Работа 25. Исследование сигналов с ФМ и ОФМ

Работа «Исследование сигналов с ФМ и ОФМ» предназначена для изучения свойств ФМ и ОФМ сигналов и способов ихформирования.

Она содержит шесть заданий:

1. Исследование сигналов в разных точках формирователя ФМ сигналов при использовании кода (6, 5).

2. Исследование сигналов в разных точках формирователя ОФМ сигналов при использовании кода (7, 4).

3. Исследование созвездий ОФМ сигналов.

4. Исследование влияния отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ФМ.

5. Исследование влияния отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ОФМ.

6. Исследование влияния ограничения ширины спектра ОФМ игнала на его пикфактор.

 

Задание 1

Зафиксируйте схему модулятора для получения сигналов с фазовой (ФМ) или фазоразностной (ОФМ) модуляцией. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора (в режиме ФМ при использовании кода (6, 5)) в следующем порядке по каналам:

1) на входе модулятора (т. 3),

2) на выходе сумматора (т. 5),

3) на выходе генератора (т. 6),

4) на выходе перемножителя (т. 7).

Обратите внимание на связи сигналов в точках 3, 5 и 7 между собой и сформулируйте правило формирования сигналов с ФМ.

Определите ширину спектров сигналов в точках 3 и 7 по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

При цифровой фазовой модуляции (ЦФМ) для передачи канальных символов «0» и «1» используются отрезки гармонических колебаний, отличающихся начальными фазами на 180°

s₀(t) = Usinω t,

s₁(t) = Usin(ω t + 180°) = –Usinω t = –s₀(t).

Такие сигналы можно получить перемножением двоичного модулирующего сигнала в биполярной кодировке (RS-232) и гармонического несущего колебания, т.е. использованием балансного модулятора.

Спектр ЦФМ сигнала в 2 раза шире спектра модулирующего биполярного сигнала.

 

Задание 2

Установите в модуляторе режим формирования сигналов с фазоразностной (ОФМ) модуляцией. Для этого следует подключить кодопреобразователь, состоящий из логического элемента «Исключающее ИЛИ» («=1») и элемента задержки на такт («Т»). Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора при использовании кода (7, 4) в следующем порядке по каналам:

1) на входе модулятора (т. 3),

2) на выходе кодопреобразователя (т. 4),

3) на выходе сумматора (т. 5),

4) на выходе перемножителя (т. 7).

Обратите внимание на связи сигналов в точках 3, 4 и 7 между собой и сформулируйте правило формирования сигналов с ОФМ.

Комментарии и выводы

При цифровой относительной фазовой модуляции (ЦОФМ) для передачи канальных символов «0» и «1» используются отрезки гармонических колебаний, фазы которых определяются в зависимости от передаваемого канального символа и фазы сигнала предыдущей посылки по правилу:

при передаче «0» фаза сигнала сохраняется (по отношению к сигналу предыдущей посылки),

при передаче «1» фаза сигнала изменяется на 180°.

Сигналы можно записать следующим образом

s₀(t) = s(t – T), s₁(t) = –s(t – T),

где s(t – T) – сигнал предыдущей посылки, Т – длительность посылки (сигнала).

Для получения сигналов с ЦОФМ можно использовать тот же самый балансный модулятор, что и для получения ЦФМ с включением в цепи входа модулирующего двоичного сигнала кодопреобразователя, состоящего из логического элемента «=1» («Исключающее ИЛИ» – сумматор по модулю 2) и элемента задержки сигнала «Т» на время его длительности Т. Кодопреобразователь осуществляет логическое преобразование двоичного модулирующего сигнала b(t) в перекодированный сигнал c(t) по правилу c(t) = b(t) Å c(t – T).

Спектр ЦОФМ сигнала в 2 раза шире спектра модулирующего биполярного сигнала.

Задание 3

Сохраните в модуляторе режим формирования сигналов с ОФМ при использовании кода (7, 4). Замените анализатор спектра вектороскопом (пункт меню «Приборы»). Наблюдайте и зафиксируйте сигнальные созвездия в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на выходе генератора (т. 6),

2) на выходе перемножителя (т. 7),

3) на выходе фазовращателя (Ф = 45°) (т. 14),

4) на выходе фазовращателя (Ф = 90°) (т. 14).

Комментарии и выводы

Для наглядного геометрического представления модулированных сигналов используют сигнальные созвездия, в которых сигналы изображают точками (концами сигнальных векторов).

Расстояние между сигнальной точкой и началом координат (длина сигнального вектора) определяется эффективным значением сигнала

,

где Р_с – мощность сигнала, Е_с – энергия сигнала. Угловое положение сигнальной точки определяется его фазой.

При цифровой фазовой модуляции (ЦФМ и ЦОФМ) сигнальное созвездие содержит две точки, расположенные напротив друг друга на окружности с радиусом R = U_эфф, что обеспечивает наибольшее расстояние между ними и, следовательно, наилучшую различимость сигналов при заданной их мощности (энергии). Такое расположение сигнальных точек сохраняется при любых фазовых сдвигах сигнала в линии связи.

 

Задание 4

Исследуйте влияние отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ФМ. Для этого включите в меню «Параметры СПДС» опции «Показать разбиение пространства сигналов» и «Добавить шум к сигналу». Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и сигнальные созвездия на выходе фазовращателя (т.14) при отсутствии фазового сдвига (Фаза = 0) в следующем порядке по каналам:

1) при отношении сигнал/шум = 10,

2) при отношении сигнал/шум = 5,

3) при отношении сигнал/шум = 3,

4) при отношении сигнал/шум = 1,

Сопоставьте осциллограммы и сигнальные созвездия между собой и сделайте выводы по работе.

Комментарии и выводы

Добавление к сигналу шума в канале приводит к рассеянию сигнальных точек в сигнальном созвездии на входе демодулятора. Степень этого рассеяния возрастает с уменьшением отношения с/ш.

Пока рассеянные сигнальные точки принимаемых сигналов не выходят за пределы подпространств сигналов, отведённых под передаваемые сообщения, приём осуществляется без ошибок. В противном случае наблюдаются ошибки приёма (вместо переданного сообщения «0» демодулятор принимает решение в пользу «1» и наоборот).

 

Задание 5

Исследуйте влияние отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ОФМ. Для этого включите в меню «Параметры СПДС» опции «Показать разбиение пространства сигналов» и «Добавить шум к сигналу». Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и сигнальные созвездия на выходе фазовращателя (т.14) при отсутствии фазового сдвига (Фаза = 0) в следующем порядке по каналам:

1) при отношении сигнал/шум = 10,

2) при отношении сигнал/шум = 5,

3) при отношении сигнал/шум = 3,

4) при отношении сигнал/шум = 1,

Сопоставьте осциллограммы и сигнальные созвездия между собой и сделайте выводы по работе.

Комментарии и выводы

Добавление к сигналу шума в канале приводит к рассеянию сигнальных точек в сигнальном созвездии на входе демодулятора. Степень этого рассеяния возрастает с уменьшением отношения с/ш.

Пока рассеянные сигнальные точки принимаемых сигналов не выходят за пределы подпространств сигналов, отведённых под передаваемые сообщения, приём осуществляется без ошибок. В противном случае наблюдаются ошибки приёма (вместо переданного сообщения «0» демодулятор принимает решение в пользу «1» и наоборот).

При использовании ОФМ имеет место высокая вероятность сдваивания ошибок, т.к. решение о переданном сообщении принимается путем сопоставления принятых решений на двух соседних тактовых интервалах (текущем и предшествующим).

 

Задание 6

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов с ОФМ без шума после их прохождения через полосовой фильтр (ПФ) в зависимости от ширины его полосы пропускания в следующем порядке по каналам:

1) на выходе ПФ при dF = 1/T (15),

2) на выходе ПФ при dF = 2/T (15),

3) на выходе ПФ при dF = 3/T (15),

4) на выходе ПФ при dF = 0.3/T (15).

Оцените по осциллограммам пикфактор (соотношение максимального и минимального значений огибающей сигнала) для каждого случая.

Комментарии и выводы

Ограничение спектров ФМ и ОФМ сигналов при их прохождении через полосовой фильтр приводит к паразитной амплитудной модуляции. Пикфактор (соотношение максимального и минимального значений огибающей сигнала) на выходе ПФ зависит от соотношения ширины его полосы пропускания с шириной спектра входного сигнала. Наибольшие «провалы» огибающей сигнала наблюдаются в моменты скачков его фазы на 180 градусов.

 

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: