Лабораторная работа №1 Исследование амплитудной модуляции

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Nbsp; Кафедра автоматической электросвязи

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов очной формы обучения специальности 5В0704 - Вычислительная техника и программное обеспечение)

Алматы 2010

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра автоматической электросвязи

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно – методической работе

____________Э. А. Сериков

«____» ____________2010г

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ для

студентов специальности

5В0704 – Вычислительная техника и програмное обеспечение

СОГЛАСОВАНО Начальник УМО _______________М.А.Мустафин «___» __________2010 г. Редактор _____________ Т. Л Сластихина «___» _________ 2010 г Специалист по стандартизации _____________А.Н. Нысанбаева «___» ________ 2010г

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры________________ Протокол №____от Зав.кафедрой АЭС _________________ К.С. Чежимбаева «___» _________ 2010 г. Составители: __________________ К.С. Чежимбаева __________________А.Д.Мухамеджанова __________________И.Б Кожабаева

Алматы 2010

СОСТАВИТЕЛИ: ,К.С.Чежимбаева, А.Д.Мухамеджанова И.Б Кожабаева Теория информации. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов очной формы обучения специальности 5В0704 - Вычислительная техника и программное обеспечение.

- Алматы: АИЭС, 2008.- 58 с.

Методические указания содержат требования по оформлению и проведению лабораторных работ. В них приводятся описания каждой лабораторной работы, контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Все лабораторные работы составлены с проведениями и обработками опытных данных с применением пакета моделирования «System View.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В0704 - Вычислительная техника и программное обеспечение.

Ил.-33, табл.2, библиогр.- 25 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Г.С. Казиева

Печатается по дополнительному плану издания НАО Алматинский институт энергетики и связи на 2008 г.

ã НАО Алматинский институт энергетики и связи, 2009г.

Введение

Данные методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теория информации» включают материалы по четырем основным разделам курса и базируются на моделировании устройств с помощью пакета моделирования телекоммуникационных систем «SystemView».

Программа «SystemView» весьма полезна именно в том плане, что она позволяет представить системы связи, цифровую обработку сигналов (ЦОС) и средства их анализа в интуитивно понятном для практического применения виде.

Пакет «SystemView» представляет собой мощную интегрированную среду проектирования с почти неограниченными возможностями:

- построения моделей широкополосных систем связи, использующих сложные цифровые сигналы;

- анализа их поведения в различной помеховой и шумовой обстановке;

- отработки алгоритмов работы цифровых адаптивных фильтров.

Пользовательский интерфейс программы прост в обращении и интуитивен. Основу пакета составляет базовый модуль, к которому подключаются различные специализированные библиотеки, обеспечивающие проектировщиков моделями почти всех необходимых функциональных блоков.

На рисунке 1 показано окно моделирования «SystemView». Основными элементами окна проектирования являются панель инструментов, строка состояния и панель моделей.

Строка меню имеет выпадающие меню, показывающее основные функции: File (Файл), Edit (Правка), View (Вид), Preferences (Свойства), NotePads (Блокноты), Connections (Соединения), Compiler (Компилятор), System (Система), Tokens (Модели), Tools (Инструменты) и Help (Справка).

Панель инструментов состоит из кнопок, которые выполняют следующие функции:

- управление над моделями или группами моделей в окне проектирования;

- пуск и остановка моделирования;

- обеспечение доступа к окну анализа и другим сервисным функциям.

Панель библиотек используется для выполнения различных действий с моделями или группой моделей. Для перемещения выбранной модели необходимо:

- дважды быстро нажать мышкой на нужную кнопку;

- либо нажав мышкой и, удерживая ее в нажатом состоянии, переместить курсор с выделенной моделью на рабочее поле окна проектирования.

Для каждой кнопки панели инструментов и панели библиотек доступна краткая информация. Чтобы увидеть информацию, необходимо подвести указатель к нужной кнопке, после чего в выпадающем окне появится информация о соответствующей кнопке.

Рисунок 1 - Окно моделирования «SystemView»

Все схемы, используемые в лабораторных работах, по умолчанию установлены в каталоге

C:\ДПВ\

Для того, чтобы запустить процесс моделирования, необходимо создать новый проект, объединяя определенные модели, либо открыть уже существующий проект. Для открытия существующего проекта необходимо щелкнуть по меню “File“ (Файл) и выбрать строку “Open Existing System“ (Открыть существующий проект). На экране должна появиться схема выбранного устройства или системы.

Для запуска процесса моделирования необходимо нажать в панели инструментов на кнопку Run (Пуск). В ходе моделирования в левом нижнем углу строки состояния появляется перемещающаяся полоса, которая показывает, на каком этапе находится процесс моделирования.

Результаты моделирования отображаются в окне анализа. Для перехода в окно анализа необходимо нажать кнопку Analysis Window (Окно анализа) на панели инструментов.

Окно Analysis Window (Окно анализа) является основным инструментом для исследования и анализа полученных данных. В «SystemView» имеется большое количество различных функций, позволяющих выполнить подробное изучение исследуемой системы. Окно анализа показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Окно анализа «SystemView»

Одной из особенностей Окна анализа является возможность простого изменения (увеличения) любого графика. Для рассмотрения какой-либо области достаточно выделить с помощью мыши требуемую область. Это свойство очень полезно для исследования отдельных деталей исследуемого процесса. Для возврата изображения в исходное состояние достаточно нажать кнопку Reset Scale на инструментальной панели или, вызвав контекстное меню правой кнопкой мыши, выбрать операцию Rescale. При этом графическое изображение будет возращено в исходное состояние.

Управление режимом отображения координат осуществляется с помощью кнопок LogY и LogX. При этом одна из осей координат графика или обе оси отображаются в логарифмическом масштабе.

Размещение окон можно менять с помощью кнопок Tile Vertical (Разместить вертикально), Tile Horizontal (Разместить горизонтально) и Tile cascade (Разместить каскадом).

Имеется возможность экспорта графических изображений в виде метафайлов или точечных рисунков в другие приложения Windows.

Для анализа результатов «SystemView» имеет мощный встроенный калькулятор. Вызов калькулятора осуществляется с помощью кнопки Sink Calculator, размещенной в правой нижней части Окна анализа.

Более подробные сведения о пакете моделирования телекоммуникационных систем «SystemView» можно почерпнуть из [1].

Общие сведения

1 Задание на выполнение соответствующей лабораторной работы студенты получают на предыдущем занятии.

2 Студенты самостоятельно (или на консультации) готовятся по вопросам, указанным в описании лабораторных работ.

3 На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности.

4 Перед выполнением экспериментальной части студенты отвечают на вопросы, отчитываются за допуск к работе.

5 При невыполнении предыдущей работы без уважительной причины студент к выполнению последующей не допускается.

6 Отчет по лабораторной работе должен быть индивидуальным и защищается каждым студентом в отдельности.

7 Отчет должен содержать:

а) титульный лист;

б) название и номер работы;

в) цель работы;

г) рабочее задание;

д) схемы исследований;

е) экранные изображения сигналов и их спектры;

к) необходимые теоретические выкладки;

л) анализ полученных результатов;

м) выводы по работе.

Лабораторная работа №1 Исследование амплитудной модуляции

1.1 Цель работы:

исследование амплитудной модуляции.

1.2 Предварительная подготовка

Изучить методы амплитудной модуляции с ДБП

При создании систем передачи информации в большинстве случаев оказывается, что спектр исходного сигнала, подлежащего передаче, сосредо-точен отнюдь не на тех частотах,которые эффективно пропускает имеющийся канал связи. Кроме того, очень часто необходимо в одном и том же канале связи передавать несколько сигналов одновременно. Одним из способов решения этой задачи является использование частотного разделения каналов, связи при котором разные сигналы занимают непере-крывающиеся полосы частот.

Далее, во многих случаях требуется, чтобы передаваемый сигнал был узкополосным. Это означает, что эффективная ширина спектра намного меньше его центральной частоты:

Δf << f₀

Перечисленные причины приводят к необходимости такой трансфор-мации исходного сигнала, чтобы требования, предъявляемые к занимаемой сигналом полосе частот, были выполнены, а сам исходный сигнал можно было восстановить. Решение указанной проблемы достигается при использовании модуляции (modulation), сущность которой заключается в следующем. Формируется некоторое колебание (чаще всего гармоническое), называемое несущим колебанием или пpocтo несущей (carrier), и какой-либо из параметров этого колебания изменяется во времени пропорционально исходному сигналу. Исходный сигнал называют модулирующим (modulating signal), а результирующее колебание с изменяющимися во времени параметрами — модулированным сигналом (modulated signal).Обратный процесс—выделение модулирующего сигнала из модулированного колебания — называется демодуляцией (demodulation). Запишем (в очередной раз) гармонический сигнал общего вида:

s(t) = A cos(ω₀t + φ₀).

У данного сигнала есть три параметра: амплитуда А , частота ω₀ и начальная фаза φ₀. Каждый из них можно связать с модулирующим сигналом, получив таким образом три основных вида модуляции: амплитудную, частотную и фазовую.

Как видно из названия, при амплитудной модуляции (AM; английский термин — amplitude modulation, AM) в соответствии с модулирующим сигналом меняется амплитуда несущего колебания:

S_АМ(t) = A(t) cos(ω₀t + φ₀).

Рабочее задание

1.3.1 Исследование схем амплитудной модуляции сДБП

АМ-сигнал – это и есть результат умножения модулирующего сигнала (с добавленной постоянной составляющей) на гармоническое несущее колебание. Спектр огибающей A(t) при амплитудной модуляции сдвигается в область несущей частоты ±ω₀, «раздваиваясь» и уменьшаясь в два раза по уровню. Покажем это на графике, задав какую-нибудь функцию для спектра огибающей S_А(ω) (рис. 1.1):

Рис. 1.1. Спектры огибающей (пунктирная линия) и АМ-сигнала (сплошная линия)

Итак, спектр АМ-сигнала в общем случае содержит несущую частоту (уровень, которой определяется постоянной составляющей огибающей), а также верхнюю и нижнюю боковые полосы.

Из графиков видно, что ширина спектра АМ-сигнала вдвое больше максимальной (граничной) частоты модулирующего сигнала: Dw = 2W_max.

Вычислим значение спектральной функции АМ-сигнала на несущей частоте:

Первое слагаемое результата – как и положено, деленная пополам постоянная составляющая модулирующего сигнала. А вот второе слагаемое представляет собой «хвост» от второй «половинки» спектра, сконцентрированной в области oтрицательных частот, в окрестностях частоты ω₀. Следует иметь в виду, что, поскольку все реальные сигналы имеют конечную длительность (и, следовательно, бесконечно протяженный спектр), данное явление наложения «хвостов» всегда будет иметь место. В большинстве практических ситуаций, однако, несущая частота значительно превышает эффективную граничную частоту спектра огибающей, так что влияние данного эффекта пренебрежимо мало.

Графически проиллюстрируем наложение «хвостов» сдвинутых копий спектра, уменьшив в рассмотренном ранее примере несущую частоту (рис. 1.2):

Рис. 1.2. При недостаточно высокой несущей частоте спектр АМ-сигнала (сплошная линия) может быть существенно несимметричным относительно несущей частоты из-за наложения «хвостов».

1.3.2 Исследование схем амплитудной модуляции с ДБП:

- собрать схему амплитудного модулятора с двумя боковыми полосами (рис. 1.1), установить параметры, снять экранные изображения выходного модулированного сигнала и его спектра;

Таблица 1.1 – Исходные данные

Вариант	Частота f_сигн, кГц	Частота f_мод, кГц	Коэффициент модуляции
1	20	200	0.2
2	30	250	0,4
3	50	500	0,4
4	80	800	0,5
5	100	1000	0,5

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

- собрать схему амплитудного демодулятора с двумя боковыми полосами (рис. 1.3), рассчитать параметры ФНЧ и установить параметры, снять экранные изображения выходного демодулированного сигнала.

1.3.2 Исследование схем балансной амплитудной модуляции

- собрать схему балансного амплитудного модулятора (рисунок 1.5), установить параметры (таблица 1.1), снять экранные изображения выходного модулированного сигнала и его спектра;

- собрать схему балансного амплитудного демодулятора (рис. 1.6), рассчитать параметры ФНЧ и установить параметры, снять экранные изображения выходного демодулированного сигнала;

- изменить частоту синхронного детектирования на 10% и объяснить, полученные результаты.

Рисунок 1.5

Рисунок 1.6

1.3.3 Исследование схем синхронного детектирования

- собрать схему амплитудного демодулятора с синхронным детектором (рисунок 1.7), установить параметры (таблица 1.1), снять экранные изображения выходного демодулированного сигнала;

Рисунок 1.7

- изменить частоту синхронного детектирования на 10% и объяснить, полученные результаты.

1.3.4 Исследование схем амплитудной модуляции с ОБП

Спектры двух боковых полос АМ-сигнала являются зеркальным отражением друг друга, то есть они несут одну и ту же информацию. Поэтому одну из боковых полос можно удалить. Получающаяся модуляция называется однополосной (английский термин – single side band, SSB).

В зависимости от того, какая боковая полоса сохраняется, говорят об однополосной модуляции с использованием верхней или нижней боковой полосы. Формирование однополосного сигнала проще всего пояснить, приведя несколько спектральных графиков (рис. 1.8).

По сути дела, при однополосной модуляции происходит просто сдвиг спектра сигнала в окрестности частоты несущего колебания. В отличие от AM, каждая «половинка» спектра смещается в своем направлении: область положительных частот – к ω₀, а область отрицательных частот – к -ω₀.

Очевидно, что ширина спектра однополосного сигнала равна ширине спектра модулирующего сигнала. Таким образом, спектр однополосного сигнала оказывается в два раза уже, чем при обычной AM.

В отличие от предыдущих случаев, здесь нам удастся простыми средствами выразить связь между модулированным и модулирующим сигналами. Чтобы сделать это, придется воспользоваться преобразованием Гильберта и понятием аналитического сигнала (см. раздел «Комплексная огибающая» главы 1).

Рисунок 1.8 - Однополосная модуляция:

а – спектр модулирующего сигнала,

б – спектр однополосного сигнала с верхней боковой полосой,

в – то же с нижней боковой полосой

Итак, прежде всего мы формируем из модулирующего сигнала аналитический сигнал, имеющий односторонний спектр. Умножение этого сигнала на ехр(jω₀t) вдвигает его односторонний спектр на ω₀ вправо (вверх по частоте), формируя односторонний спектр однополосного сигнала с верхней боковой полосой. Наконец, чтобы перейти от аналитического сигнала обратно к вещественному, нужно взять вещественную часть. Формирование сигнала с нижней боковой полосой описывается аналогично, только умножать аналитический сигнал нужно на ехр(-jω₀t) (тогда его спектр сдвинется влево, в область отрицательных частот, займет положение нижней боковой полосы).

Итак, однополосный сигнал можно представить как сумму двух АМ-сигналов, несущие колебания которых имеют одну и ту же частоту, но сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90°. Амплитудными функциями этих АМ-сигналов являются модулирующий сигнал и его квадратурное дополнение. В зависимости от того, складываются эти два АМ-сигнала или вычитаются (а точнее, какая из двух несущих опережает другую по фазе), формируется однополосный сигнал с верхней или нижней боковой полосой.

1.3.5 Исследование схем амплитудной модуляции с ОБП:

- собрать схему амплитудного модулятора и демодулятора с ОБП (рисунок 1.9), установить параметры (таблица 1.1), снять экранные изображения выходного модулированного сигнала;

- изменить частоту синхронного детектирования на 10% и объяснить полученные результаты;

- ввести в канал связи между модулятором и демодулятором источник гауссовского (нормального) шума. Исследовать влияние помех на искажения сигнала. Снять экранные изображения.

Рисунок 1.9

1.4 Выводы

1.4.1 Измените системное время и запустите систему на выполнение.

1.4.2 Проверьте правильность работы схемы в каждом случае.

1.5 Контрольные вопросы

1.5.1 Назначение АМ.

1.5.2 Определение модуляции.

1.5.3 Для каких целей используется модуляция в системах связи.

1.5.4 В чем сходство и различие понятий: модуляция, манипуляция, дискретная модуляция.

1.5.5 Назначение амплитудного демодулятора.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2396; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!