Часть 2 – Эффекты ограничения полосы пропускания на форму цифрового сигнала

Вы изучили как полосы пропускания канала может влиять на работу приемника. Теперь давайте посмотрим как она влияет на форму цифрового сигнала на входе приемника.

Важно, что цифровой сигнал, который генерируется как синусоида, речь или музыка не может быть использован в этой часто лабораторной работы, потому что поток данных слишком неравномерен для осциллографа.

35. Закройте Анализатор Спектров.

36. Полностью демонтируйте предыдущую схему соединения.

37. Ручку Gain модуля Регулируемого фильтра нижних частот (TunableLow-passFilter) поверните приблизительно в среднее положение (вполоборота).

38. Cut-offFrequency Adjust модуля Регулируемого ФНЧ (TunableLow-passFilter)поверните по часовой стрелке до упора.

39. Найдите модуль Генератора Последовательности и установите его переключатель в позицию 00.

40. Соедините, как показано на рисунке 7:

Данное соединение может быть представлено блок-схемой (рисунок 8). Генератор Последовательности используется для моделирования цифрового сигнала, а его выход SYNC используется для стабильного изображения на дисплее осциллогафа.

41. Перезапустите виртуальный осциллограф, нажатием RUN.

42. Настройте его следующим образом:

· Trigger Source – TRIGGER

· Timebase – 1ms/div

43. Поворачивая ручку Cut-offFrequencyAdjust на модуле Регулируемого ФНЧ против часовой стрелки, отметьте влияние, оказываемое уменьшением полосы пропускания канала.

Вопрос 5

Какие две происходящие вещи вызывают изменение форму цифрового сигнала? Подсказка: см. раздел Краткой теории.

Очевидное решение проблемы ограничения полосы пропускания канала состоит в использовании среды передачи с достаточно широкой полосой пропускания для цифровых данных. В принципе, это – хорошая идея, которая используется: определенные кабельные конструкции имеют лучшую полосу пропускания, чем другие. Однако, с расширением цифровых технологий, возникает необходимость передачи все большего количества данных по существующим каналам. И чтобы происходило это без замедления, необходимо увеличение скорости передачи. Поэтому данный способ утрачивает тот же эффект, что и сокращение полосы пропускания канала. Демонстрирует это следующая часть лабораторной работы.

44. Поверните ручку Cut-offFrequencyAdjust на модуле Регулируемого ФНЧ противчасовой до упора, чтобы максимально расширить полосу пропускания канала (13кГц).

45. Запустите Функциональный генератор.

46. Настройте его для вывода сигнала частотой 2 кГц.

Примечание: Не столь важно использовать другие элементы управления.

47. Модифицируйте схему соединения:

Примечание: Сигналы на осциллографе не должны измениться.

Данное соединение может быть представлено блок-схемой, изображенной на рисунке 10. Заметьте, что тактовая частота Генератора Последовательности обеспечивается Функциональным Генератором и является переменной.

48. Для увеличения скорости передачи, увеличьте выходную частоту Функционального Генератора с 5000 Гц до 50 кГц.

Подсказка: Вам необходимо настроить Timebase контроль так, чтобы вы могли должным образом видеть цифровые сигналы.

Вопрос6

Какое изменение в вашей системе связи искажается цифровой сигнал так же, как увеличение скорости его передачи?

Часть 3 – Восстановление цифрового сигнала

Как вы уже убедились, ограничение полосы пропускания искажает цифровые сигналы, и цифровые приемники такие как ИКМ декодер имеют проблемы при восстановлении данных. Проблема в том, что ограничение полосы пропускания почти неизбежна и её влияние ухудшается с ростом скорости передачи сигнала.

Для решения этой проблемы, полученный цифровой сигнал должен быть «очищен» или «восстановлен» прежде, чем он декодируется. Компаратор является идеальным устройством данного назначения. Напомним, что компаратор увеличивает разницу между двумя его входными напряжениями. Это всегда производит сильно «ограниченную» или «выровненную» версию любого сигнала переменного тока, связанного с одним входом, если он колеблется выше и ниже постоянного напряжения на другом входе.

Как вы знаете, обычно мы избегаем ограничение сигнала, но в данном случае это очень полезно. Ограниченный (обрезанный) цифровой сигнал соединяется с одним входом компаратора, а изменяемое постоянное напряжение – к другому. Колебания ограниченного сигнала вокруг постоянного напряжения формирует выходной цифровой сигнал на выходе компаратора.

Данная часть лабораторной работы позволит вам восстановить ограниченный полосой пропускания цифровой сигнал с использованием компаратора и пронаблюдать эти недостатки.

49. Передвиньте выключатель Функционального генератора ControlMode так, чтобы он больше не находился в Ручном положении управления (Manual).

50. Запустите виртуальный Регулируемый Источник Питания.

51. Установите его положительный вывод в позицию 0V, нажатием кнопки RESET.

52. Timebase контроль осциллографа установите в позицию 1ms/div.

53. Отсоедините провод от выхода модуля Функционального Генератора и модифицируйте схему соединения следующим образом:

Данное соединение может быть представлено в виде блок-схемы, изображенной на рисунке 12. Компаратор на модуле Utilities используется для восстановления ограниченного полосой пропускания цифрового сигнала.

54. Сравните сигналы.

Вопрос 7

Хотя восстановленный цифровой сигнал выглядит практически идентично первоначальному цифровому сигналу, все же имеются различия. Можете ли вы видеть, что это такое? Подсказка: Если нет, установите Timebase контроль осциллографа в позицию 100 µs/div.

Вопрос 8

Могут ли эти различия не учитываться? Почему?

55. Timebase контроль осциллографа верните в позицию 1ms/div.

56. Увеличьте выходное положительное напряжение Управляемого Источника Питания до 0.2V и исследуйте его влияние.

Вопрос 9

Почему некоторые значения Постоянного напряжения вызывают неправильную работу компаратора?

57. Верните значение выходного положительного напряжения Управляемого Источника питания в позицию 0V.

58. Поворачивая ручку Cut-offFrequencyAdjust на модуле Регулируемого ФНЧ против часовой стрелки, потихоньку уменьшите полосу пропускания канала.

59. Затем начните увеличивать полосу пропускания канала до тех пор, пока выходные данные компаратора не будут выглядеть как первоначальный цифровой сигнал (игнорируя сдвиг по фазе).

60. Сравните восстановленный и ограниченный полосой пропускания цифровые сигналы, модифицируя схему соединения (рисунок 13).

Вопрос 11

Как компаратор восстанавливает ограниченный полосой пропускания цифровой сигнал, когда он столь искажен?

Глазковые (индикаторные) диаграммы

Независимо от того, получены ли цифровые данные от спутника или оптической головки компакт диска, важно иметь возможность проверить и протестировать искажения (характеристики канала) и деградацию (канальный шум). Один из методов выполнения этого – предполагает использование полученного цифрового сигнала для построения Глазковой Диаграммы.

Глазковые диаграммы могут быть легко созданы с помощью автономного осциллографа или виртуального инструмента EyeDiagram при использовании тестируемого оборудования NIELVIS. В обоих случаях, колебания на осциллографе накладываются друг на друга (рисунок 1):

Как видно, пространства между логическими единицей и нулем напоминают «глазную форму» в центре изображения. Важно, что чем больше влияние ограничение полосы пропускания и искажения фазы, тем меньше идеализируются логические уровни и глаза как бы «закрываются». В добавок ко всему, канальный шум появляется как беспорядочные следы поперек центра глаза. Поэтому, если не используется виртуальный EyeDiagram, необходим осциллограф с очень продолжительным послесвечением, чтобы уловить «следы шума», если не используется виртуальный EyeDiagram.

Если позволяет время, вы можете создать Глазковую Диаграмму и исследовать влияние шума и ограничения полосы пропускания на «глаза».

1. Полностью демонтируйте предыдущую схему соединения.

2. Убедитесь что переключатель на модуле Генератора последовательности находится в положение 00.

3. Соедините модули следующим образом:

Данное соединение может быть представлено в виде блок-схемы, изображенной на рисунке 3:

Модуль Генератора Последовательности используется для формирования цифрового сигнала из синхронизирующих импульсов двоичного разряда с выхода функционального генератора. Поэтому скорость передачи данных можно изменять. Сумматор используется для добавления шума к цифровому каналу. Величину шума также можно изменять: от -20 dBдо 0dB. И наконец сигнал подвергается ограничению с помощью Полосового ФНЧ.

4. Передвиньте выключатель Функционального генератора ControlMode так, чтобы он больше не находился в Ручном положении управления (Manual).

5. Запустите виртуальный осциллограф.

6. Настройте его следующим образом:

7. Активируйте вход второго канала осциллографа для исследования импульсной последовательности модуля Генератора Последовательности так же как и цифровые данные на выходе Регулируемого ФНЧ.

Дата добавления: 2015-06-04