DSBSC демодуляция

Лабораторная работа 9

Эксперимент.

1. Соберите и настройте АМ модулятор из лабораторной работы 5:

2. После этого, измените схему, дополнив её демодулятором:

Блок-диаграмма демодулятора выглядит так:

3. Рассмотрев сигнал на выходе выпрямителя, переключите осциллограф на выход ФНЧ и сравните демодулированный сигнал с исходным.

4. Постепенно изменяйте амплитуду исходного колебания (регулятором G), дойдя до максимума. Чтовызываеттакиеискажениядемодулированногосигнала? Почему? Поясните свой ответ.

5. Верните регулятор Gв нужное положение и измените схему:

6. Оденьте наушники и скажите что-нибудь в микрофон. Что вы слышите?

Краткая теория

Лабораторная работа 8 показала как детектор огибающей может быть использован для восстановления первоначального сообщения из АМ сигнала (то есть, демодулировать его). К сожалению, детектор огибающей не способен демодулироватьDSBSC сигнал.

Для того чтобы понять почему, вспомните, что детектор огибающей выдает сигнал, который является копией входной огибающей (при передаче данных). Это хорошо срабатывает для АМ демодуляции, потому что огибающие сигнала одинаковой формы с сообщением. Однако огибающие DSBSC сигнала не одинаковой формы с сообщением.

Вместо этого, DSBSC сигналы демодулируются с использованием так называемого детектора произведения и его блок-схема представлена на рисунке 1 ниже. Другие названия данного типа демодуляции включают синхронный детектор и детектор переключения.

Важно, что формирование DSBSC включает перемножение сообщения с несущей, что производит сумму и разность частот (краткая теория лабораторной работы 6 вкратце описывает формирование DSBSC). В таком случае, данная информация может быть заменена для DSBSC сигнала и уравнение можно переписать:

Выход DSBSC демодулятора = [(несущая + сообщение) + (несущая - сообщение)]*сообщение

Если уравнение решено, мы получаем 4 синусоиды со следующими частотами:

§ Несущая частота + (несущая частота + частота сигнала)

§ Несущая частота + (несущая частота - частота сигнала)

§ Несущая частота - (несущая частота + частота сигнала), которая просто упрощает сообщение

§ Несущая частота - (несущая частота - частота сигнала), которая также упрощает сообщение

(Если вы не уверены, почему эти синусоиды возникают, вспомните, что при перемножении двух чистых синусоид создаются две совершенно новые синусоиды.Одна из них имеет частоту, равную сумме частот первоначальных синусоид, частота другой – разности).

Обратите внимание на то, что два компонента – есть синусоиды с частотой сигнала сообщения. Другими словами, сообщение было восстановлено. Так же как и два сигнала сообщения, находящиеся в одной фазе, синусоиды просто складываются в одно сообщение.

Обратите внимание, что другие компонента – есть синусоиды с частотой, не совпадающей с частотой сигнала. Эти синусоиды нежелательны, и удаляются с помощью ФНЧ.

Экспериментальная часть

В данной лабораторной работе вы будете использовать EmonaDATEx для формирования DSBSC сигнала, реализовывая его математическую модель. Затем вы соберете детектор произведения, также реализовывая его математическую модель.

После этого, вы соедините DSBSC сигнал со входом детектора произведения и сравните выходные данные и первоначальный сигнал. Также вы будете наблюдать эффект искажения DSBSC сигнала из-за перегрузки на выходе детектора произведения.

Наконец, если позволит время, вы будете исследовать влияние несинхронизированных местных несущих колебаний на производительность детектора произведения.

Выполнение лабораторной работы должно занять 1 час.

Порядок выполнения

Часть 1 – Сборка DSBSC модулятора

Для проведения опытов с DSBSC демодуляцией вас необходим DSBSC сигнал. В данной части лабораторной работы вам предлагается создать один.

36. Убедитесь в том, что выключатель на задней панели NIELVIS не горит (выключен).

37. Аккуратно вставьте экспериментальный подключаемый модуль EmonaDATEx в учебную платформу NIELVIS.

38. Установите выключатель способа контроляControlMode на Контроль ПК (PCControl).

39. Убедитесь, что блок NIDataAcquisition выключен.

40. Подсоедините NIELVIS к NIDataAcquisition (DAQ) и подключите к ПК.

41. Включите выключатель питания на задней панели NIELVIS, затем включите выключатель питания макетной платы (PrototypingBoardPower) на передней панели.

42. Включите ПК и дайте ему загрузиться.

43. После завершения процесса загрузки, включите DAQ и следите за оповещением ПК о том, что ПК его распознал.

44. Запустите программное обеспечение NIELVIS.

45. Запустите программное обеспечение Передней панели (SortFrontPanelSFP) и убедитесь в контроле над DATEx платой.

46. Запустите виртуальный осциллограф NIELVIS.

47. Настройте осциллограф по умолчанию, убедившись, что TriggerSource контроль настроен на первый канал (CHA).

48. Соедините, как показано на рисунке 2:

Это соединение может быть представлено блок-схемой, представленной на рисунке 3. Оно генерирует 100 кГц несущую, которая подвергается DSBSC модуляции 2 кГц синусоидой сигнала сообщения.

49. Настройте Timebase контроль осциллографа таким образом, чтобы видеть приблизительно два цикла сигнала с выхода 2 kHzSINE модуля MasterSignal.

50. Активируйте второй канал осциллографа (CHB), чтобы видеть выходной DSBSC сигнал модуля Умножителя так же как и сигнал сообщения.

Примечание: Если выходной сигнал модуля Умножителя не DSBSC сигнал, проверьте соединения проводов.

51. Scale контроль первого канала осциллографа настройте как 1V/div, а второго канала -2V\div.

52. Постройте два графика в масштабе, оставляя место для третьего графика.

Часть 2 – Восстановление сигнала с использованием детектора произведения (productdetector)

53. Найдите модуль Регулируемого ФНЧ на плате DATEx и настройте его, поворачивая ручку Gain примерно в среднее положение (в половину оборота).

54. Полностью поверните ручку Cut-offFrequencyAdjust по часовой стрелке на модуле Регулируемого ФНЧ.

55. Соединение схему, как показано на рисунке 4:

Данное соединение может быть представлено блок-схемой, изображенной на рисунке 5. Модули Умножителя и Регулируемого ФНЧ используются для реализации детектора произведения, который демодулируетDSBSC сигнал.

Вся настройка может быть представлена блок-схемой, изображенной на рисунке 6.

56. Постройте график демодулированногоDSBSC сигнала.

Вопрос 1

Почему вместо амплитудного детектора (детектора огибающих) для восстановления сигнала используется детектор произведения?

Часть 3 – Исследование амплитуды восстановленного сигнала

57. Найдите Усилительный модуль на DATExSFP и поверните ручку Gain примерно на четверть оборота.

58. Отсоедините провод с выхода 2 kHzSINE модуля MasterSignal

59. Используйте усилительный модуль, чтобы изменить установку, как показано на рисунке 7.

Данное соединение может быть представлено блок-схемой, изображенной на рисунке 8.

60. Понемногу увеличивая и уменьшая амплитуду сигнала сообщения (поворачивая ручку Gain на усилительном модуле), наблюдайте демодулированный сигнал.

Вопрос 2

Как связаны между собой амплитуды двух сигналов сообщения?

61. Медленно увеличьте амплитуду сигнала сообщения до максимального значения, пока демодулированный сигнал не начнет искажаться.

Вопрос 3

Каковы, по вашему мнению, причины возникновения данных искажений? Подсказка: если вы не уверены, соедините вход первого канала (CHA) осциллографа с выходом DSBSC модулятора и установите его TriggerSource контроль в положение CHB.

Часть 4 – Передача и восстановление речевого сигнала с использованием DSBSC.

В данной части лабораторной работы вам предстоит модулировать, передать, демодулировать и затем прослушать речевой сигнал.

62. Если вы воспользовались подсказкой на вопрос 3, верните настройки, какими они были до этого.

63. Модифицируйте схему, как показано на рисунке 9:

64. Timebase осциллографа установите в положение 500µs/div.

65. Поверните ручку Gain усилительного модуля до упора против часовой стрелки.

66. Подключите наушники к усилительному модулю в соответствующий разъем.

67. Оденьте наушники.

68. Установите удобный уровень громкости, регулируя его с помощью ручки Gain на усилительном модуле.

69. Пошумите и поговорите в микрофон, наблюдая за дисплеем осциллографа и прослушивая звук в наушниках.

Часть 5 – Синхронизация несущего сигнала

Решающим значением для правильной работы коммуникационной системы DSBSC является синхронизация между несущим сигналом модулятора и локальной несущей детектора произведения. Любые различия в фазе или частоте оказывают неблагоприятные воздействия на производительность системы.

Влияние фазовой ошибки

Напомним, что детектор произведения генерирует две копии сигнала сообщения. Так же напомним, что они находятся в одной фазе друг с другом, и поэтому просто складываются друг с другом для формирования одного «большого сообщения». Однако, если существуют фазовые ошибки между несущими частотами, два сигнала детектора произведения так же имеют фазовую ошибку. Другими словами, два сигнала находятся «вне фазе» друг с другом., т.е. сдвинуты относительно друг друга.

Если фазовая ошибка несущей мала (примерно 10°), два сигнала сообщения все же складываются друг с другом, образуя один «большой» сигнал, но не такой большой, как если бы они совпадали по фазе. С ростом фазовой ошибки, шансы восстановить сигнал сообщения уменьшаются. Если фазовая ошибка превышает 45°, то два сигнала вычитаются. Если фазовая ошибка составляет 90°, два сигнала взаимоуничтожают друг друга.

Следующая часть лабораторной работы позволит вам пронаблюдать влияния фазовой ошибки.

70. Поверните ручку Gain усилительного модуля до упора против часовой стрелки.

71. Верните настройки осциллографа: Timebasecontrol - 100µs/div.

72. Найдите модуль Регулируемого ФНЧ на плате DATEx и установите его PhaseChange контроль и положение 180°.

73. На модуле Фазосдвигателя (PhaseShifter) настройте его PhaseChange, поворачивая ручку примерно в среднее положение (в половину оборота).

74. Соберите схему, как показано на рисунке 10:

Данное соединение может быть представлено блок-схемой, изображенной на рисунке 11. Фазосдвигатель позволяет ввести фазовую ошибку между несущейDSBSC модулятора и местной несущей детектора произведения.

75. Установите удобный уровень громкости для прослушивания 2 kHz звукового сигнала, потихоньку увеличивая усиление усилительного модуля, регулируя его с помощью ручки Gain.

76. Изменяйте положение ручки PhaseAdjust на модуле Фазосдвигателя, при этом наблюдая и проспулшивая влиянии изменения фазы на восстановленное сообщение.

77. Используйте на клавиатуре TAB и клавишу с левой стрелкой, чтобы поворачивать PhaseAdjust против часовой стрелки, пока восстановленное сообщение не станет наименьшим.

Вопрос 4

С учетом размера амплитуды восстановленного сигнала сообщения, какова вероятность фазовой ошибки между двумя несущими колебаниями? Подсказка: Если вы не уверены в своем ответе на данный вопрос (а также следующий), перечитайте раздел «Влияние фазовой ошибки».

78. Проверьте свой ответ на Вопрос 4, соединив вход первого канала осциллографа с выходом модуля MasterSignal 100 kHzSINE, и вход второго канала с выходом модуля Фазовращателя; его Timebasecontrol настройте как 5µs/div.

79. Используйте на клавиатуре TAB и клавишу с левой стрелкой, для регулирования PhaseAdjust, пока два сигнала не будут находиться в одной фазе.

Вопрос 5

С учетом того, что две несущие совпадают по фазе, какой должна быть амплитуда восстановленного сигнала сообщения?

80. Проверьте свой ответ на вопрос 5, подключив вход первого канала осциллографа к выходу 2kHzSINE модуля MasterSignal, и вход второго канала к выходу Регулируемого ФНЧ; его Timebasecontrol верните в положение 100µs/div.

Дата добавления: 2015-06-04