АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ
ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра автоматической
электросвязи
ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Методические
указания к выполнению лабораторных работ
(для студентов очной формы
обучения по специальностям
3801 – Автоматическая
электросвязь
3802 – Многоканальные
телекоммуникационные системы)
Алматы 1999
составители: А.С. Байкенов, Т. К.
Бектыбаев, К.С. Чежимбаева. Цифровые системы передачи. Методические указания к
выполнению лабораторных работ (для студентов специальностей: 38.01 –
Автоматическая электросвязь, 38.02 – Многоканальные телекоммуникационные
системы) – Алматы: АИЭС, 1999 – 32 с.
Методические указания
содержат требования по оформлению и проведению лабораторных работ, а также
контрольные вопросы. В них приводятся описания каждой лабораторной работы,
приведены функциональные схемы экспериментальных установок, дана методика
проведения обработки экспериментальных данных, предлагаются контрольные вопросы
и список рекомендуемой литературы.
Все лабораторные работы составлены
с использованием учебных стендов фирмы «Degem».
Методические указания
предназначены для студентов специальностей 38.01 – Автоматическая электросвязь,
38.02 – Многоканальные телекоммуникационные системы всех форм обучения.
Ил. ____, табл.____, библиогр.______.
Рецензент: ст. пр. каф. АЭС
А.Т. Омаров.
Печатается по плану издания
Алматинского института энергетики и связи на 1999 г.
Ó Алматинский институт
энергетики и связи, 1999
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Данные методические указания
необходимо выполнять для правильного и наиболее полного проведения лабораторных
работ с использованием стендов фирмы «DIGICOM».
В настоящий сборник включены
работы, целью которых является изучение принципов, а также основных элементов
соответствующих кодирующих и декодирующих устройств цифровых систем передачи с
использованием различных кодов при модуляции.
Отчет по лабораторной работе
должен, как правило, быть индивидуальным .
Он должен содержать:
1 Титульный лист.
2 Название и номер работы.
3 Цель работы.
4 Рабочее задание.
5 Блок-схемы соединений и принципиальные схемы
исследуемых систем передачи.
6 Данные произведенных экспериментальных исследований,
сведенные в таблицы и представленные на графиках, временных диаграммах и т.д.
7 Основные технические параметры и результаты расчетов.
8 Выводы по работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ В ДВОИЧНОМ КОДЕ
1.1 Цель работы
Изучение различных кодов при
модуляции сигналов в двоичном коде и соответствующие кодирующие устройства и
декодеры.
1.2
Домашнее задание
Изучить принципы
модулирования с различными вариантами двоичного кода.
1.3
Описание лабораторной установки
В данной лабораторной работе
используются блоки DIGIСOM-1/1 и DIGIСOM-1/2 совместно с аппаратурой служебного
канала PU-253; осциллограф. Они получают питание +12 В от источника
питания и ±5 В от источника питания F.
1.4
Рабочее
задание
1 Перед началом работы необходимо соединить каждый
блок с блоком питания согласно схеме, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1.1 Схема блока питания
1 Перед началом работы любого блока соберите следующие наружные соединения на вашем блоке питания
2 Блок питания – А, 12 В.
3 Блок питания – В, 12 В.
4 Блок питания – F, ±5 В.
1.5
Рабочее
задание
1.5.1 Ознакомление с генератором псевдослучайных
последовательностей
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с, с длиной
последовательности 24-1.
2 Производите
указанные ниже соединения так, как это показано на рисунке 1.2.
1- генератор данных; 2- осциллограф; 3- генератор синхронизирующих импульсов и несущей.
Рисунок 1.2 Схема соединений генератора данных и осциллографа
3 Соедините канал 1 осциллографа с выходом DATA OUT
(выход данных) генератора данных, содержащегося в PU-253.
4 Соедините канал 2 осциллографа с выходом 16 кГц
CLOCK AND CARRIER генератора синхронизирующих импульсов и несущей.
5 Подсоедините
наружный триггерный вход осциллографа к выходу SYNC OUT (ВЫХОД СИНХР.)
генератора данных, содержащегося в РU-253 и настройте органы управления
триггера так, чтобы получить
устойчивое, четкое изображение.
6 Включите
питание.
7 Зарисуйте временную диаграмму по показанию
осциллографа и найдите период импульса. Зная период, запишите для справок две
последовательности данных (длиной 24-1=15 и 28-1=255),
генерируемых генератором данных. Более длинная последовательность может быть
получена путём установления развертки
(х5).
ПРИМЕЧАНИЕ:
Последовательность данных NRZ – закодирована (без возвращения к нулю).
1.5.2 Код NZR
1.5.2.1 Характеристики кода NRZ
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Используйте осциллограф для измерения соотношения фаз между сигналом синхронизации 16 кГц, генерируемым генератором синхронизирующих импульсов и несущей, и формой сигнала данных от генератора данных. Начертите временную диаграмму.
3 Используйте универсальный прибор для измерения средней величины постоянного тока, сопровождающей сигнал данных обеих последовательностей 24-1 и 28-1.
4 Повторите п.2 и 3 для других скоростей данных. В каждом случае выберите подходящий синхронизирующий сигнал.
1.5.2.2 Регенератор NRZ
1 Соберите схему показанную на рисунке 1.3.
2 Сделайте следующие соединения:
- Выберите скорость 16 Кбит/с на генераторе данных.
- Соедините вход сигнала данных ко входу DATA IN регенератора NRZ (без возвращения к нулю), 16 кГц - ко входу CK IN, содержащегося в блоке DIGICOM-1/1.
3 Сравните форму сигнала данных, появляющуюся на выходе NZR OUT регенератора, с исходной последовательностью данных. Начертите временную диаграмму, показывающую соотношение фаз между этими формами сигнала.
4 Соедините выход DATA OUT генератора данных со входом DATA IN BASEBAND LOWPASS FILTER (фильтра нижних частот) и соедините выход данных DATA OUT ФНЧ со входом данных DATA регенератора NRZ. Установите переключатель ФНЧ LOWPASS FILTER в положение ON (вкл.) и по вторите шаг 3, приведенный выше.
5 Повторите шаги от 2 до 4 при скоростях данных 8 Кбит/с и 32 Кбит/с. Используйте в каждом случае подходящие синхронизирующие сигналы.
1 – генератор данных; 2
– генератор синхроимпульсов и несущей; 3 – регенератор NRZ.
Рисунок 1.3 Блок-схема соединений.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения правильной регенерации можно использовать синхронизирующий сигнал 16 кГц. Выберите сигнал, дающий наилучшие результаты.
1.5.3 Код RZ (с возвращением к нулю)
1.5.3.1 Характеристики кода
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Соберите схему показанную на рисунке 1.4.
- Соедините вход сигнала данных ко входу NZR IN, кодирующего устройства RZ с возвращением к нулю (RZ ENCODER), который содержится в блоке DIGIСOM-1/1.
- Подайте синхроимпульсы 16 кГц на вход CK IN.
3 Используйте осциллограф для сравнения форм сигналов NZR и RZ и начертите соответствующие временные диаграммы.
4 Используйте универсальный измерительный прибор для измерения средней составляющей постоянного тока закодированного сигнала.
5 Повторите шаги от 2 до 4 при других скоростях данных убедитесь в использовании подходящих синхронизирующих сигналов.
Дата generator clock and carrier generator rz
encoder 16 KHz Data out sync out ckin nrz in rz out тригг. вход осц-фа
digicom – 1/1
PU - 253
Рисунок 1.4. Блок схема соединений.
1.5.4 RZ декодирование
1 Соберите схему показанную на рисунке 1.5.
2 Выберите скорость данных 8 Кбит/с и поставьте переключатель LOW-PASS FILTER (ФНЧ) в положение OFF (выкл.).
3 Сравните форму сигнала, появляющегося на выходе NRZ OUT регенератора данных, с первоначальной последовательностью данных. Начертите временные диаграммы, показывающие формы сигналов во всех точках межсоединений.
4 Поставьте переключатели ФНЧ в положение ON (вкл.) и повторите шаг 3, указанный выше.
5 Повторите шаги 3 и 4 при скорости данных 16 Кбит/с. Убедитесь в использовании синхросигналов с частотой 16 и 32 кГц, вместо 8 и 16 кГц, соответственно. Запишите любые необычные проблемы.
1 – генератор данных,1.1 – выход данных, 2 – генератор
синхронизирующих импульсов и несущей, 2.1 – 8 кГц, 2.2 – 16 кГц, 3 – кодирующее
устройство RZ, 3.1 – вход NRZ, 3.2 – вход СК, 3.3 – вход RZ, 4 – полосовой
фильтр низких частот модулирующих сигналов, 4.1 – вход данных, 4.2 – выход
данных, 5 – сдвигающее устройство (фазовращатель)
Рисунок 1.5 ДЕКОДЕР RZ
1.5.5 AMI - инверсии знакопеременных меток
1.5.5.1 Характеристики кода
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Соберите схему показанную на рисунке 1.6.
3 Проверьте работу фазовращателя 90°. Начертите временную диаграмму, закодированного сигнала.
4 Используйте осциллограф для сравнения формы сигналов NRZ и AMI и начертите соответствующие временные диаграммы.
5 Используйте универсальный измерительный прибор для измерения средней составляющей постоянного тока закодированного сигнала.
6 Повторите шаги от 2 до 4 при других скоростях данных. Убедитесь в том, что частота синхронизирующих сигналов изменилась пропорционально скорости данных.
Data generator Data out f in clock and carrier generator 16 KHz 32 KHz 900 phase shifter ami encoder pu-253 digicom –1/1 digicom –1/2 ck in Data in 2f in out
1 – генератор данных, 1.1 – выход данных, 2 –
генератор синхронизирующих импульсов и несущей, 2.1 – 16 кГц, 2.2 – 32 кГц, 3 -
Рисунок.1.6 Кодирующее устройство AMI
1.5.6 Декодирование АMI
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Соберите схему показанную на рисунке 1.7.
3 Соедините вход AMI IN регенератора AMI к выходу AMI OUT цепи, показанной на рисунке 1.7, и соедините вход СК IN регенератора с выходом 16 кГц генератора синхросигналов и несущей.
4 Сравните форму сигнала, появляющуюся на выходе NRZ OUT регенератора данных с первоначальной последовательностью данных. Начертите временные диаграммы, показывающие формы во всех точках соединения.
pigicom
– 1/2 clock and carrier generator ami
regenerator ckin ami in nrz out рис.
1.5. out
digicom – 1/1
PU - 253
Рисунок 1.7. Схема соединений
1.5.7 BI – фазный код
1.5.7.1 Характеристики кода
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Соберите схему как показано 1.8.
- Подключите вход сигнала данных ко входу NRZ IN bi – фазного кодирующего устройства, содержащегося на блоке DIGICOM-1/1
- Подайте синхроимпульсы 16 кГц на вход CK IN.
3 Используйте осциллограф для сравнения форм сигналов NRZ и bi – фаз и начертите соответствующие временные диаграммы.
4 Используйте универсальный измерительный прибор для измерения средней составляющей постоянного тока закодированного сигнала.
5 Повторите шаги от 2 до 4 при других скоростях данных. Убедитесь в использовании подходящих синхронизирующих сигналов.
Data regenerator Data out 1 pu-253 3 bi-f encoder digicom–1/1 NRZ in NRZ out
Рисунок 1.8 Схема соединений
1.5.8 BI-фазное декодирование
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Соедините вход BI-F IN декодера с выходом кодирующего устройства(BI-F ENCODER). Подсоедините синхросигнал 16кГц ко входу CK IN декодера.
3 Сравните форму сигналов, появляющуюся на выходе NRZ OUT регенератора данных с первоначальной последовательностью данных. Начертите временные диаграммы, показывающие формы сигналов во всех точках межсоединений.
4 Выключите питание и разберите схему.
1.6 Анализ результатов
1 Начертите временные диаграммы, показывающие формы сигналов, снятые во время эксперимента.
2 Проанализируйте влияние фильтра низких частот на форму сигнала и его декодирование.
1.7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 Объясните необходимость применение линейных кодов.
2 Объясните назначение регенератора и какую функцию они выполняют?
3 Для чего необходим ФНЧ?
4 Отметьте характеристики кодов NRZ, RZ, AMI, BI-F.
5 Нарисуйте энергетический спектр при биполярном преобразовании кода.
6 Укажите, какие требования предъявляются к линейным кодам?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
МОДУЛИРОВАНИЕ ДАННЫХ В МНОГОУРОВНЕВОМ КОДЕ
2.1. Цель работы
Изучение характеристики кодов при модулировании данных в многоуровневом коде и типичные кодирующие устройства и декодеры.
2.2. Домашнее задание
Изучить принципы кодирования с применением многоуровневого кода.
2.3. Описание лабораторной установки
В данной лабораторной работе используется блок DIGIСOM-1/3 вместе с блоком аппаратуры служебного канала PU-253. Они получают питание +12 В от источника электроэнергии А, -12 В от источника энергии В и ±5 В от источника энергии F (соберите схему рис.1.1).
2.4. Рабочее задание
2.4.1 Четырехуровневое кодирующее устройство
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с и длину последовательности 28-1 бит.
2 Cоберите схему как показано на рисунке 2.1.
- Соедините выход DATA OUT генератора данных ко входу DATA IN четырёхуровневого кодирующего устройства, содержащегося на блоке DIGIСOM-1/3. Подайте синхросигнал 16 Кбит/с на входу CK IN кодирующего устройства.
Data regenerator clock and carrier generator four
– level encoder 16 KHz Data out ckin data in nrz
pu - 253
digicom – 1/3
Рис.2.1. Блок схема соединений.
3 Используйте осциллограф для сравнения форм сигналов NRZ и многоуровневого и начертите соответствующие временные диаграммы. Обратите особое внимание на среднее время между пересечениями нулевого уровня четырёхуровневой формы сигнала.
4 Используйте универсальный измерительный прибор для измерения среднего значения составляющей постоянного тока закодированного сигнала.
5 Повторите шаги от 2 до 4 при других скоростях данных. Убедитесь в использовании подходящих синхросигналов.
2.4.2 Четырехуровневый декодер
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с и последовательность длиной 28-1 бит.
2 Подсоедините выход 4-LEVEL OUT кодирующего устройства (рис. 2.1) ко входу четырёхуровневого регенератора (4-LEBEL REGENEATOR), а синхросигнал 8 кГц ко входу СК/2 IN и синхросигнал 16 кГц ко входу CK IN.
3 Cравните форму сигналов, появляющуюся на выходе NRZ OUT регенератора данных с первоначальной последовательностью данных. Начертите временные диаграммы, показывающие формы сигналов во всех точках межсоединений.
Выключите оборудование и разберите схему.
2.5 Анализ результатов
1 Начертите временные диаграммы, показывающие формы волн, записанных во время эксперимента.
2 Вычислите среднюю частоту пересечений нулевого уровня четырёхуровневой формы волны.
2.6 Контрольные вопросы
1 Чему равна скорость передачи сигналов при применении многоуровневых кодов?
2 Укажите, где применяются многоуровневые коды.
3 Почему недопустимо превышение заданной полосы при применении многоуровневых кодов?
4 В чем заключается принцип работы модулятора и демодулятора для 4-х уровневой ФМ?
5 Определите вероятность ошибок при применении многоуровневых кодов?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
№3
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТАКТОВОЙ
СИНХРОНИЗАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДАННЫХ
3.1 Цель работы
Изучение характеристики
цепей восстановления тактовой синхронизации для использования в системах
передачи цифровой информации.
3.2 Домашнее задание
Изучить цепь фазовой автоматической подстройки частоты
ФАЧП (PLL).
3.3 Описание лабораторной установки
В данной лабораторной работе
используются аппаратура служебного канала PU-253 и блок DIGIСOM-1/1. Блоки
получают питание от главной панели (рис.1.1).
3.4 Рабочее задание
3.4.1 Ознакомление с работой цепи восстановления тактовой
синхронизации
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Подайте сигнал в виде меандра 8.0 кГц от генератора
синхроимпульсов и несущей (CLOCK AND CARRIER GENERATOR) на вход сигнала цепи восстановления
тактовой синхронизации (SIGNAL INPUT). Проконтролируйте, данную частоту
частотомером.
3 Проконтролируйте, чтобы индикатор потери синхронизации
LOS OF SYNC цепи восстановления синхронизации погас после подачи входного сигнала
и начинал мигать, когда сигнал снимается, а вход SYGNAL INPUT соединён с
заземлением.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если индикатор
потери синхронизации LOS OF SYNC вспыхивает на слишком длительное время,
нажмите на кнопку гашения RESET и ждите несколько секунд.
4 Сравните входные формы сигналов с каждой из восьми
форм сигналов на выходе. Начертите подходящие временные диаграммы и измерьте
входные и выходные частоты с помощью частотомера.
5 Повторите
шаги 3 и 4 при установке переключателя скорости данных на 32 и 64 кГц при
частоте входного сигнала 16 и 32 кГц, соответственно.
3.4.2 Измерение характеристик цепи восстановления тактовой
синхронизации
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Подайте синхросигнал от генератора синхронизирующих
импульсов и несущей (CLOCK AND GENERATOR) на вход данных DATA IN (LOW PASS
FILTER) фильтра низких частот. Проконтролируйте частоту частотомером.
3 Соедините
выхода данных DATA OUT ФНЧ ко входу (SIGNAL INPUT) сигнала цепи
восстановления тактовой синхронизации.
4 Поставьте переключатель генератора шума NOISE
GENERATOR в положение выключено OFF; установите переключатель ФНЧ LOW PAS
FILTER в положение включено ON.
5 Проверьте, что индикатор потери синхронизации LOS OF
SYNC цепи восстановления синхронизации гаснет после приложения входного сигнала
и начинает вспыхивать, когда сигнал выключен и вход сигнала SIGNAL INPUT соединен
с заземлением.
6 Сравните форму сигналов на входе с каждой из восьми
форм сигналов на выходе. Начертите, соответствующие временные диаграммы и
измерьте счетчиком частоты на входе и выходе.
7 Подсоедините милливольтметр переменного тока к
выходу DATA OUT фильтра низких частот и измерьте напряжение сигнала переменного
тока. Отсоедините сигнал, установите переключатель шума NOISE в положение
включено ON и отрегулируйте напряжение шума на 1/32 напряжения сигнала; это
дает отношение сигнал/шум 30 дБ.
8 Повторите шаги от
3 до 6 выше.
9 Повторите шаги от
3 до 8 при отношениях сигнал/шум 20 дБ ( соотношение напряжений 10:1 ),
15 дБ (соотношение напряжений 5:1 ), 12 дБ ( соотношение напряжений 4:1 ) и 10
дБ ( соотношение напряжений 3.2:1 ).
3.4.3 Работа с сигналами данных
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Подсоедините выход данных DATA OUT генератора данных
ко входу сигнала цепи восстановления тактовой синхронизации.
3 Проверьте, чтобы индикатор потери синхронизации LOSS
OF SYNC цепи восстановления тактовой синхронизации погас после подачи входного
сигнала и начал вспыхивать, когда подача сигнала отключена и вход сигнала SYGNAL
INPUT соединён с заземлением.
4 Сравните форму сигналов на входе с каждой из восьми
форм сигналов на выходе. Начертите подходящие временные диаграммы и измерьте
счётчиком частоты на входе и выходе.
5 Соберите
схему показанную на рисунке 3.1
1 - генератор данных, 1.1 –
выход данных, 2 – полосовой фильтр частот модулирующих сигналов, 2.1 – вход
данных, 2.2 – выход данных, 3 – цепь восстановления тактовой синхронизации, 3.1
– вход сигнала, 3.2 – 16кГц, 3.3 – 16кГц, 4 – генератор синхроимпульсов и
несущей, 4.1 – 16кГц, 5 – измеритель дрожания, 5.1 – вход 1, 5.2 – вход 2, 6 –
канал 1 к осциллографу, 7 – канал 2 к осциллографу.
Рисунок 3.1 Работа цепи
восстановления тактовой синхронизации
6 Поставьте переключатель генератора шума NOISE
GENERATOR в положение выключено OFF и переключатель ФНЧ LOW PASS FILTER в положение
включено ON.
7 Проверьте, чтобы индикатор потери синхронности LOSS
OF SYNC цепи восстановления тактовой синхронизации погас после подачи входного
сигнала и начинает вспыхивать, когда сигнала нет и вход сигнала SYGNAL INPUT
соединён с заземлением.
8 Используйте осциллограф для сравнения соотношения
синхронизации между входными данными в цепь восстановления тактовой синхронизации
и сигналом 16 кГц.
9 Добавьте шум к сигналу данных, как изложено в 3.2.7
и наблюдайте результирующее дрожание. Запишите среднее дрожание, показываемое
на измерителе дрожания и сравните с максимальным дрожанием, которое можно
наблюдать на экране осциллографа (как размытую часть отображаемых сигналов).
3.4.4 Работа фазовращателя
1 Выберите скорость данных 16 кГц.
2 Используйте рисунок 3.1 дополнительно соедините
выход
3 Проверьте, чтобы индикатор потери синхронизации LOSS
OF SYNC цепи восстановления синхронизации погас после подачи входного сигнала и
начинает мигать, когда сигнала нет и вход сигнала SIGNAL INPUT соединён с заземлением.
4 Используйте между выходами 16кГц и 32кГц цепи
тактовой синхронизации (CLOCK RECOVERY CIRCUIT) и тремя выходными сигналами
цепи фазовращателя, как функция положения потенциометра фазовращателя. Начертите временные диаграммы.
3.4.5 Регенератор данных
1 Выберите скорость данных 16 Кбит/с.
2 Соберите схему показанную на рисунке 3.1.
Дополнительно соедините вход данных
(DATA IN) регенератора RZ/NRZ к выходу данных (DATA OUT) фильтра полосы частот
модулирующих сигналов. Соедините выходной сигнал F цепи фазовращателя с входом
CK IN регенератора 18D.
3 Поставьте переключатель генератора шума NOISE GENERATOR
в положение выключено OFF и переключатель фильтра низких частот в положение
включено ON.
4 Начертите временные диаграммы, показывающие формы
сигналов на всех вводах и выводах.
5 Изменяйте положение ручки управления фазовращателя и
наблюдайте его влияние на синхронизирующие импульсы и форму сигналов регенерированных
данных. Настройте эту ручку управления для определения местоположения
возрастающего края
6 Соедините регенерированные данные ко входу данных
(DATA IN) измерителя коэффициента ошибок (error rate meter) и синхроимпульсы
7 Установите переключатель шума NOISE в положение
включено ON и приложите различные количества шума для получения соотношений сигнал/шум для получения соотношений сигнал/шум от 30дб
до потери пороговой величины синхронизации. Запишите зависимость коэффициента
ошибок и дрожания от соотношения сигнал/шум.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если индикатор
потери синхронизации вспыхивает слишком долго, нажмите кнопку гашения RESET и
выждите несколько секунд.
8 Повторите шаг 7. также для других настроек
фазовращателя, выбранных таким образом, что возрастающий край формы сигналов
регенерируемого синхроимпульса смещен на приблизительно на 1/10 интервала бита
от оптимального положения.
1 – регенератор интегр. и
разгрузки, 1.1 – выход, 1.2 – вход СК, 1.3 – вход данных, 2 – генератор данных,
2.1 – выход данных, 3 – полосовой фильтр частот модулирующих сигналов, 3.1 –
вход данных, 3.2 – выход данных, 4 – цепь восстановления тактовой синхронизации,
4.1 –
Рисунок 3.2 Работа цепи фазовращателя
3.4.6 Регенератор интегрирования и разгрузки
1 Выберите частоту данных 16Кбит/с.
2 Сохраните схему, как показано на рисунке 3.2.Только
подсоедините вместо регенератора RZ/NRZ соедините вход данных DATA IN
регенератора интегрирования и разгрузки 18D к выходу данных DATA OUT полосового
фильтра частот модулирующих сигналов(BASEBAND FILTER).
- Cоедините выходной сигнал
3 Поставьте переключатель генератора шума NOISE
GENERATOR в положение выключено OFF и переключатель ФНЧ в положение включено
ON.
4 Начертите временные диаграммы, показывающие формы
сигналов на всех входах и выходах.
5 Изменяйте положение ручки управления фазовращателя и
наблюдайте его влияние на синхронизацию и формы сигналов регенерированных данных.
Настройте эту ручку управления на определение местоположения возрастающего края
6 Cоедините регенерированные данные регенератора 18D
ко входу данных DATA IN измерителя коэффициента ошибок и синхроимпульсы
7 Установите переключатель шума NOISE в положение
включено ON и приложите различные количества шума для получения соотношений сигнал/шум
от 30дБ до потери пороговой величины синхронизации. Запишите зависимость
коэффициента ошибок и дрожание от соотношения сигнал/шум.П
ПРИМЕЧАНИЕ: Если индикатор
потери синхронизации вспыхивает слишком долго, нажмите кнопку гашения RESET и
выждите несколько секунд.
8 Повторите шаг ж также для двух других настроек
фазовращателя, выбранных таким образом, что возрастающий край формы сигналов
регенерированного синхроимпульса смещён приблизительно на 1/10 интервала бита
от оптимального положения.
3.5 Анализ результатов
1 Начертите временные диаграммы для форм сигналов,
измеренных во время эксперимента.
2 Начертите кривые, показывающие зависимость
коэффициента ошибок от соотношения сигнала к шуму при выборочных точках оптимальной
настройки и смещения от оптимума.
3 Объясните различие между кривыми коэффициента
ошибок, полученными во время этого эксперимента.
4 Сравните характеристики двух типов регенераторов,
использованных в данном эксперименте.
3.6 Контрольные вопросы
1 Для чего необходим ФАПЧ?
2 Объясните принцип выделения тактовой частоты.
3 Укажите назначение тактовой синхронизации и
приведите структурную схему приемника тактовой синхронизации.
4 Отметьте, какой способ является методом пассивной
фильтрации?
5 Перечислите недостатки ВТЧ.
6 Объясните принципы восстановления данных.
7 Какую роль в данной схеме выполняет ФНЧ?
8 Приведите отношение сигнал – шум в данной работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНОЙ
МОДУЛЯЦИИ; БИ – ТЕРНАРНОЕ
КОДИРОВАНИЕ
4.1 Цель работы
Целью данной работы является
характеристики битернарного кода и типичные устройства кодирования и декодеры.
4.2 Домашнее задание
Следует изучить принципы
формирования импульсной модуляции и би-тернарного кодирования.
4.3 Описание лабораторной установки
В данной лабораторной работе используется блок
DIGICOM –
1/2 вместе с аппаратурой служебного канала
PU-253. Они получают питание +12 В от источника электроэнергии А, -12 В от
источника электроэнергии В и ± 5 В от источника F
(рис.1.1).
4.4 Рабочее
задание
4.4.1 Характеристики кодирующего фильтра
а) Измерьте амплитудно -
частотную характеристику фильтра, содержащегося в блоке DIGIСOM – 1/2 .
б) Приложите сигнал
прямоугольной формы сигналов изменяемой частоты (1кГц до 50кГц) ко входу и
точно запишите получаемые в результате на выходе формы сигналов и их
соотношение ко входу.
4.4.2 Работа кодирующего устройства
а) Выберите скорость данных
32 Кбит/с.
б) Соедините выход данных
DATA OUT генератора данных ко входу IN терминала блока фильтра (filter unit)
Digicom – 1/2.
в) Начертите временные
диаграммы, показывающие входные и выходные формы сигналов.
г) Наблюдайте индикаторную
диаграмму сигнала, появляющегося на выходе фильтра, путём синхронизации
осциллографа с синхронизирующим сигналом. Запишите эту диаграмму.
д) Повторите процедуру,
приведённую в б и в выше при скоростях данных 16Кбит/с и 64Кбит/с.
4.4.3 Битернарный декодер
1 Выберите скорость данных 32 Кбит/с.
2 Соберите схему как показано на рисунке 4.1.
- Соедините выход данных
DATA OUT генератора данных ко входному терминалу IN фильтра.
Data regenerator clock and carrier generator terminal
of
the filter 32 KHz Data out ckin in out осц-ф biternarny regenerator
digicom
pu - 253
- Соедините выход
фильтра (OUT FILTER) ко входу данных
DATA IN битернарного регенератора. Подсоедините синхроимпульсы
Рисунок 4.1. Работа битернарного декодера.
3 Отобразите индикаторную диаграмму битернарного
сигнала (См. 4.1) на экране осциллографа, как показано на рисунке 4.2.
1 – восстановленный
синхронизирующий сигнал 32кГц, 2 – оптимальные уровни ограничения, 3 –
примечание: используйте связь по переменному току при отображении на дисплее
индикаторной диаграммы.
Рисунок 4.2 Оптимальная настройка момента замера
4 Отрегулируйте опорные уровни битернарного декодера
(cм. рис. 4.2) в соответствии с приведенными ниже указаниями.
5 Соберите схему как показано на рисунке 4.3.
а) Используйте связь по постоянному току на канале,
подсоединённому к отводу от средней точки потенциометра PI и связь по
переменному току на канале, подсоединённому ко входу данных DATA IN
битернарного регенератора. Установите оба V/DIV на ту же настройку (2 канала
осциллографа).
б) Отсоедините входной сигнал от полосового фильтра частот
модулирующих сигналов.
1 – вход данных, 2 –
компаратор, 3 – выход, 4 – битернарный регенератор, 5 – вход СК, 6 – опорное
напряжение.
Рисунок 4.3 Схема подачи
опорных напряжений к битернарному регенератору
в) Поворачивайте
потенциометр РI до того крайнего положения, которое даст равные напряжения на
двух концах PI (PI настроен на минимальное сопротивление).
е) Настройте ручки
разбаланса постоянного тока двух каналов осциллографа, пока кривые не совпадут.
г) Подсоедините пробник
связанного по переменному току канала к выходу данных DATA OUT полосового
фильтра и снова подсоедините входной сигнал к этому фильтру.
5 Отрегулируйте потенциометр PI при измерении
напряжения на нижнем конце PI, пока
кривая, показанная на связанном по постоянному току канале, пересечет индикаторную
диаграмму на нижнем уровне оптимального замера (уровень, при котором горизонтальное
окно индикаторного изображения максимально).
6 Наблюдайте формы сигналов во всех точках входа и
выхода и начертите временные диаграммы, показывающие формы сигналов сигналов.
Укажите время задержки декодирования.
ПРИМЕЧАНИЕ: Может оказаться
необходимым использовать синхроимпульсы 32 кГц для получения подходящей
регенерации.
4.4.4 Работа битернарной системы
1 Выберите скорость данных 32Кбит/с.
2 Соберите схему как показано на рисунке 4.4.
3 Поставьте оба переключателя: шума NOISE и ФНЧ LOW
PASS FILTER в положение выключено OFF (выкл).
4 На экране осциллографа отобразите индикаторную
диаграмму битернарного сигнала как показано на рис. 4.2. Для этого
отрегулируйте опорные уровни битернарного декодера (смотрите рис. 4.3) как
изложено ниже:
а) Используйте связь по
постоянному току на канале, подсоединенному к отводу от средней точки
потенциометра PI, и связь по переменному току на канале, подсоединённом ко
входу данных DATA IN битернарного регенератора. Установите оба V/DIV на ту же настройку.
б) Отсоедините входной
сигнал от фильтра полосы частот модулирующих сигналов.
в) Поворачивайте
потенциометр PI до такого крайнего положения, при котором напряжения на двух
концах PI равны (PI настроен на минимальное сопротивление).
г) Отрегулируйте ручки
управления разбаланса постоянного тока двух каналов осциллографа так, чтобы
кривые совпадали.
д) Соедините пробник,
связанного по переменному току канала, с выходом данных DATA OUT фильтра полосы
частот модулирующих сигналов и подсоедините снова входной сигнал к этому
фильтру.
е) Отрегулируйте
потенциометр PI при измерении напряжения на нижней стороне PI пока кривая,
показанная на связанном по постоянному току канале пересечёт индикаторную
диаграмму на нижнем оптимальном уровне выборки (уровень, при котором горизонтальное
окно индикаторной картины максимально).
1 – генератор
синхроимпульсов и несущей, 1.1 – 32кГц, 2 – генератор данных, 2.1 – выход данных,
3 – полосовой фильтр частот модулирующих сигналов, 3.1 – вход данных, 3.2 –
выход данных, 4 – цепь восстановления синхронизации, 4.1 – 64кГц, 5 –
измеритель коэффициента ошибок, 5.1 –
вход данных, 5.2 – вход СК, 6 – измеритель дрожания, 6.1 – вход 1, 6.2 – вход
2, 7 - фазовращатель, 7.1 – вход 2F, 8
– фильтр, 8.1 – вход, 8.2 – выход, 9 – битернарный регенератор, 9.1 – вход
данных, 9.2 – вход СК, 9.3 – выход NRZ.
Рисунок 4.4 Схема для би-тернарной системы.
5 Проверьте соотношение фаз между восстановленным
сигналом синхронизации 32кГц, появляющимся на выходах цепи восстановления
тактовой синхронизации и фазовращателя, и битернарным сигналом.
6 Отрегулируйте фазовращатель так, чтобы привести
возрастающий край восстановленного синхронизирующего сигнала к оптимальной
точке выборки (максимальное вертикальное окно). При необходимости замените сигнал
64кГц сигналом
7 Поставьте переключатель шума NOISE в положение
включено ON и подайте различные уровни шума для получения соотношений
сигнал/шум от 30дБ и ниже до потери порога синхронизации. Запишите зависимость
коэффициента ошибок и дрожания от соотношения сигнал/шум.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если индикатор
потери синхронизации LOSS OF SYNC вспыхивает
слишком длительное время, нажмите кнопку гашения RESET и выждите несколько секунд.
8 Повторите шаг 7 для двух других настроек
фазовращателя, выбранных таким образом, чтобы возрастающий край
регенерированных форм синхронизирующих импульсов был смещён примерно на 1/10
интервала бита от оптимального положения.
4.5 Анализ результатов
1 Постройте график амплитудно-частотной характеристики
фильтра в линейном и логарифмическом масштабах.
2 Начертите временные диаграммы, показывающие
зависимость формы выходного сигнала от частоты, измеренной в 4.1.2. Вычислите
время задержки фильтра и выразите в процентах от длительности интервала бита
при 32Кбит/с.
3 Начертите временные диаграммы, показывающие
измеренные битернарные сигналы, и отметьте интервалы отдельных битов, как они
появляются на выходе кодирующего устройства. Отметьте оптимальные уровни
ограничения по максимуму и минимуму и сравните результирующую последовательность
на выходе с последовательностью, прогнозируемой правилами битернарного кодирования.
4 Начертите временные диаграммы, показывающие сигналы
входа и выхода декодера. Вычислите время задержки декодирования и выразите его
в процентах от интервала бита при 32 Кбит/с.
5 Вычислите полную задержку через битернарную систему
и сравните с измеренными результатами.
6 Постройте кривые зависимости измеренного
коэффициента ошибок от соотношения сигнал/шум. Сравните характеристики с
показателями бинарной системы NRZ (измеренными в эксперименте 3).
7 Пранализируйте влияние не оптимальной настройки
точки выборки и сравните ухудшение с тем, которое наблюдается в бинарной NRZ
системе.
4.6 Контрольные вопросы
1 Какой код был реализован в работе: 3В2Т, 4В3Т, 9В6Q,
9B6QI, 2B1QI, 2B4QI, 5B2S, 2B3H или какой-либо другой?
2 Приведите важнейшие характеристики блочных и
алфавитных кодов. Как решаются вопросы в приемнике сигналов многопозиционного
кода?
3 Отметьте преимущества и недостатки алфавитных и
блочных кодов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
№5
СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНОЙ
МОДУЛЯЦИИ; ДВОЙНОЕ –
ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ
5.1 Цель работы
Изучить характеристики и
работу двойных – двоичных (дуо-бинарных) систем и типичные цепи кодирования и
декодирования.
5.2 Домашнее задание
Следует изучить принципы
импульсной модуляции и дуо-бинарного кодирования.
5.3 Описание лабораторной установки
В данной лабораторной работе
используется DIGIСOM – ½ вместе с аппаратурой служебного канала PU –
253. Они получают питание от главной панели (рис. 1).
5.4 Рабочее задание
5.4.1 Характеристика кодирующего фильтра
1 Измерьте АЧХ фильтра, содержащегося в блоке DIGIСOM
– 1/2.
2 Подайте сигналы прямоугольной формы переменной
частоты (от 1кГц до 50кГц) ко входу и точно запишите результирующую форму
сигналов на выходе и её соотношение ко входу.
5.4.2 Работа кодирующего устройства
1 Выберите скорость данных 32Кбит/с.
2 Соберите схему как показано на рисунке 5.1:
-
Соедините
выход данных DATA OUT генератора данных ко входному терминалу NRZ/N предкодера.
-
Подайте
синхросигнал 16 кГц (CLOCK AN CARRIER GENERATOR) ко входу CKIN предкодера.
3 С помощью осциллографа начертите временные диаграммы
на входе и на выходе.
4 Для завершения цепи кодирующего устройства
подсоедините выход предкодера ко входу фильтра. Начертите временные диаграммы,
показывающие формы сигналов на входе и на выходе. Отметьте, что кодирующее устройство
накладывает однобитовую задержку.
1 – генератор данных, 1.1 –
выход данных, 1.2 – выход синхр., 2 – генератор синхроимпульсов и несущей, 2.1,
2.2 – 32кГц, 3 – пердкодер, 3.1 – вход СК, 3.2 – выход, 3.3 – вход NRZ, 4 –
фильтр, 4.1 – вход, 4.2 – выход.
Рисунок 5.1.Схема для измерения
характеристик дуо – бинарного кодирующего устройства
5 Наблюдайте индикаторную диаграмму сигнала,
появляющуюся на выходе фильтра, синхронизируя осциллографа с синхронизирующим
сигналом. Запишите изображение.
6 Повторите в, г и д при скоростях данных 16 Кбит/с и
64Кбит/с.
1 – генератор данных, 1.1 –
выход данных, 1.2 – выход синхр., 2 – генератор синхроимпульсов и несущей, 2.1,
2.2 – 32кГц, 3 – предкодер, 3.1 – вход NRZ, 3.2 – вход СК, 3.3 – выход, 4 –
фильтр, 4.1 – вход, 4.2 – выход, 5 – дуо – бинарный регенератор, 5.1 - вход
NRZ, 5.2 – вход СК, 5.3 - выход NRZ, 5.4 – опорное напряжение.
Рисунок 5.2 Cхема для
измерения характеристик дуо – бинарного декодера
5.4.3 Дуо – бинарный декодер
1 Выберите скорость данных 32Кбит/с.
2 Сохраните схему 5.1 и дополнительно соберите схему
как показано на рисунке 5.2.
-
Соедините
выход фильтра ко входу дуо – бинарного регенератора.
-
Соедините
синхроимпульсы
3 Наблюдайте форму сигналов во всех точках входа и
выхода и начертите временные диаграммы, показывающие формы сигналов сигнала.
Отметьте запаздывание декодирования.
5.4.4 Работа дуо-бинарной системы
1 Выберите скорость данных 32 Кбит/с.
2 Соберите схему как
показано на рисунке 5.3.
3 Поставьте переключатели шума NOISE и ФНЧ в положение
выключено OFF.
4 Разъедините оба пробника от цепи и настройте ручки
управления осциллографа так, чтобы обе кривые совпали. Используйте связь по
постоянному току и одинаковые настройки V/DIV на обоих каналах.
5 Отобразите индикаторную диаграмму выпрямленного дуо
– бинарного сигнала, появляющегося на ТР5.
6 Настройте потенциометр РI так, чтобы опорный уровень
регенератора приводился к оптимальному уровню ограничения по максимуму и минимуму
(уровень, при котором горизонтальное окно индикации максимально).
7 Проверьте соотношение фаз между восстановленными
синхросигналами
8 Установите переключатель шума NOISE в положение
включено ON и приложите различные количества шума для получения соотношения сигнал/шум
от 30дБ и ниже до потери порога синхронизации. Запишите зависимость
коэффициента ошибки и дрожания от соотношения сигнал/шум.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если индикатор
потери синхронизации вспыхивает на слишком длительное время, нажмите кнопку
гашения RESET и выждите несколько секунд.
9 Повторите шаг 8 при двух других настройках
фазовращателя, выбранных так, чтобы возрастающий край восстановленных форм
сигналов синхроимпульсов был смещён примерно на 1/10 интервала бита от
оптимального положения.
1 – генератор данных, 1.1 –
выход данных, 2 – полосовой фильтр частот модулирующих сигналов, 2.1 – вход
данных, 2.2 – выход данных, 3 – цепь восстановления тактовой синхронизации, 3.1
- вход сигнала, 3.2 – 64кГц, 3.3 – 64кГц, 4 – фазовращатель, 4.1 – вход 2F, 5 –
измеритель коэффициента ошибок, 5.1 – вход данных, 5.2 – вход СК, 6 – измеритель
дрожания, 6.1 – вход 2, 6.2 – вход 1, 7 – регенератор синхроимпульсов и
несущей, 7.1 – 32кГц, 8 – предкодер, 8.1 – вход данных, 8.2 – вход СК, 8.3 –
выход, 9 – фильтр, 9.1 – вход, 9.2 – выход, 10 – дуо – бинарный регенератор,
10.1 – вход данных, 10.2 – вход СК, 10.3 – выход NRZ, 10.4 – опорное
напряжение.
Рисунок 5.3 Испытательная установка для дуо – бинарной системы
5.5
Анализ
результатов
1 Постройте график АЧХ фильтра в линейном и
логарифмическом масштабах.
2 Начертите временные диаграммы, показывающие
зависимость формы выходного сигнала от частоты, измеренные в 5.1.2. Вычислите
время задержки фильтра и выразите его в процентах от длительного интервала бита
при 32Кбит/с.
3 Начертите временные диаграммы, показывающие
измеренные битернарные сигналы, и отметьте индивидуальные интервалы битов,
появляющихся на выходе кодирующего устройства. Отметьте оптимальные уровни
ограничения по максимуму и минимуму и сравните результирующую последовательность
на выходе с последовательностью, прогнозируемой по правилам битернарного
кодирования.
4 Начертите временные диаграммы, показывающие сигналы
декодера на входе и выходе. Вычислите время задержки декодирования и выразите
его в процентах от интервала бита при 32Кбит/с.
5 Вычислите полную задержку при прохождении через дуо
– бинарную систему и сравните с измеренными результатами.
6 Постройте графики кривых зависимости измеренных
коэффициентов ошибок от соотношения сигнал/шум. Сравните характеристики с
показателями бинарной системы NRZ, измеренными в эксперименте 3.
7 Проанализируйте влияние не оптимальной настройки
точки выборки и сравните ухудшение с результатами, наблюдаемыми в бинарной NRZ
системе.
5.6
Контрольные
вопросы
1 Укажите назначение дуо-бинарного кодирования.
2 Назовите методы приема сигнала с частичным откликом.
3 Нарисуйте выходные и входные сигналы при 3-х
уровневом частичном отклике.
4 Где используется 3-х уровневое дуо-бинарное
кодирование.
5 Нарисуйте спектр сигналов с корреляционным
преобразованием вида 1+Д, 1-Д, 1-Д2.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Левин
Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. - М.: Радио и связь, 1982 - 216 с.
2.
Цифровые
и аналоговые системы передачи: учебник для вузов /В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.
под ред. В.И. Иванова. – М.: Радио и связь, 1995. – 232с.
3.
Крухмалев
В.В., Гордиенко В.Н., Иванов В.И. Проектирование и техническая эксплуатация
систем передачи. – М.: Радио и связь, 1996. - 344 с.
4.
Баева
Н.Н. Многоканальная электросвязь и РРЛ. – М.: Радио и связь, 1988. - 312с.
5.
Беллами
Дж. Цифровая телефония: пер. с англ. -
М.: Радио и связь 1986. - 544с.
6.
Course DIGICOM – 1 Baseband data transmission. Degem
System 1988 – 32p.
СОДЕРЖАНИЕ
|
Общие сведения. |
4 |
|
Лабораторная работа №1. Представление данных в
двоичном коде |
5 |
|
Лабораторная работа №2. Представление данных в
многоуровневом коде |
14 |
|
Лабораторная работа №3. Восстановление тактовой
синхронизации и восстановление данных |
16 |
|
Лабораторная работа №4. Системы импульсной
модуляции, би-тернарное кодирование |
22 |
|
Лабораторная работа №5. Системы импульсной
модуляции; двойное-двойчное кодирование |
28 |
|
Список литературы |
33 |
Сводный план 1999г. , поз. 82
Алимжан Сергеевич Байкенов
Темирхан Касенович Бектыбаев
Катипа Сламбаевна Чежимбаева
ЦИФРОВЫЕ
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Методические указания к выполнению лабораторных работ
Редактор: В. В. Шилина
Подписано в
печать ___,___,___. Формат 60*84
Тираж 50 экз. Бумага
типографская N 1
Объем 2
уч.-изд. Л. Заказ
___. Цена _____тенге.
Ротапринт
Алматинского института энергетики и связи, 480013, г. Алматы, ул. Байтурсынова
126.