Рисунок 13. Блок-схема стенда для исследования передачи аналоговых сигналов через канал без/с помех (-ами).
Передача аналоговых сигналов через канал без помех:
Рисунок 14. Сигналы на входе АЦП (снизу) и выходе АЦП (сверху) при разрядности АЦП=3.
Передача аналоговых сигналов через канал с помехами:
Рисунок 15. Сигналы на входе АЦП (снизу) и выходе ЦАП (сверху) при использовании генератора шума и ФМ.
Рисунок 16. Сигналы на входе АЦП (снизу) и выходе ЦАП (сверху) при использовании генератора шума и ОФМ.
Рисунок 17. Сигналы на входе АЦП (снизу) и выходе ЦАП (сверху) при использовании генератора шума и ЧМ.
Рисунок 18. Сигналы на входе АЦП (снизу) и выходе ЦАП (сверху) при использовании генератора шума и АМ.
Вывод: В ходе лабораторной работы изучена цифровая система связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Рассмотрены основные виды модуляции: АМ, ЧМ, ФМ и ОФМ. Выяснено, что лучший вид модуляции по отношению к помехоустойчивости – ФМ и ОФМ. Чуть хуже ЧМ. И наихудший – АМ. Также в лабораторной работе изучены АЦП и ЦАП. Сравнены сигналы на выходе ЦАП и на входе АЦП при различных видах модуляции, при различной разрядности и частоте дискретизации АЦП.
Контрольные вопросы
1. Перечислите блоки цифровой системы связи для передачи
v дискретных сигналов;
v аналоговых сигналов.
ОТВЕТ:
Блоки цифровой системы связи для передачи дискретных сигналов:
Ø МОДУЛЯТОР – осуществляет одну из выбранных видов модуляций: АМ, ЧМ, ФМ, ОФМ.
Ø КАНАЛ СВЯЗИ – имитирует реальный канал связи для сигнала. Имеет вход для подключения сигнала шума. Уровень и вид шума генерируется отдельным блоком.
Ø ИСТОЧНИКИ – блок генерации различных сигналов. Имеет генератор шума.
Ø ДЕМОДУЛЯТОР – осуществляет одну из выбранных видов демодуляций: АМ, ЧМ, ФМ, ОФМ.
Блоки цифровой системы связи для передачи аналоговых сигналов:
Ø ИСТОЧНИКИ – блок генерации различных сигналов. Имеет генератор шума.
Ø АЦП – аналогово-цифровой преобразователь. Число уровней квантования и частота дискретизации задается.
Ø МОДУЛЯТОР - осуществляет одну из выбранных видов модуляций: АМ, ЧМ, ФМ, ОФМ.
Ø КАНАЛ СВЯЗИ – имитирует реальный канал связи для сигнала. Имеет вход для подключения сигнала шума. Уровень и вид шума генерируется отдельным блоком.
Ø ДЕМОДУЛЯТОР – осуществляет одну из выбранных видов демодуляций: АМ, ЧМ, ФМ, ОФМ.
Ø ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.
2. Каково назначение модулятора и демодулятора в цифровой системе связи?
ОТВЕТ:
Сама модуляция предназначена для преобразования сигнала в вид, удобный для передачи (возможность передачи сигнала, а также лучшая помехозащищенность). Функцию преобразования в такой вид осуществляет модулятор. Демодулятор же осуществляет обратное преобразование сигналя для последующего его использования (возвращает исходный сигнал).
3. Какова причина ошибок в работе системы связи?
ОТВЕТ:
Ошибки при работе системы связи возникают вследствие действия помех и влияния их на переданный сигнал. Помехами могут являться различные шумы, а также соканальные помехи. Виды шумов различны: аддитивные (характеризуется равномерной спектральной плотностью, нормально распределённым значением амплитуды и аддитивным способом воздействия на сигнал. Наиболее распространённый вид шума, используемый для расчёта и моделирования систем радиосвязи. Термин «аддитивный» означает, что данный вид шума суммируется с полезным сигналом), мультипликативные (противоположный аддитивному, можно указать мультипликативный шум — шум, перемножающийся с сигналом), импульсные (непостоянный шум, состоящий из одного или ряда звуковых сигналов (импульсов), уровни звука которого (которых), измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках "импульс и "медленно" шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой на 7 дБА и более), флуактационные (вид помех, которые присутствуют практически во всех реальных каналах связи и представляют собой случайный процесс с нормальным распределением. Основным источником флуктуационного шума является беспорядочное тепловое движение электронов в проводнике, вызывающее случайную разность потенциалов на его концах).
4. Какие блоки "ответственны" за возникновение ошибок в системе связи?
ОТВЕТ:
Ошибки можно наблюдать на индикаторе ошибок в сменном блоке или на табло ПРИНЯТО.
5. Какие возможности борьбы с помехами Вам известны?
ОТВЕТ:
Для борьбы с помехами используют:
Ø Разнесение сигналов по частоте.
Ø Разнесение сигналов по времени.
Ø Разнесение сигналов по поляризации.
Ø Использование остронаправленных антенн с малыми боковыми и задними излучениями.
6. В чем состоит идея преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот?
ОТВЕТ:
Принцип работы АЦП следующий. На вход устройства подается непрерывный аналоговый сигнал, а на выходе через определенные промежутки времени снимаются численные значения его уровня (амплитуды). Во время прохождения аналогового сигнала через АЦП происходят два процесса – дискретизация во времени и квантование по уровню (квантование значений амплитуды). Дискретизация сигнала во времени заключается в измерении значений амплитуды аналогового сигнала через определенные промежутки времени, называемые шагом дискретизации . Чем выбранный шаг меньше, тем, соответственно, чаще замеряются значения амплитуды. Количество осуществляемых замеров амплитуды в одну секунду называют частотой дискретизации (или частотой выборки ) сигнала (рис. 18).
Рисунок 18. Пояснительный рисунок.
Квантование измеренных значений амплитуды сигнала представляет собой процесс замены этих значений приближенными с определенной точностью (рис. 19). Необходимость производимых округлений вызвана невозможностью записывать с бесконечной точностью реальные значения амплитуды сигнала (это потребовало бы бесконечно большой объем памяти). Точность осуществляемого округления зависит от выбранного количества уровней квантования: чем больше уровней квантования, тем на меньшую величину приходится округлять измеренные значения амплитуды, и, таким образом, тем меньше получаемая погрешность.
Рисунок 19 – Пояснительный рисунок.
Чтобы воспроизвести (проиграть) цифровой сигнал, необходимо теперь преобразовать его обратно в аналоговую форму. Цифро-аналоговым преобразованием занимается специальное устройство – ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Процесс такого преобразования представляет собой обратный процесс дискретизации: по имеющейся цифровой информации путем интерполирования (восстановления значений сигнала между отсчетами на основе известных значений самих отсчетов) «строится» аналоговый сигнал. Именно на этом этапе (то есть на этапе восстановления) и выясняется важность параметров оцифровки сигнала. Если в ходе аналогово-цифрового преобразования частота дискретизации и разрядность квантования были выбраны низкими, то восстанавливаемый ЦАП'ом сигнал вследствие вынужденной грубой интерполяции может значительно отличаться от оригинального аналогового сигнала. Для получения в конечном итоге качественного сигнала на выходе ЦАП нужно брать как можно более высокую разрядность квантования АЦП при минимальном возможном шаге дискретизации. На практике, к сожалению, это невыполнимо в виду ограниченности объемов памяти. С другой стороны, стремясь получить данные как можно меньшего объема и занизив с этой целью параметры оцифровки, можно тем самым легко навредить качеству сигнала. В частности, выбор низкой разрядности квантования ведет к зашумлению сигнала (так называемый «шум дробления»), в то время как выбор низкого значения частоты дискретизации ограничивает верхний порог сохраняемых частот.
