Описание лабораторной установки

Учебная лабораторная установка «Изучение ИКМ-кодека» выполнена в виде лабораторного макета, размещаемого на столе. На ее передней панели размещены функциональная схема кодека, контрольные гнезда и органы управления. На заднюю стенку установки выведен шнур для подключения к электрической сети 220 В, 50 Гц. Там же имеется плавкий предохранитель. Установка включается в сеть красной клавишей «ВКЛ↔СЕТЬ».

Внешний вид передней панели установки показана на рис. 6.4. На ней приведены схемы передающего и приемного фильтров. Кроме того, на передней панели выделены субпанели:

– «КОНТРОЛЬНЫЙ СИГНАЛ» с ручкой «АМПЛИТУДА» – для регулирования амплитуды гармоничного сигнала с частотой 1 Гц, применяемого для проверки работоспособности фильтров и кодека;

– «ИКМ» с кнопкой «РЕЖИМ» – для установления режима ИКМ: кнопочным переключателем «РЕЖИМ» устанавливается скважность тактовых импульсов кодека из множества {8, 16, 32} и изменяется длительность импульсов кодов, вырабатываемых декодером.

– «Источник ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ» с ручками «ГРУБО» и «ТОЧНО» – для установки уровня входного напряжения кодера в пределах от –3 до +3 В.

На передней панели находятся также световые индикаторы контрольного регистра, по которому определяется выходной цифровой сигнал кодера, и регистра «УСТАНОВКА ВЫХОДНОГО КОДА».

Регистрируемый и устанавливаемый коды могут быть в прямой или инверсной кодировке. Выбор типа кодирования производится тумблером «КОД», находящимся в правом верхнем углу установки.

Кодовые слова кодера можно рассмотреть, подключая вход осциллоскопа к гнезду КТ10 «ИНД. КОДА», а кодовые слова декодера – при подключении к гнезду КТ13.

Применяемый в лабораторной установке кодек осуществляет неравномерное квантование уровней входного аналогового сигнала по А -закону. Этот закон аппроксимируется линейно-ломаной функцией. В телефонии применяют аппроксимацию А 87.6/8 восьмью отрезками прямых линий (сегментами).

При таком кодировании цифровой код для каждого отсчета состоит из знакового бита (1 при u _вх > 0 и 0 при u _вх < 0) трехразрядного кода сегмента (8 сегментов) и четырехразрядного кода шага (16 шагов) (табл. 3.2). Код сегмента задает напряжение в начальной точке сегмента, а код шага – смещение внутри сегмента. Как правило, используются коды с инверсией четных битов; вместо кода сегмента 000 используется код 101, вместо 001 код 100, и так далее. (Первый и третий разряды кода сегмента в полном цифровом коде – четные, так как первый бит знаковый.) Аналогично инвертируются и четные биты кода шага смещения. Для первых двух сегментов шаг равен 1.2 мВ, для третьего – 2.4 мВ. Для остальных пяти сегментов шаг удваивается при переходе от предыдущего сегмента к последующему.

Таким образом, разрешение выходного сигнала примерно пропорционально уровню входного сигнала.

В процессе кодирования квантованному сигналу с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) ставится в соответствие двоичный код, который и передается в цифровую телекоммуникационную систему. В простейшем случае в качестве кода используется номер уровня квантования. При этом для используемых в телефонии 256 уровней квантования требуется 8-разрядный двоичный код для каждого отсчета. То есть передача информации в одном цифровом телефонном канале осуществляется со скоростью 8 F_D = 64 Кбит/с.

При декодировании ИКМ-сигнала осуществляется обратное преобразование кода в АИМ-сигнал. Для этого последовательный код преобразуется в параллельный и поступает в цифро-аналоговый преобразователь. При этом сигналы, соответствующие единицам кодовой последовательности, суммируются (каждый со своим весом) и на выходе возникает импульс с амплитудой u _к, соответствующей принятому коду. Весовые коэффициенты при декодировании такие же, как и при кодировании. Исходный аналоговый сигнал u _вых выделяется из АИМ сигнала с помощью фильтра низких частот.

Порядок выполнения работы

Начальные положения органов управления лабораторной установкой:

Клавиша «ВКЛ↔СЕТЬ» – в положении «0» («СЕТЬ»).

Ручка «контрольный сигнал↔Амплитуда» – в крайнем левом положении.

Ручка субпанели «ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ» с названиями «ГРУБО» и «ТОЧНО» – в крайнем левом положении.

Переключатель П1 – в левом положении.

Переключатель «КОД» – в положении «ИНВ.», т. е. инверсный код.

Измерительные приборы включены.

Упражнение 1. Изучение преобразования сигналов
в системе связи с ИКМ

1. Включить установку клавишей «ВКЛ↔СЕТЬ». При этом засветятся сама клавиша, индикаторы «ИКМ» и «УСТАНОВКА ВХОДНОГО КОДА».

2. С помощью гибких перемычек подать контрольный сигнал с одноименных гнезд на вход передающего фильтра (КТ1).

3. К контрольной точке КТ1 подключить вход первого канала осциллографа. Установить амплитуду контрольного сигнала на входе передающего фильтра U _вх = 150 мВ, засинхронизировать сигнал и установить развертку таким образом, чтобы на экране наблюдался один период контрольного сигнала.

4. Подключить первый канал осциллографа к выходу передающего фильтра (КТ3). Замерить амплитуду контрольного сигнала на выходе передающего фильтра (U _вых) при всех трех положениях переключателя П1. Полученные результаты записать в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Амплитуда сигнала на входе передающего фильтра	Положение переключателя П1	Амплитуда сигнала на выходе передающего фильтра U вых, В
	левое
U вх = 50 мВ	среднее
	правое

5. Переключатель П2 поставить в верхнее положение. При этом положении переключателя контрольный сигнал с выхода передающего фильтра подключается на вход кодера.

6. Переключатель П4 поставить в верхнее положение. При этом цифровой выход кодера подключается ко входу декодера.

7. Подключить второй канал осциллографа к выходу декодера (КТ7). Переключатель П3 поставить в верхнее положение. Расположить изображение сигнала первого канала в верхней части экрана осциллоскопа, а изображение второго канала – в нижней части экрана. Развертку осциллоскопа выбрать такой, чтобы на экране укладывался один период контрольного сигнала. Зарисовать осциллограммы сигналов первого и второго каналов, соблюдая временные соотношения.

8. Переключить вход второго канала осциллографа к контрольной точке КТ13. Зарисовать импульсы кодера F_sх, расположив их под рисунком осциллограмм.

9. Подключить вход второго канала осциллографа к выходу приемного фильтра (КТ2). Зарисовать осциллограмму сигнала на выходе приемного фильтра.

Упражнение 2. Снятие характеристики преобразования кодера

1. Установить переключатель П2 в нижнее положение. С помощью гибкой перемычки соединить выход источника постоянного напряжения с контрольной точкой КТ4.

2. Подключить к контрольной точке КТ4 цифровой вольтметр. Подключить осциллоскоп к гнезду КТ10 «ИНДИКАТОР КОДА».

3. Вращая ручки регулировки выходного напряжения источника и контролируя выходной код с помощью контрольного регистра и осциллоскопа, определить начальную точку характеристики, установив на контрольном регистре код 11010101 или 01010101. Этот код теоретически соответствует нулевому уровню входного напряжения. Однако на практике за счет технологического разброса параметров микросхем это напряжение отличается от нуля. Измерить напряжение на входе кодера (гнездо КТ4) и занести его в табл. 3.2.

4. Изменяя постоянное напряжение на входе кодера, установить последовательно коды, соответствующие началам сегментов передаточной характеристики кодера, фиксируя значения этих напряжений с помощью вольтметра. Полученные результаты занести в табл. 3.2.

5. Рассчитать шаг внутри сегментов, разделив разность напряжений между точками начала сегментов на 16 (число шагов внутри сегмента).

Например: коду 11000101 соответствует входное напряжение 20.1 мВ, а коду 11110101 соответствует входное напряжение 40.3 мВ, следовательно, шаг внутри сегмента:

U _шаг = = 1.26 мВ.

Результаты расчетов занести в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Номер сегмента	Выходной код кодера	Напряжение на входе кодера, мВ	Шаг внутри сегмента, мВ
Знак	Код сегмента	Код шага
+7
+6
+5
+4
+3
+2
+1
±0	1/0
–1
–2
–3
–4
–5
–6
–7

Примечание. В первой и последней строках таблицы указаны коды пятнадцатого шага. В остальных строках – коды нулевого шага.

6. Построить передаточную характеристику по результатам, полученным в процессе измерений.

Упражнение 3. Снятие характеристики преобразования декодера

1. Установить переключатели П3 и П4 в нижнее положение. Подключить цифровой вольтметр к контрольной точке КТ6, а осциллограф – к гнезду КТ13.

2. С помощь кнопочных переключателей установки входного кода установить последовательно заданные в табл. 3.3. коды, фиксируя напряжения, соответствующие этим кодам на выходе декодера (КТ6).

Замеренные значения напряжений занести в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Номер сегмента	Выходной код декодера	Напряжение на входе декодера, мВ	Шаг внутри сегмента, мВ
Знак	Код сегмента	Код шага
+7
+6
+5
+4
+3
+2
+1
±0	1/0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7

3. Рассчитать шаг внутри сегментов аналогично п. 5, упр. 2. Расчетные данные занести в табл. 3.3.

4. Построить передаточную характеристику по результатам, полученным в процессе измерений.

5. Выключить лабораторный стенд и измерительные приборы. Результаты показать преподавателю.

Примечание. Для удобства наблюдения кодовых слов установить кнопкой «РЕЖИМ» субпанели «ИКМ» наибольшую длительность кодовых импульсов. Она будет в том случае, когда на индикаторе «ИКМ» будет высвечиваться цифра «8».

Содержание отчета

В отчете необходимо привести:

– структурную схему лабораторной установки, отметив на ней контрольные точки, в которых снимались осциллограммы;

– все снятые осциллограммы, расположенные таким образом, чтобы на них были отмечены все необходимые временные соотношения между исследуемыми сигналами;

– заполненную табл. 3.1. с результатами исследования передающего фильтра;

– заполненные табл. 3.2 и 3.3 характеристик преобразования кодера и декодера;

– графики характеристик преобразования, построенные в соответствии с данными табл. 3.2 и 3.3 в одинаковых масштабах.

Контрольные вопросы

1. Что такое импульсно-кодовая модуляция?

2. Какова типовая последовательность операций при преобразовании аналогового сигнала в цифровой с импульсно-кодовой модуляцией?

3. Из каких соображений выбирается частота дискретизации?

4. Что такое квантование сигнала?

5. Какое квантование называют равномерным?

6. Какова связь между числом уровней квантования и скоростью передачи информации в цифровом телефонном канале?

Список литературы

1. Воронов А. В., Матвеев А. В., Минченко И. С. Каналы связи в системах телекоммуникаций: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.

2. Вернер М. Основы кодирования: Учебник для вузов. Сер. «Мир программирования». М.: Техносфера, 2004.

3. Лагутенко О. И. Модемы. Справ. пользователя. СПб.: Лань, 1997.

4. Системы радиосвязи: Учебник для вузов связи/ А. Л. Бадалов,
В. И. Носов, Н. И. Калашников и др.; Под ред. Н. И. Калашникова. М.: Радио и связь, 1988.

5. Слепов Н. Н. Синхронные цифровые сети. М.: Эко-Трендз, 1999.

6. Андреенкова М. Т., Семенова Е. П. Сетевое и телекоммуникационное оборудование и аппаратное обеспечение: Методическое пособие. М., МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004.

7. Вельтмандер П. В. Телекоммуникации по телефонным каналам: Методическое пособие. Новосибирск, НГТУ, 1999.

Содержание

Лабораторная работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ ЛИНИЙ СВЯЗИ............................................................................................................ 3

Лабораторная работа 2. ИЗУЧЕНИЕ ЦИФРОВЫХ МЕТОДОВ
МОДУЛЯЦИИ.............................................................................................. 17

Лабораторная работа 3. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
ПО БЕСПРОВОДНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ......................... 39

Лабораторная работа 4. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО РАДИОКАНАЛУ
НАЗЕМНОЙ СВЯЗИ.................................................................................... 49

Лабораторная работа 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
КОММУТАЦИИ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ С ВРЕМЕННЫМ
УПЛОТНЕНИЕМ КАНАЛОВ..................................................................... 59

Лабораторная работа 6. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ.................... 74

Список литературы............................................................................... 87

 

 

Воронов Александр Владимирович

 

⇐ Предыдущая3456789101112

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: