Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Настройка ИКМ кодера и декодера.




 

Прежде, чем исследовать проблемы дискретизации, необходимо настроить одноканальную систему ИКМ кодирования-декодирования.

 

8.1.1. Убедитесь, что питание NI ELVIS II выключено, выключатель расположен на задней стенке устройства.

 

8.1.2. Осторожно вставьте модуль расширения Emona FOTEx в NI ELVIS II.

 

8.1.3. Вставьте крепежные винты для фиксации модуля Emona FOTEx в NI ELVIS II.

 

Примечание: Для предотвращения повреждения FOTEx эти действия должны выполняться при выключенном питании.

 

8.1.4. Подключите NI ELVIS II к ПК при помощи кабеля USB.

 

Примечание: Это может быть уже сделано.

 

8.1.5. Включите питание NI ELVIS II, выключатель расположен на задней стенке устройства, затем включите питание макетной платы, этот выключатель расположен в правом верхнем углу рядом с индикатором питания.

 

8.1.6. Включите компьютер и дайте ему загрузиться.

 

8.1.7. Запустите программу NI ELVISmx.

 

8.1.8. Запустите виртуальный прибор NI ELVIS II Function Generator (Генератор функций).

 

8.1.9. Настройте функциональный генератор с помощью виртуальных элементов управления для получения сигнала со следующими параметрами:

 

▪ Waveshape (Форма сигнала): Sine (Синусоидальная)

▪ Frequency (Частота): 500 Гц

▪ Amplitude (Пиковая амплитуда): 4 В

▪ DC Offset (Смещение по постоянному току): 0 В

 

8.1. 10. Установите переключатель режимов Mode ИКМ-кодера в положение РСМ.


8.1.11. Соберите схему, показанную на рисунке 2.

 

PCM Encoding - ИКМ кодирование: Function Generator - генератор функций, Master Signals - генератор опорных сигналов, Message To CH 0 - сообщение к каналу О, IN - вход сигнала сообщения, CLK - вход синхронизации, РСМ Decoding - ИКМ декодирование: РСМ data - ИКМ сообщение, CLK - сигнал битовой синхронизации с ИКМ кодера, Reconstruction - восстановление: 3kHz LPF -фильтр низких частот с частотой среза 3 кГц, Recovered message То CH 1 - восстановленное сообщение к каналу 1

Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 3. С генератора функций на вход ИКМ-кодера (PCM Encoder) поступает синусоидальный сигнал частотой 2 кГц. ИКМ-кодер преобразует его в цифровой сигнал, который, в свою очередь, ИКМ-декодер (РСМ Decoder) преобразует в дискретизированную версию оригинального сигнала. ФНЧ с частотой среза 3 кГц используется для восстановления исходного сообщения на выходе декодера.

 

8.1. 12. Запустите ВП осциллограф N1 ELVIS II.

 

8.1.13. Настройте осциллограф в соответствии с инструкцией, приведенной в лабораторной работе № 4 (стр. 35).

 

8.1.14. Установите настройку Timebase (Масштаб по оси времени) таким образом, чтобы видеть на экране примерно два периода сообщения.

 

8.1.15. Активируйте канал 1 осциллографа, чтобы наблюдать сигнал, восстановленный фильтром, и сигнал сообщения.

 

Примечание: Вы должны увидеть копию оригинального сигнала, скорее всего, сдвинутую по фазе.

 

8.2. Предварительная оценка спектральных составляющих сигнала на выходе ИКМ-декодера.

 

Далее вам предстоит предварительно определить спектральный состав дискретизированного сигнала на выходе ИКМ-декодера.

 

8.2.1. Измените схему подключения в соответствии с рисунком 4.

 

 

РСМ Encoding - ИКМ кодирование: Message То CH 0 - сообщение к каналу О, IN - вход сигнала сообщения, CLK - вход синхронизации? РСМ Decoding - ИКМ декодирование: РСМ data - ИКМ сообщение, CLK - сигнал битовой синхронизации с ИКМ кодера. Reconstruction - восстановление: Recovered message - восстановленное сообщение Sampled message То CH 1 - дискретизированное сообщение к каналу 1

Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 5.

 

 

8.2.2. Запустите ВП осциллограф N1 ELVIS II.

 

8.2.3. Настройте осциллограф в соответствии с инструкцией, приведенной в Лабораторная работа № 4 (стр. 35).

 

8.2.4. Установите настройку Timebase (Масштаб по оси времени) таким образом, чтобы видеть на экране примерно два периода сообщения.

 

8.2.5. Активируйте канал 1 осциллографа, чтобы наблюдать сигнал, восстановленный фильтром, и сигнал сообщения.

 

Примечание: Вы должны увидеть копию оригинального сигнала, скорее всего, сдвинутую по фазе.

 

Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 5.

 

Совет: метод расчета приведен в кратких теоретических сведениях.

 

8.2.6. Остановите осциллограф, нажав на кнопку Stop (Стоп).

 

8.2.7. Запустите ВП Анализатора динамических сигналов DSA NI ELVIS II.

 

8.2.8. Установите следующие настройки анализатора сигналов:

Input Settings (Настройки входов) ▪ Source Channel (Канал источника сигнала) -в положение Scope CH1 (Канал 1 Осциллографа) FFT Settings (Настройки быстрого преобразования Фурье - БПФ) ▪ Frequency Span (Диапазон частот)- 45,000 ▪ Resolution (Разрешение) - 400 ▪ Window (Окно)- 7 Term B-Harris (Блэкмана-Харриса 7-го порядка)   Triggering (Запуск) ▪ Туре (Тип) - Edge (По фронту)   Frequency Display (Режим отображения) ▪ Units (Масштаб) - dB (Логарифмический -ДБ) ▪ Mode (Режим) - RMS (Среднеквадратически) ▪ Scale - Auto (Автомасштабирование) ▪ Voltage Range - ±10V (Диапазон напряжений - ±10 В)   Averaging (Усреднение) ▪Mode (Режим)- RMS (среднеквадратическое значение) ▪Weighting (Взвешивание) -Exponential (Экспоненциальное) ▪ # of Averages (выборок для усреднения) – 3   Cursor Settings (Настройки курсоров) ▪ Cursors On (курсоры включены) снимите флажок (пока)  

 

8.2.9. Активируйте курсоры (поставив флажок в окне Cursors On (Курсоры включены) и воспользуйтесь ими, чтобы убедиться, что на выходе ИКМ-декодера присутствует копия исходного сигнала частотой 2 кГц.

 

8.2.10. Воспользуйтесь курсорами, чтобы подтвердить ваш ответ на контрольный вопрос 9.1.

 

Попросите преподавателя проверить результаты вашей работы, прежде чем продолжить эксперимент.

 

8.3. Влияние частоты сигнала и частоты дискретизации на значения частот побочных составляющих.

 

Отвечая на контрольный вопрос 9.1, вы рассчитали частоты побочных составляющих спектра на основе заданных частоты сигнала и частоты дискретизации. Очевидно, что если бы эти две частоты изменились, изменились бы и частоты побочных составляющих. Далее вы в этом убедитесь наглядно.

 

8.3.1. Увеличьте частоту сигнала сообщения (то есть сигнала на выходе генератора функций) до 4 кГц.

8.3.2. При помощи курсора убедитесь, что сигнал на выходе ИКМ-декодера содержит копию исходного сообщения.

 

8.3.3. Воспользуйтесь курсорами, чтобы подтвердить ваш ответ на контрольный вопрос 9.2.

 

8.3.4. Установи частоту сигнала на выходе генератора функций равной 10 кГц.

 

8.3.5. Измените схему согласно рисунку 6.

 

 

Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 7. За сообщение вновь принимается сигнал с выхода 2 kHz SINE генератора опорных сигналов. Выход SYNC генератора функций обеспечивает цифровой сигнал частотой 100 кГц, поступающий на тактирующие входы ИКМ-кодера и ИКМ-декодера.

PCM Encoding - ИКМ кодирование: Function Generator - генератор функций, Master Signals - генератор опорных сигналов, Message To CH 0 - сообщение к каналу 0, IN - вход сигнала сообщения, CLK - вход синхронизации РСМ Decoding - ИКМ декодирование: PCM DATA - ИКМ сообщение, CLK - сигнал битовой синхронизации с ИКМ кодера, Reconstruction - восстановление: Recovered message - восстановленное сообщение Sampled message То CH 1 - дискретизированное сообщение к каналу 1.

 

8.3.6. С помощью курсора убедитесь, что частоты побочных составляющих вернулись на следующие отметки: 10.5 кГц и 14.5 кГц, 23 кГц и 27 кГц, 35.5 кГц и 39.5 кГц.

Примечание: Тактовая частота 72 кГц даст частоту дискретизации 9000 Отсчетов/с.

 

8.3.7. Установите тактовую частоту ИКМ-декодера (то есть, выходную частоту генератора функций) равной 72 кГц.

 

8.3.8. Воспользуйтесь курсорами, чтобы подтвердить ваш ответ на вопрос

 

8.4. Наложение спектров и частота Найквиста.

 

Как вы уже видели, для заданной частоты сигнала при уменьшении частоты дискретизации, уменьшаются и частоты побочных составляющих. Если частота дискретизации станет достаточно низкой по сравнению с частотой сигнала, побочные составляющие с самыми низкими частотами будут накладываться на копию сообщения, что сделает невозможным отделения их с помощью фильтра. Это значит, что на выходе фильтра, помимо копии сигнала, будет присутствовать гармоники, которых не было в оригинальном сообщении, то есть копия сигнала будет искажена. Это явление называется наложением спектров, и далее вы будете изучать его как во временной, так и в частотной областях.

 

8.4.1. Устанавливайте поочередно тактовые частоты ИКМ-кодера и ИКМ-декодера на следующие позиции: 64 кГц (8000 Отсчетов/с), 56 кГц (7000 Отсчетов/с), 48 кГц (6000 Отсчетов/с), 40 кГц (5000 Отсчетов/с) и 32 кГц (4000 Отсчетов/с).

 

Примечание: При каждой смене тактовой частоты дайте анализатору сигналов достаточно времени, чтобы войти в режим, и обратите внимание на то, что происходит с побочными составляющими, особенно как изменяются самые низкочастотные побочные составляющие.

 

8.4.2. Убедитесь, что тактовые частоты ИКМ-кодера и ИКМ-декодера установлены на 32 кГц (или 4 ООО Отсчетов/с).

 

8.4.3. Измените подключение канала 1 осциллографа с соответствии со схемой на рисунке 8, чтобы наблюдать восстановленный сигнал на выходе фильтра.

 

8.4.4. Остановите ВП Анализатора спектра.

 

8.4.5. Запустите ВП Осциллограф.

 

Примечание: Сделав это, вы будете наблюдать за эффектом наложения в восстановленном сообщении во временной области.

 

 

 

Чтобы избежать наложения спектров, минимальная частота дискретизации теоретически должна быть как минимум в два раза больше частоты сигнала (или в два раза больше максимальной частоты сигнала, если он содержит более одной гармоники). Эта частота известна как частота Найквиста (названная по имени ученого, впервые доказавшего соответствующую теорему). При текущей частоте сообщения в 2 кГц, частота дискретизации должна составлять как минимум 4000 Отсчетов/с (что соответствует тактовой частоте ИКМ-кодера и ИКМ-декодера в 32 кГц). Наверное, вы обратили внимание, что установленная вами тактовая частота 32 кГц удовлетворяет этому требованию. Но наложение все равно присутствует!

 

Это может объяснить тем, что частота Найквиста основана на двух предположениях. Во-первых, восстанавливающий фильтр имеет частоту среза чуть выше самой высокой частоты сообщения. Во-вторых, все частоты выше частоты среза подавляются фильтром полностью.

 

В нашем случае ни одно из предположений не является истинным (как и в большинстве случаев). Сообщение имеет частоту 2 кГц, но частота среза используемого ФНЧ равна 3 кГц. Таким образом, даже при частоте дискретизации 6000 Отсчетов/с (или при тактовой частоте 48 кГц), все равно будут появляться искажения, вызванные наложением спектра. Во-вторых, как вы уже видели ранее, изучая работу ФНЧ с частотами среза 1 кГц и 3 кГц, ослабление сигнала после частоты среза не крутое, а плавное. Другими словами, даже при частоте дискретизации выше 6 кОтсчетов/с (или тактовой частоте выше 48 кГц) все равно будут появляться искажения, вызванные наложением спектра.

Далее вам предстоит экспериментировать с настройками ФНЧ, чтобы подобрать подходящую частоту дискретизации.

 

8.4.6. Увеличивайте тактовые частоты ИКМ-кодера и ИКМ-декодера с интервалом 8 кГц (то есть, 40 кГц, 48 кГц, 56 кГц и т.д.), пока наложение спектра не исчезнет.

 

Примечание: Увеличивая тактовую частоту на 8 кГц, тем самым вы увеличиваете частоту дискретизации на 1000 Отсчетов/с.

 

8.4.7. Запишите частоту, при которой наложение спектра исчезло, в таблицу 1.

 

8.4.8. Рассчитайте и запишите частоту дискретизации ИКМ-кодера.

Таблица 1.

Максимальная частота дискретизации   Минимальная частота дискретизации
     

 

Попросите преподавателя проверить результаты вашей работы, прежде чем завершить эксперимент.

 

9. Контрольные вопросы.

9.1. Рассчитайте частоту первых шести побочных составляющих спектра дискретизированного сигнала.

9.2. Пересчитайте частоты первых шести побочных составляющих для частоты сигнала сообщения 4 кГц.

9.3. Что происходит с частотами побочных составляющих при увеличении частоты исходного сигнала?

9.4. Пересчитайте первые шесть частот побочных составляющих для тактовой частоты 72 кГц.

9.5. Что происходит с частотами побочных составляющих, когда частота дискретизации уменьшается?

9.6. Что произошло с самыми низкочастотными составляющими, когда частота дискретизации достигла 4000 Отсчетов/с?

9.7. Как вы убедились, слишком низкая частота дискретизации приводит к наложению спектра. Какая еще причина может вызывать наложение спектра?


Лабораторная работа № 9

Множественный доступ с временным разделением каналов

Цель работы.

1.1. Исследовать одноканальную ИКМ - систему связи с аналоговым входом.

1.2. Исследование двухканальной системы PCM-TDM и смоделировать простую систему TDMA с двумя узлами.

1.3. Исследование влияния временного разделения (ТDМ) на частоту дискретизации и возможности наложения спектров.

Литература.

2.1. Бэрри Дункан. Эксперименты с современными волоконно-оптическими системами связи для NITMELVIS I и II. Emona FOTEx Руководство к лабораторному практикуму. - Австралия, 2009 (Перевод на русский язык: учебный центр «Центр технологий National Instruments» НГТУ Российский филиал корпорации National Instruments).

 

Подготовка к работе.

Подготовить бланк отчета.

3.1.1. Номер и наименование работы.

3.1.2. Цель и задачи работы.

3.1.3. Основное оборудование.

3.1.4. Схемы подключения приборов и модулей.

3.1.5. Выводы по результатам выполнения работы.

3.1.6. Ответить на контрольные вопросы.

 

3.2. Ответить на вопросы для допуска к работе.

3.2.1.Поясните принцип временного разделения каналов.

3.2.2. Назначение электронных ключей на передаче и приеме.

3.2.3. Назначение ФНЧ на передаче и приеме.

3.2.4. Теорема Котельникова (Найквиста).

3.2.5. Назначение генераторного оборудования.

3.2.6. Назначение передатчиков и приемников синхросигналов

Основное оборудование.

4.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением

4.2. NI ELVIS II с USB-кабелем и блоком питания.

4.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.

4.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).

4.5. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).

4.6. Стереонаушники.

Задание.

5.1. Изучить краткие теоретические сведения.

5.2. Настроить ИКМ – кодера.

5.3. Исследовать работу модуля Emona FOTEx РСМ Decoder (ИКМ-декодер) с помощью Анализатора спектров (DSA).

5.4. Исследовать работу модуля РСМ Decoder с помощью осциллографа.

5.5. Исследовать c восстановленный сигнал на выходе ФНЧ.

 

Меры безопасности.

6.1. Соблюдайте меры безопасности при работе на ПК.

6.2. Соблюдайте меры безопасности при работе с оборудованием под напряжением питания 220В.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...