Часть 1. Построение схемы кодирования и декодирования ИКМ

Эксперимент

Теоретические основы

Лабораторная работа №3.

Импульсно-кодовая модуляция и временное разделение канала

В современном мире все большую долю телекоммуникаций занимают беспроводные системы связи. Это радиостанции (АМ и FM), телестанции, сотовые и радиотелефоны, Bluetooth устройства, рации и множество других устройств, не нуждающихся в проводах для передачи данных. При этом все они работают одновременно, разделяя между собой одну среду передачи – свободное пространство (воздух), используя определенные части его частотного спектра.

Это называется частотное разделение канала (ЧРК, FDM). При этом каждая система передачи данных использует определенную несущую и часть спектра по обе стороны от несущей. Пользователь изменяет несущую своим сообщением в пределах выделенного частотного канала (заданным видом модуляции).

Временное разделение канала (ВРК, TDM) – ещё один метод разделения канала между пользователями, характерный для цифровых систем связи. При этом пользователь получает доступ ко всему каналу (или к определенной несущей, если используется в сочетании с ЧРК), но через определенные промежутки времени. Стоит заметить, что промежутки доступа к каналу очень коротки (много меньше секунды) и велика скорость повторений доступа, поэтому пользователь получает практически постоянный доступ к каналу или несущей.

ВРК часто используется в телекоммуникационных системах в сочетании с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ, PCM). ИКМ – способ передачи информации, при котором информационное сообщение преобразуется в электрический сигнал, затем дискретизируется, квантуется и представляется в виде отсчетов, закодированных двоичными числами. Двоичные числа передаются кадрами, содержащими добавочный бит (или биты) для синхронизации с ИКМ декодером. Например, при частоте несущей, равной 100 кГц и 8-битном кадре, частота максимальная частота передачи отсчетов равна 12,5 отсчетов в секунду. Следовательно, согласно теореме Котельникова максимальная частота передаваемого сообщения может быть равна 6,25 кГц.

Но если передавать сообщение с максимальной частотой 3,125 кГц, то достаточно будет декодировать только каждый второй кадр. Следовательно, неиспользуемые кадры можно заполнить ещё одним сообщением с такой же частотой. Это и есть принцип временного разделения канала.

1. Запустите NI ELVIS II Function Generator VI и настройте его:

- Waveshape Sine

- Frequency 3kHZ

- Amplitude 4V_pp

- DC Offset 0V

2. Найдите модуль Tuneable Low-pass Filter и установите регулятор Gain в максимальное положение. Затем регулятор Cut-off Frequency Adjust тоже установите в максимальное положение. Как только вы выполните все эти операции, частота среза данного фильтра будет установлена равной 15кГц.

3. Переключите регулятор Mode модуля PCM Encoder в положение PCM.

4. Соберите схему, показанную на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1.

Блок-схема представлена на рисунке 2. Генератор сигналов моделирует информационное сообщение с частотой 3кГц. Модуль PCM Encoder преобразует это сообщение в цифровой ИКМ сигнал. PCM Decoder декодирует цифровой сигнал и представляет его в виде квантованных отсчетов информационного сообщения. Модуль Tuneable Low-pass Filter восстанавливает сообщение по его отсчетам.

Рисунок 3.2.

5. Запустите осциллограф NI ELVIS II Oscilloscope VI. Настройте его:

- Trigger type Edge

- Trigger Source CH 0

6. Активируйте оба канала осциллографа, чтобы одновременно следить за информационным и восстановленным сообщением. Сейчас восстановленная копия сообщения должна быть искажена помехами, из-за высокой частоты среза ФНЧ – 15кГц.

Часть 2. Временное разделение канала

1. Медленно уменьшая частоту среза фильтра (Cut-off frequency) избавьтесь от искажений сигнала (не учитывая фазовый сдвиг).

2. Установите переключатель Mode модуля PCM Encoder в положение TDM. Это изменит режим работы ИКМ декодера в двухканальный. Теперь только каждый второй кадр выходного сигнала соответствует сигналу на входе INPUT1, а остальные – сигналу на входе INPUT2.

Как только вы выполните предыдущий пункт, сигнал на выходе вновь станет искаженным. Чтобы разобраться, почему это происходит, давайте рассмотрим процесс в частотной области.

3. Верните частоту среза фильтра 15кГц. Переключатель Mode в положение PCM.

4. Остановите осциллограф и запустите NI ELVIS II Dynamic Signal Analyzer VI. Настройте его:

Input Settings:

- Source Channel Scope CH1; Voltage Range ±10V

FFT Settings:

- Frequency Span 20000; Resolution 400; Window 7 Term B-Harris

Averaging:

- Mode RMS; Weighting Exponential; # of averages 3

Trigger Settings:

- Type Edge

Frequency Display:

- Units dB; Mode RMS; Scale Auto.

5. Определите частоту составляющей сигнала, которая вносит искажения в информационное сообщение.

6. Переключите MODE в положение TDM. Какова частота составляющей вносящей искажения?

7. Закройте Signal Analyzer VI, перезапустите осциллограф. Регулируя частоту среза, попытайтесь избавиться от искажений информационного сообщения. Объясните, почему это невозможно сделать.

Дата добавления: 2015-06-04