная работа № 15 Формирование MSK сигналов..............................44

 

Лабораторная работа № 16 Формирование BPSK сигналов.............................48

3.19.    

Лабораторная работа № 17 Формирование QPSK сигналов.............................51

3.20.    

Лабораторная работа № 18 Формирование SQPSK сигналов..........................55

3.21.    

Список  литературы..............................................................................................62

3.22.    

 

Методическое указание

к выполнению виртуальных

лабораторных работ по курсу

«Основы электросвязи»

 

 

Рассмотрено на заседании кафедры

Э и РТ (протокол №_____________)

и рекомендовано к печати

 

ТУИТ учебно-методический совет

(протокол №_____________)

и рекомендовано к печати

 

 

Составили:

Абдуазизов А.А.

Фазилжанов И.Р.

Шоюсупова Х.Х.

Собирова У.Ш.

Ядгарова Н.А.

Мамажонов Ж.И.

 

 

 

Редакционно-корректурная комиссия:

 

Редактор_______________ Абдуазизов А.А.

Корректор_______________Абдуллаева С.Х.