 |
Попросите преподавателя проверить результаты вашей работы, прежде чем продолжить эксперимент.
|
|
|
|
8.4. Восстановление сигнала битовой синхронизации в Emona FOTEx.
Как вы убедились, код NRZ-L содержит гармонику с частотой оригинального сигнала битовой синхронизации, которая может быть использована для восстановления сигнала битовой синхронизации. Нужно отметить, что это утверждение должно быть верно и для ТТЛ-сигналов, потому что, как вы уже видели, код NRZ-L - это просто биполярная версия ТТЛ. (Однако оба этих сигнала все равно гораздо хуже подходят для восстановления сигнала битовой синхронизации, чем BIF-L или RZ-AMI, которые, соответственно, используются чаще.)
Чтобы иметь возможность полностью моделировать медные и оптоволоконные системы связи, Emona FOTEx содержит модуль восстановления сигнала битовой синхронизации, который выдает на выходе синхронизированный сигнал частотой 100 кГц для использования в качестве локальных синхроимпульсов ИКМ-декодера. В следующей части эксперимента изучается его работа с использованием ИКМ-системы кодирования и декодирования, которую вы собирали и тестировали в предыдущих лабораторных работах.
8.4.1. Полностью разберите собранную схему.
8.4.2. Закройте ВП Анализатора спектра.
8.4.3. Установите переключатель режимов Mode ИКМ-кодера в положение РСМ.
8.4.4. Соберите схему, как показано на рисунке 5.
Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 6. Сигнал с выхода 2 kHz SINE генератора опорных сигналов (Master Signals) как аналоговое сообщение подается на вход ИКМ-кодера. ИКМ-кодер преобразует сообщение в цифровой ИКМ-сигнал, который ИКМ-декодер далее преобразует в дискретизированную версию исходного сигнала. ФНЧ с частотой среза 3 кГц используется для восстановления исходного сообщения из выходного сигнала ИКМ-декодера. Важно отметить, что на этой стадии эксперимента сигнал битовой синхронизации ИКМ-декодера "заимствуется" с модуля ИКМ-кодера.
|
|
|
8.4.5. Запустите ВП осциллографа NI ELVIS II
| PCM Encoding - ИКМ кодирование: Master Signals - Генератор опорных сигналов Message To CH 0 - сообщение 1 к каналу О, IN 1 - вход сигнала сообщения, CLK - вход синхронизации, РСМ Decoding - ИКМ декодирование: РСМ data - ИКМ сообщение, "Stolen" CLK -"заимствованный" сигнал битовой синхронизации, Reconstruction - восстановление: 3 kHz LPF - ФНЧ с частотой среза 3 кГц, Recovered message То CH 1 - восстановленное сообщение к каналу 1 |
8.4.6. Настройте осциллограф в соответствии с инструкцией, приведенной в лабораторной работе № 1.
8.4.7. Установите элемент управления осциллографа Timebase (Масштаб по оси времени) таким образом, чтобы видеть на экране примерно два цикла сообщения.
8.4.8. Активируйте канал 1 осциллографа, чтобы наблюдать как сигнал на выходе восстанавливающего фильтра, так и само сообщение.
Примечание: Вы должны увидеть копию оригинального сигнала, скорее всего, сдвинутую по фазе.
Попросите преподавателя проверить результаты вашей работы, прежде чем продолжить эксперимент.
8.4.9. Запустите ВП Генератора функций NI ELVIS II.
8.4.10. Установите частоту генератора функций равной 100кГц.
Примечание: Нет необходимости устанавливать прочие настройки, так как будет использоваться цифровой сигнал с выхода SYNC Генератора функций.
8.4.11. Измените схему, как показано на рисунке 7.
| PCM Encoding - ИКМ кодирование: Message То СН 0 - сообщение 1 к каналу 0, IN 1 - вход сигнала сообщения, CLK - вход синхронизации, PCM Decoding - ИКМ декодирование: PCM data - ИКМ сообщение, Function generator - Генератор функций, Reconstruction - восстановление: Recovered message То СИ 1 - восстановленное сообщение к каналу 1 |
Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 8.
|
|
|
Теперь сигнал битовой синхронизации ИКМ-декодера - независимый сигнал с частотой 100 кГц, формируемый генератором функций.
8.4.12. Внимательно рассмотрите восстановленный сигнал.
Примечание: Вы должны заметить периодические искажения сигнала.
Попросите преподавателя проверить результаты вашей работы, прежде чем продолжить эксперимент.
Восстановление сигнала битовой синхронизации можно реализовать несколькими способами. При использовании метода без обратной связи (open-loop) просто происходит фильтрация гармоники с частотой сигнала битовой синхронизации из спектра линейного кода, с преобразованием ее в цифровой сигнал (с помощью компаратора или решающего устройства), пригодный для тактирования ИКМ-декодера. При более сложном методе с обратной связью (closed-loop) отфильтрованная гармоника сигнала битовой синхронизации используется для синхронизации локальных синхроимпульсов. Иными словами, локальные синхроимпульсы генерируются с частотой, близкой к требуемой, а эта гармоника используется для точной калибровки их частоты и фазы. В модуле РСМ Bit-clock Regenerator (Восстановитель сигнала битовой синхронизации) Emona FOTEx используется последний метод. Далее вы будете тактировать ИКМ-декодер с помощью этого модуля.
8.4.13. Измените схему в соответствии с рисунком 9.
Выполненные соединения можно представить блок-схемой, изображенной на рисунке 10. Теперь сигнал битовой синхронизации ИКМ-декодера предоставляется с модуля Восстановителя сигнала битовой синхронизации, который использует ИКМ-данные для синхронизации своего выходного сигнала частотой 100 кГц с сигналом битовой синхронизации оригинального сигнала.
| PCM Encoding - ИКМ кодирование: Message To СИ 0 - сообщение 1 к каналу О, IN 1 - вход сигнала сообщения, CLK - вход синхронизации, PCM Decoding - ИКМ декодирование: PCM data - ИКМ сообщение, PCM Bit-Clock Regeneration - Восстановление сигнала битовой синхронизации, Reconstruction - восстановление: Recovered message То СИ 1 - восстановленное сообщение к каналу 1 |
8.4.14. Внимательно рассмотрите восстановленный сигнал.
Примечание: Вы должны заметить, что теперь в восстановленном сообщении не наблюдается ошибок, которые были, когда сигнал битовой синхронизации "заимствовался" с выхода ИКМ-кодера.
|
|
|
Попросите преподавателя проверить результаты вашей работы, прежде чем завершить эксперимент.
9. Контрольные вопросы.
9.1.Какой из четырех линейных кодов больше всего похож на исходный ТТЛ-сигнал?
9.2. Какой из четырех линейных кодов биполярный?
9.3. Какой из четырех линейных кодов представляет логический уровень 0 нулевым напряжением?
9.4. Используя правила кодирования RZ-AMI, определите количество единиц в отображаемом фрагменте данных.
9.5. На основании таблиц 2 и 3, какой из четырех сигналов отличается от других?
9.6. Судя по вашим измерениям, у какого из линейных кодов FOTEx гармоника, соответствующая частоте сигнала битовой синхронизации, наибольшая?
9.7. Какой из линейных кодов FOTEx имеет вторую по величине гармонику, соответствующую частоте сигнала битовой синхронизации?
9.8. Какой из линейных кодов FOTEx имеет наименьшую по величине гармонику, соответствующую частоте сигнала битовой синхронизации??
9.9. Рассчитайте разность величин гармоник (в децибелах) между наилучшим и наихудшим (в рассматриваемом смысле) линейным кодом. Подсказка: Ваш ответ должен быть положительным числом.
9.10. Преобразуйте полученный результат в отношение по формуле
"Отношение = Log-1 (дБ/20)", чтобы определить, во сколько раз размер гармоники наилучшего сигнала больше наихудшего.
9.11. Почему происходит это искажение, когда сигнал битовой синхронизации ИКМ-декодера имеет ту же частоту, что и сигнал битовой синхронизации ИКМ-кодера?
9.12. Объясните, почему эта схема не сработает, если частота битовой синхронизации ИКМ-кодера будет отличаться от 100 кГц?
Лабораторная работа № 11
Передача данных по оптоволокну
Цель работы.
1.1.Исследовать работу передатчиков Emona FOTEx.
1.2. Исследовать работу модулей аналогового приемника Emona FOTEx.
1.3. Исследовать работу модулей цифрового приемника Emona FOTEx.
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.
3.1.5. Ответить на контрольные вопросы.
3.1.4. Выводы по результатам выполнения работы.
3.2. Ответить на вопросы для допуска к работе.
3.2.1. Назначение и типы передатчиков оптического излучения.
3.2.2. Принцип работы передатчиков оптического излучения.
3.2.3. Достоинства и недостатки передатчиков оптического излучения.
3.2.4. Основные характеристики передатчиков оптического излучения.
3.2.5. Назначение и типы приемников оптического излучения.
3.2.6. Принцип работы приемников оптического излучения.
3.2.7. Достоинства и недостатки приемников оптического излучения.
3.2.8. Основные характеристики приемников оптического излучения.
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 оптических проводников.
4.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
Задание.
5.1. Изучите краткие теоретические сведения.
5.2. Для выполнения работы предварительно необходимо изучить лабораторные работы № 4 и 5.
5.3. Изучить работу передатчика Emona FOTEx в аналоговом и цифровом режимах.
5.4. Изучить работу модуля приема Emona FOTEx.
Меры безопасности.
6.1. Соблюдайте меры безопасности при работе на ПК.
6.2. Соблюдайте меры безопасности при работе с оборудованием под напряжением питания 220В.
6.3. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! Не смотрите прямо на источник КРАСНОГО или ЗЕЛЕННОГО света.
6.4. Не смотрите прямо на оптоволокно, подключенное к источникам КРАСНОГО или ЗЕЛЕННОГО света.
7. Краткие теоретические сведения.
7.1. Передатчики FOTEx (Transmitter Modules).
Emona FOTEx содержит три оптических модуля передачи, которые могут быть использованы для "загрузки" информации в оптоволоконные кабели. Другими словами, передатчики могут воспринимать аналоговую или цифровую информацию в электрической форме и преобразовывать в световую, которая может быть довольно эффективно передана в сердцевину пластикового оптоволоконного кабеля. Два модуля передачи используют в качестве источника света красные светодиоды, один использует зеленый.
|
|
|
Чтобы представить себе, как работают эти модули, представьте себе настольную лампу. Простейшую лампу можно только включать или выключать. Именно так работают передатчики Emona FOTEx в цифровом режиме (у каждого модуля есть переключатель режимов). Это позволяет им загружать цифровую информацию (например, ИКМ-сигнал) в оптоволоконный кабель. Важно отметить, что в цифровом режиме не позволены никакие другие уровни света, потому что они могут восприниматься приемником, как ложная информация о пересылаемом логическом уровне.
В аналоговом режиме передатчики FOTEx работают как настольная лампа с регулятором яркости света, то есть могут быть установлены на любой уровень яркости между минимумом и максимумом. Яркость светодиодов модулей передачи управляется значением напряжения на аналоговом входе передатчика. Чем меньше аналоговое напряжение, тем ниже уровень яркости светодиода, чем больше напряжение, тем больше и яркость. Очевидно, что аналоговый режим позволяет модулю передачи загружать аналоговую информацию в оптоволоконный кабель.
Необходимо знать два важных момента об аналоговом режиме работы передатчиков. Во-первых, аналоговые сигналы являются биполярными, то есть изменяют напряжение между положительным и отрицательным значениями, как на левой синусоиде на рисунке 1. Однако светодиоды могут работать с напряжением только одной полярности. Поэтому, чтобы весь цикл синусоиды мог быть преобразован в свет, модуль передачи сдвигает сигнал на входе на 2,5 В (как показано справа на рисунке 1), прежде чем использовать его для управления светодиодами. Таким образом, в свет может быть преобразован аналоговый сигнал с пиковыми значениями вплоть до ±2,5 В.
| а) |
| б) |
а) биполярный аналоговый сигнал; б) униполярный аналоговый сигнал, сдвинутый на 2, 5 В
Второй важный момент вытекает из первого. Как только пиковая амплитуда входного сигнала превысит 5В, будет достигнут предел возможностей светодиодов. То есть светодиоды не могут загореться ярче или потускнеть сильнее. Результатом будет обрезание вершин сигнала на выходе приемника.
7.2. Приемники FOTEx (FOTEx Receiver Modules).
Emona FOTEx содержит два модуля приема, которые можно использовать для "выгрузки" информации из оптоволоконных кабелей. Другими словами, приемники могут довольно эффективно передавать световую информацию с сердцевины оптоволоконного кабеля на датчик света, который преобразует информацию в электрический сигнал. Используемые стандартные датчики света реагируют на весь спектр видимого света, поэтому приемники могут работать и с красными, и с зелеными световыми сигналами, передаваемыми по оптоволокну.
Как только информация преобразована из световой энергии в электрическую, уровень сигнала усиливается с помощью усилителя. Предусмотрена плавная и грубая регулировка усиления, что позволяет избежать насыщения сигнала, когда потери малы, и обеспечить достаточное усиление при значительных потерях (например, при использовании оптронов).
Важно отметить, что при преобразовании информации из световой в электрическую форму получается биполярный сигнал. Этот сигнал после усиления доступен на аналоговом выходе модуля. Иными словами, если по оптоволокну передавался цифровой сигнал, то сигнал, полученный на выходе приемника, не подходит для цифровых входов со стандартной униполярной логикой ТТЛ (5В для 1В для 0). Чтобы исправить это, приемники также преобразует полученный сигнал в стандартные уровни ТТЛ, которые доступны на цифровых выходах для использования, при необходимости, ИКМ-декодером.
|
|
|
