Работа 27. Исследование сигналов с ФМ-16

 

Работа «Исследование сигналов с ФМ-16» предназначена для изучения свойств сигналов с ФМ-16 и способов их формирования.

Она содержит шесть заданий:

1. Исследование сигналов в разных точках формирователя сигналов с ФМ-16.

2. Продолжение исследования сигналов в разных точках формирователя сигналов с ФМ-16.

3. Исследование созвездий и пик-фактора сигналов с ФМ-16.

4. Исследование влияния отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при использовании кода (7, 4) и модуляции ФМ-16.

5. Исследование влияния отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ФМ-16 и при передаче квадбита «0001».

6. Исследование влияния отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ФМ-16 и при передаче квадбита «0101».

 

Задание 1

Зафиксируйте схему модулятора для получения сигналов с ФМ-16 при использовании кода (6, 5).

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на входе модулятора (3),

2) на выходе x(t) регистра-делителя квадбит (4),

3) на выходе у(t) регистра-делителя квадбит (5),

4) на выходе z(t) регистра-делителя квадбит (6).

Обратите внимание на связи этих сигналов между собой и сформулируйте правило формирования сигналов c ФМ-16.

Определите ширину спектров сигналов по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

При использовании 16-кратной фазовой модуляции (ФМ-16) производится одновременная передача четырех битов (квадбитов). Поскольку число различных сочетаний битов в квадбите равно 2⁴ = 16, то для их передачи требуется 16 разных сигналов, в качестве которых используются отрезки гармонических колебаний, отличающиеся между собой начальными фазами φ (φ _k = k·22, 5°, где k = 0, 1, 2, 3, …, 15), создаваемых генератором «Ген».

Для одновременного получения значений x(t), у(t), z(t) и w(t) исходная последовательность битов пропускается через четырехразрядный регистр сдвига с тактовой частотой f_T и переписывается из него в четыре ячейки памяти «x(t)», «у(t)», «z(t)» и «w(t)» с частотой f_T/4 так, что в «x(t)» всегда оказываются первые, в «у(t)» – вторые, в «z(t)» – третьи и в «w(t)» – четвертые биты исходной последовательности квадбитов.

Увеличение длительности сигналов на выходах ячеек памяти в 4 раза приводит к уменьшению ширины их спектра также в 4 раза.

Задание 2

В продолжение задания 1 наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на выходе w(t) регистра-делителя квадбит (7),

2) на выходе генератора (8),

3) на выходе коммутатора фаз (9),

4) на выходе полосового фильтра (ПФ) при dF = 1/T (15).

Определите ширину спектров сигналов по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

Модулирующие двоичные сигналы x(t), у(t), z(t) и w(t) поступают на управляющие (цифровые) входы аналогового 16-канального коммутатора. На 16 аналоговых входов коммутатора поступают гармонические колебания от генератора «Ген» с 16 разными фазами. Сочетание значений управляющих сигналов (битов в квадбите) определяет, какой из 16 аналоговых входных сигналов будет подан на выход (т. 9) коммутатора и окажется на выходе модулятора ФМ-16.

При сохранении скорости поступления битов на вход модулятора ФМ-16 длительность модулированного сигнала в 4 раза больше длительности бита в их исходной последовательности, а ширина спектра равна 0, 5 от ширины спектров модулирующих сигналов, т.е. в четыре раза меньше ширины спектра обычной двукратной ФМ.

Переход от ФМ к ФМ-16 при сохранении ширины спектра модулированного сигнала приводит к увеличению скорости передачи в 4 раза.

Задание 3

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы сигналов и сигнальные созвездия в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на выходе генератора (т. 8),

2) на выходе коммутатора фаз при использовании кода (6, 5)

(т. 9),

3) на выходе коммутатора фаз при использовании кода (7, 4)

(т. 9),

4) на выходе полосового фильтра (ПФ) при dF = 3/T (Ф = 0°)

(т. 15).

Оцените по осциллограммам пикфактор (соотношение максимального и минимального значений огибающей) сигналов на выходе ПФ и измерьте расстояния между сигнальными точками на выходе модулятора (коммутатора фаз т.10) для сравнения другими видами модуляции.

Комментарии и выводы

Сигнальное созвездие ФМ-16 содержит 16 равномерно расположенных на окружности сигнальных точек. Минимальное расстояние между ними d_ФМ-16 = 2sin(π /16) = 0, 39U_ЭФФ, что существенно меньше расстояния между сигналами двукратной ФМ d_ФМ = 2U_ЭФФ. Таким образом, 4-кратный выигрыш в скорости (или частотной эффективности) при переходе от ФМ к ФМ-16 сопровождается энергетическим проигрышем в (2/0, 39)² = 26, 3 раз или 14, 2 дБ.

Ограничение спектра сигналов с ФМ-16 при их прохождении через полосовой фильтр приводит к паразитной амплитудной и фазовой модуляции.

 

Задание 4

Исследуйте влияние отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при использовании кода (7, 4) и модуляции ФМ-16. Для этого включите в меню «Параметры СПДС» и «Показать разбиение пространства сигналов». 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 отсутствии шума,

=================================

включите опцию «Добавить шум к сигналу»:

2) при отношении сигнал/шум = 10,

3) при отношении сигнал/шум = 5,

4) при отношении сигнал/шум = 3,

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 сигнал/шум.

Пока рассеянные сигнальные точки принимаемых сигналов не выходят за пределы подпространства сигналов, отведённого под передаваемый квадбит, приём осуществляется без ошибок. В противном случае наблюдаются ошибки приёма.

 

Задание 5

Исследуйте влияние отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ФМ-16 при передаче квадбита «0001». Для этого включите в меню «Параметры СПДС» опции «Показать разбиение пространства сигналов» и «Модулятор / Односигнальный режим». 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 отсутствии шума.

=================================

включите опцию «Добавить шум к сигналу»:

2) при отношении сигнал/шум = 10,

3) при отношении сигнал/шум = 5,

4) при отношении сигнал/шум = 3.

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 сигнал/шум.

Пока рассеянные сигнальные точки принимаемых сигналов не выходят за пределы подпространства сигналов, отведённого под передаваемый квадбит «0001», приём осуществляется без ошибок. В противном случае наблюдаются ошибки приёма.

Для минимизации числа ошибок следует использовать манипуляционный код Грея, обеспечивающий для квадбитов любых соседних в созвездиях сигналов разницу только в одном бите.

 

Задание 6

Исследуйте влияние отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции ФМ-16 при передаче квадбита «0101». Для этого включите в меню «Параметры СПДС» опции «Показать разбиение пространства сигналов» и «Модулятор / Односигнальный режим». 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 отсутствии шума.

=================================

включите опцию «Добавить шум к сигналу»:

2) при отношении сигнал/шум = 10,

3) при отношении сигнал/шум = 5,

4) при отношении сигнал/шум = 3.

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 сигнал/шум.

Пока рассеянные сигнальные точки принимаемых сигналов не выходят за пределы подпространства сигналов, отведённого под передаваемый квадбит «0001», приём осуществляется без ошибок. В противном случае наблюдаются ошибки приёма.

Для минимизации числа ошибок следует использовать манипуляционный код Грея, обеспечивающий для квадбитов любых соседних в созвездиях сигналов разницу только в одном бите.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: