Коммерциялы емес  акционерлік қоғам 

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ 

Инженерлік кибернетика кафедрасы 

 

қолданбалы АҚПАРАТ теориясы 

 050702 – Автоматтандыру және басқару мамандығының студенттері үшін

зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар 

 

Алматы 2008

 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Ю. В. Шевяков, Ш.М.Байматаева. Қолданбалы ақпарат теориясы. 050702 – Автоматтандыру және басқару мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар. - Алматы: АЭжБИ, 2008.-37 б.

Без. 32, кесте 8 , әдеб. көрсеткіші – 8 атау.

 

Байланыс, басқару және бақылау жүйелерінде сигналдарды цифрлы өңдеу әдістерінің маңызы зор және біршама классикалық аналогты әдістерді ауыстырады. Қолданбалы ақпарат теориясы пәнінен зертханалық жұмыстарға әдістемелік нұсқаулар «SystemView» дискретті сигналдарды беруді жобалау жүйесі пакеті көмегімен модельдеуге негізделген. «SystemView» бағдарламасы байланыс жүйелерін, сигналдарды цифрлы өңдеу және оларды талдау құралдарын интуитивті түсінікті түрде қолдануға мүмкіндік береді.

  

1 № 1 зертханалық жұмыс. Дискретті сигналдардың спектрлерін зерттеу

 Жұмыстың мақсаты: дискретті сигналдардың спектрлік құрамын анықтауда сигналдарды алу әдістерімен танысу.

 1.1 Жұмыс бойынша тапсырмалар

1.1.1 Зертханалық жұмысты орындамас бұрын сигналдардың спектрлер және сигналдардың спектрлік сипаттамалары бойынша, берілген әдебиет бойынша теориялық мәліметтерді оқу.

1.1.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма және әдістемелік нұсқауды оқу.

1.1.3 Бақылау сұрақтарына жауап беру.

 1.2 Теориялық мәліметтер

Зертханалық жұмыстарды орындағанда «SystemView» пакеті қолданылады. «SystemView» пакеті:

         – күрделі цифрлы сигналдарды қолданатын кеңжолақты байланыс жүйелерінің модельдерін жасайтын;

-     олардың әртүрлі кедергі және шу жағдайындағы тәртібін талдау;

     –  цифрлы адаптивті фильтрлер жұмысының алгоритмдерін жасау

шексіз мүмкіншілігі бар қуатты интегралданған жобалау ортасы. Бағдарламаның қолданушы интерфейсі қарапайым және интуитивті. Пакет негізін барлық функционалды блоктар модельдерімен қамтамасыздандыратын әртүрлі арнайы кітапханалар қосылатын базалық модуль құрайды. 2.1 суретте «SystemView» модельдеу терезесі көрсетілген. Терезенің негізгі элементтері: инструменттер панелі, жағдай жолы, және модельдер панелі. Мәзір жолы келесі функцияларды көрсетеді: File (Файл), Edit (Түзету), View (Түр), Preferences (Қасиеттері), NotePads (Блокноттар), Connections (Қосулар), Compiler (Компилятор), System (Жүйе), Tokens (Модельдер), Tools (Инструменттер), и Help (Анықтама).

Инструменттер панелі келесі функцияларды орындайтын кнопкалардан тұрады:

жобалау терезесінде модельдер немесе модельдер тобымен басқару;

-     модельдеуді жіберу және тоқтату;

-     талдау терезесіне және басқа сервисті функцияларға қаратпа жасау.

Кітапханалар панелі модельдер немесе модельдер тобымен әртүрлі іс әрекеттер орындау үшін қолданылады. Таңдалған модельді ауыстыру үшін:

-  тышқан көмегімен керекті кнопканы басу;

-     алынған модельмен тышқанды басу күйінде курсорды ауыстыру.

Панель инструментінің және кітапханалар панелінің әр кнопкасы үшін қысқаша ақпарат бар. Ақпаратты көру үшін көрсеткіштерді керекті кнопкаға әкелу керек (1.1-сурет).

 

 


1.1 Сурет

 

Әдістемелік жұмыстарда қолданылатын барлық сұлбалар C:\ПТИ\... каталогында орнатылған.

Модельдеуді орындау үшін белгілі модельдерді біріктіріп жаңа жоба құру керек немесе бар жобаны ашу керек. Жобаны ашу үшін “File“ (Файл) мәзірін қолданып, “Open Existing System“(Жобаны ашу) таңдау керек. Экранда алынған құрылғы немесе жүйе шығады.

         Модельдеу процесін орындау үшін Run (Пуск) кнопкасын басу керек. Модельдеу барысында төменгі сол жақ бұрышта модельдеу қай кезеңде екенін көрсететін алмасатын жолақ пайда болады.

Модельдеу нәтижелері талдау терезесінде пайда болады. Талдау терезесіне көшу үшін инструменттер панеліндегі Analysis Window (Талдау терезесі) кнопкасын басу керек. Окно Analysis Window (Талдау терезесі) алынған мәліметтерді зерттеу және талдаудың негізгі терезесі болып табылады. «SystemView»-де зерттелетін жүйені оқып үйренуге керекті көптеген функциялар бар. Талдау терезесі 1.2-суретте көрсетілген.

 

 

1.2  Сурет

Талдау терезесінің бір ерекшелігі кез келген графикті өзгерту мүмкіндігі. Кез келген бір облысты қарау үшін оны тышқан көмегімен ерекшелеу керек. Бұл қасиет зерттелетін процестің кейбір бөлшектерін зерттеу үшін өте пайдалы. Бейнені бастапқы жағдайға қайтару үшін инструменталды панельде  Reset Scale кнопкасын басу керек немесе тышқанның оң кнопкасы арқылы Rescale операциясын алу керек. Сонда графикалық бейне бастапқы жағдайға түседі. Координаталарды қалыптастыру  LogY және  LogX кнопкалары көмегімен қалыптасады. Бұл кезде график координатасының бір осі логарифмдік масштабта беріледі.

 Терезелердің орналасуын келесі кнопкалармен өзгертуге болады Tile Vertical(Вертикалды орналастыру), Tile Horizontal (Горизонталды орналастыру) және Tile cascade (Каскадты орналастыру). Графикалық бейнелеулерді метафайлдар немесе нүктелі суреттер түрінде Windows басқа қосымшаларына экспорттау мүмкіндігі бар. «SystemView» нәтижелерін талдау үшін калькулятор бар. Калькуляторды шақыру үшін Талдау терезесінің төменгі жағындағы кнопкасын басу керек. «SystemView» туралы толық мағлұматты [1] әдебиеттен алуға болады.

 

1.3 Жұмысты өткізу әдісі

1.3.1 Төртбұрыш, үшбұрыш және гаусстық импульстер тізбегін қалыптастыру

System View-де Source, Sink, Function, Operator, Adder, Multiplier, MetaSystem I/O стандартты кітапханаларына қосылған функционалды элементтер бар. Source кітапханасында әртүрлі детерминирленген және кездейсоқ сигналдардың (Рeriodic, Noise/PN, Aperiodic және Import топтары) жиынтығы бар. Керекті сигналы бар топты таңдау SystemView Library диалогты терезесінің панелінде оның атын таңдау арқылы алынады.

1.3.1.1 Төртбұрышты формалы импульстер тізбегін генерациялау үшін Pulse Train көзі қолданылады. Оның келесі параметрлері бар:

Amplitude – амплитуда, В;

Frequencyжиілік, Гц;

Pulse width –  импульстің ұзындығы, с;

Offsetығысу, В;

Phase (deg) – бастапқы фаза, град

Pulse Train қолдану мысалы 1.3 суретте көрсетілген

 

 

1.3 Сурет - Рulse Train көзін қолдану мысалы

 

1.3.1.2 Ара тәрізді импульстер тізбегін генерациялау үшін Sawtooth көзі қолданылады. Оның параметрлері:

Amplitude – амплитуда, В;

Frequency – жиілік, Гц;

Offset – ығысу, В;

Phase (deg) – бастапқы фаза, град.

1.3.1.3   екі гармоникалық кернеуді генерациялау Sinusoid көзін қолдану арқылы жасалады. Параметрлері:

Amplitude – амплитуда, В;

Frequency – жиілік, Гц;

Phase (deg) – бастапқы фаза, град.

 

1.4 Байланыс линияларымен жіберу үшін төртбұрышты импульсті сигналдарды қалыптастыру

Өткізу жолағын азайту үшін мәліметтер импульсінің спектріндегі жоғары жиілікті гармоникалардың деңгейін азайту керек. Демек, мәліметтерді жіберуге дейін импульстер төртбұрышты формаға ауысатын қалыптастырушы фильтр қолдану керек. Импульстердің төртбұрышты спектр тізбегі келесі амалмен беріледі [2]

Импульсті тізбекті қалыптастыру ұзақтығы 1/2400 тең болатын төртбұрышты импульсті беріліс функциясы бар цифрлы фильтр көмегімен орындалады.  squ_pulse.svu жүйесін ашыңыз (1.4-сурет).

         

 

 1.4 Сурет 

Бұл жүйеде төртбұрышты импульс қалыптастыратын фильтр үшін алынған бейнелеу берілген. Square Shaping модулі SystemView-дің сызықты жүйелік модулі болып табылады. SystemView кез келген модуль иконкасының сыртқы түрін өзгертуге мүмкіндік береді. Ауыстыру Custom Picture... контексті мәзірін қолдану арқылы жасалады:

а) төртбұрышты импульс қалыптастыратын импульсті беріліс функциясын және фильтр салмағын қарап шығыңыз (барлық қойылымдар 1/40 = 0.025 болғанда) және ол 40 салмақты элементі бар фильтр болып табылатындығына көз жеткізіңіз. Дискреттеу жиілігі 96000Гц тең деп алынған. Бұл фильтрдің импульсті беріліс сипаттамасының ұзақтығы

 

                                        

 

Фильтрдің жиілік сипаттамасы сызықты екендігіне көз жеткізіңіз.  Импульсті тізбектің жолақ енін бағалаңыз;

б) модельдеу процесін қайта жіберіп талдау терезесіне көшіңіз. Берілген импульстерді қарап шығыңыз және амплитудалы жиілік сипаттамаларын (спектр) қарап төртбұрышты импульстер тізбегін өткізу жолағын зерттеңіз;

в) таңдау санын 8192 көбейтіңіз және жүйені қайтадан жіберіңіз де талдау терезесіне көшіңіз.

ЕскертуСигналдың спектрлі сипаттамасы тегістелген болу керек.

 

1.5 Тапсырма. Төртбұрышты, ара тәрізді, синусоидалды сигналдар тізбегін қалыптастыру

1.5.1 Тапсырмалар нұсқалары 1.1 кестеде көрсетілген. 

                            1.1 К е с т е

Нұсқа нөмірі

Т, с

А, мм

Ts, с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

5

6

4

5

6

4

5

7

3

4

5

6

5

4

6

5

3

4

3

7

6

7

8

3

4

 

0,5

0,65

0,5

0,65

0,55

0,6

0,5

0,7

0,6

0,65

0,65

0,65

0,55

0,5

0,6

0,5

0,65

0,5

0,6

0,5

0,7

0,6

0,5

0,6

0,5

0,01

0,02

0,01

0,04

0,03

0,04

0,02

0,03

0,04

0,05

0,01

0,02

0,03

0,05

0,04

0,03

0,05

0,03

0,04

0,03

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

 

     1.6 Есеп берудің мазмұны

1.6.1 Теориядан қысқаша мәліметтер.

1.6.2 Сигналдардың экрандық бейнелері және олардың спектрлері.

1.6.3 Жасалған жұмыс бойынша қорытындылар.

 

1.7 Бақылау сұрақтары

1.7.1  Сигнал дегеніміз не?

1.7.2 Детерминирленген және кездейсоқ сигналдар, олардың айырмашылығы.

1.7.3 Сигналдың қайталану жиілігі f  және период Т  қандай байланыста? Дөңгелек жиілігі ω  сигналдың қайталану жиілігінен f  қалай байланысады?

1.7.4 Амплитудалы және фазалы спектрлердің анықтамасы.

1.7.5 Спектрдің  тиімді ені дегеніміз не?

1.7.6 Сигналдың базасы дегеніміз не?

1.7.7 Сигналдың базасы бірден кем бола маНеге?

1.7.8 Қандай сигнал кеңжолақты деп аталады?

 

№2 зертханалық жұмыс. Шекті берілісті импульсті функцияны (FIR) жобалау

 

Жұмыстың мақсаты: Шекті берілісті импульсті функциямен фильтрлерді жасау әдістерімен танысу

2.1 Жұмыс бойынша тапсырмалар

 

2.1.1. Ұсынылатын әдебиет бойынша әртүрлі типті шекті импульсті сипаттамалы фильтрлерді талдау әдістерімен танысу.

2.1.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма және әдістемелік нұсқауды оқу.

2.1.3 Бақылау сұрақтарына жауап беру.

 

2.2 Жұмысты орындауға әдістемелік нұсқаулар

Цифрлық фильтрлеу – ақпаратты тасымалдаудағы кілттік операция.  Жиілік жолағында сигналды фильтрлеу  - барлық байланыс жүйелерінде қолданылатын фундаменталды операция. Қарапайым мысал ретінде сөздік сигналдан жоғарғы жиілікті шуылды бөліп алу, немесе күрделі мысал ретінде  каналды теңестіру мақсатындағы спутниктен алынған мәліметтер символдарын цифрлық фильтрациялауды келтіруге болады. Цифрлық фильтрлер сигналдың стадиясын өзгерту үшін де қолданылады.

Цифрлық фильтрлер SystemView көмегімен оңай құрылады. 7.1. суретте көрсетілгендей 0-ден 1000 Гц-ке дейінгі номиналмен band-pass қарапайым төменгі жиілікті фильтрді жобалайық

 

                                         

 2.1 Сурет - 100000 Гц аймағындағы төменгі жиілікті фильтрдің шамасының амплитудасы

band-pass  өткізу жолағын арттыру 0 дБ қойылған. Бұл осы облыстағы жиіліктің төмендеуі – 0 дБ деген сөз, демек, тәуелділік сызықты болып табылады

                             20log10GAIN = 20log101 = 0 дБ.

                

                                  

 

2.2 Сурет - Сызықты жүйелердің диалогты терезесі (цифрлық фильтрлер)

 band-stop үшін – 0.01-ден сызықты тәуелділік:

                                   20log100.01 = 20log1010-2 = -40 дБ.

          2.2.1 Сызықты жүйелер және фильтрлер

 «Универсальный Оператор» таңдап,   батырмасын алыңыз, сосын   «Линейные системные фильтры».  2.2 суретте көрсетілгендей диалогты терезе пайда болады. 2.2 суретте көрсетілгендей диалогты терезені қолданғанда стандартты, төменгі жиілікті, жоғары жиілікті, жолақты және жолақты-қоршаушы band-stop FIR фильтрлерді, сондай-ақ  батырмасын таңдағанда IIR фильтрлерді жобалауға болады. CUSTOM  батырмасын таңдап, басқа да фильтрлерді жобалауға болады.

 

         2.2.2 Фильтрді жобалау

Ашылған диалог терезесінен  батырмасын  таңдап, «Проектирование FIR фильтра» сосын   батырмасын алыңыз. Фильтрдің өту жолағының жиіліктері таңдаудың бөлшек шамалары ретінде анықталған (нормальденген жиіліктер). 400 Гц өту жиілігі жолағы енімен және band-stop –40 дБ ге дейін төмендетіп 1000 Гц жолағын кесе бастайтын фильтрді анықтаңыз (таңдауды жасау жиілігі үшін). Жиіліктер параметрлері таңдауды жасайтын бөлшектер ретінде енгізілгеніне назар аударыңыз. Мысалы, өткізу жиілігінің жоғарғы салыстырмалы шекаралық жиілігі 0.1 дБ деп қойылған болсын. Бұл мәндерді енгізгеннен кейін төменде көрсетілгендей диалогты терезе пайда болады:

 

                         

                                                                     2.3  Сурет - Сызықты жүйелік фильтрлер

 батырмасын қолданғанда фильтрге  керекті талаптарды орындау үшін салмақтардың керекті санын анықтаңыз. Сонда  параметрлер терезесінде пайда болатын 51 жуық мәнді аласыз. Тышқанның сол жақ батырмасы көмегімен   батырмасын таңдаңыз.  Енді (ScrollBox) айналдыру жолағының  басында көрсетілген фильтрдің салмақ мәндерін (жүзулі нүктелі форматта) көре аласыз.

 батырмасын баспайынша жобалаудың басталмайтынына көңіл аударыңыз.  Енді салмақтар саны (weights)! анықталды. Бұл баға тиімді бола алмайды, демек  қолданатын Авто оптимизатор опциясы бар.

 

         2.2.3 Күшейту фильтрі

FIR-фильтрдің амплитудалық жиіліктік жауап қайтаруын қарап шығу үшін   диалогтық терезесінің төменгі  оң жағында орналасқан  батырмасына тышқанның сол жағымен бір рет басыңыз (7.2 сурет).  батырмасы импульсті беріліс функциясын қайтадан көрсетеді. Ctrl+Тышқанның сол жақ батырмасын басқан кезде диалогты терезе үлкейтіледі, ал Ctrl+Тышқанның оң жақ батырмасын басқанда панельдерді қосу/өшіру опциялары пайда болатынына назар аударыңыз. Сондай-ақ  диалогты терезесінің мәзірін қолданып, коэффициенттерді файлға сақтауға болады.

Алдыңғы іс әрекеттер кезінде жасалған фильтрді қолданып, жиілік пен жалпы цифрлық фильтрацияның айырмашылықтарын көрсету үшін  SystemView де модельдейміз. Егер  SystemView-дің студенттік версиясын қолдансаңыз, барлық жобаларыңыз 64 ең үлкен салмақтар санымен шектелген болады.

 

2.3 Төменгі жиілікті цифрлық  фильтрлеу

Бұл мысалда жоғарыда айтылған қарапайым төменгі жиілікті фильтрлеу жүйесін іске асырамыз. Ол үшін  төменгі жиілікті фильтр қолданатын боламыз (2.4 Сурет).

 

 
 

 

 

 

 

 

 

2.4 Сурет 

Тербелетін жиілік көзін 0.8192с. бастапқы жиілікпен және 4800Hz соңғы жиілікпен қойыңыз.

б)  жүйелік уақыт параметрлерінде дискреттеу жиілігін 10 000Hz деп, ал  таңдау санын 8192 деп алыңыз, демек модельдеу уақыты - 0.8191 секунд. Осылайша, сигнал жиілігінің тербелуі толығымен  дерлік 0-ден 5000Hz дейін Найквист жолағын қамтиды.

в) Тербелетін жиілікті FIR- фильтрдің кіріс сигналы ретінде қолданыңыз және екі құрылғының шығыстарын (тербелетін жиілік генераторы және фильтр) sink шығыс модуліне қосыңыз. Жүйені жіберіңіз және спектрдің амплитудасын қарап шығыңыз.  1200 Гц жоғары жиіліктер өшірілді ме?

г) -60 дБ және 500 Гц  төмендеуімен жаңа фильтр жобалаңыз.

 

2.3.1 Гаусстық шуылды фильтрлеу

2.3 пунктін кіріс сигналының көзі ретінде бұрын қолданылған сызықты тербетілген жиілікті көздің орнына Гаусс шуылы генераторын қолданып қайталаңыз. Алынған Гаусстың ақ шуылында “барлық” жиіліктер бар. Жиілік облыста талдау үшін System-Viewдің инструменталды құрылғыларын қолданыңыз.

                             

2.3.2 Жолақтық фильтрлеу

900 және 1200 Гц арасындағы жиіліктер жолағын беру үшін жолақтық фильтрді жобалаңыз. Керекті салмақтар санымен фильтрді жобалауға мүмкіндік беретін өткізу жиілігі жолағының енін таңдаңыз.

Егер студенттік версияны қолданатын болсаңыз, басуды қоршау жолағында  -40 дБ және екі жағынан өткізуші жолақты   400 Гц деп қою керек.

Жүйенің дұрыс жұмыс істейтіндігіне көз жеткізу үшін кіріс сигналы ретінде Гаусс немесе біртекті шуылды қолданыңыз.

2.5 Сурет 900-ден 1200 Гц шегіндегі фильтрдің (band-pass) өткізу жолағы шамасының амплитудасы

 
                      

 

 

2.4 Тапсырма. 2.1 және 2.2 тараудағы әдістемелік нұсқауларды қолданып шекті импульсті сипаттамалы фильтрді талдау керек. Жүйедегі дискреттеу жиілігі System Rate=100 Гц.  Тапсырмалар нұсқалары 2.1 кестеде көрсетілген

2.1 К е с т е

Нұсқа нөмірі

Фильтрдің типі

Өткізу жиілігінің жоғарғы салыстырмалы шекаралық жиілігі

Ұстау жолағының төменгі салыстырмалы шекаралық жиілігі

Өткізу жолағындағы беріліс коэффициенті, дБ

Ұстау жолағындағы беріліс коэффициенті, дБ

Өткізу жиілігіндегі бірқалыптылық емес

1

ТЖФ

0,2

0,25

0

-60

0,1

2

ТЖФ

0,05

0,055

0

-60

0,5

3

ТЖФ

0,3

0,32

0

-60

0,1

4

ТЖФ

0,25

0,28

0

-40

0,2

5

ЖЖФ

0,215

0,2

0

-40

0,1

6

ЖЖФ

0,35

0,3

0

-60

0,2

7

ЖЖФ

0,12

0,1

0

-60

0,3

8

ЖЖФ

0,06

0,05

0

-40

0,4

9

ТЖФ

0,15

0,18

0

-40

0,3

10

ТЖФ

0,1

0,13

0

-40

0,4

11

ТЖФ

0,1

0,13

0

-60

0,5

12

ТЖФ

0,3

0,32

0

-40

0,1

13

ЖЖФ

0,19

0,17

0

-40

0,5

14

ЖЖФ

0,17

0,15

0

-60

0,1

15

ЖЖФ

0,22

0,2

0

-60

0,2

16

ЖЖФ

0,42

0,4

0

-40

0,3

 

2.1 кестенің жалғасы

17

ЖЖФ

0,45

0,42

0

-40

0,4

18

ЖЖФ

0,215

0,2

0

-40

0,5

19

ЖЖФ

0,27

0,25

0

-40

0,1

20

ЖЖФ

0,37

0,35

0

-40

0,2

21

ТЖФ

0,12

0,14

0

-40

0,1

22

ЖЖФ

0,33

0,3

0

-40

0,1

23

ТЖФ

0,1

0,2

0

-40

0,5

24

ЖЖФ

0,2

0,18

0

-40

0,2

25

ЖЖФ

0,37

0,35

0

-40

0,5

 

2.5 Есеп берудің мазмұны

     2.5.1 Теориядан қысқаша мәліметтер.

     2.5.2 Талдау жасалынған шекті импульсті сипаттамалы фильтрлердің экрандық бейнелері.

     2.5.3 Шекті импульсті сипаттамалы фильтрлердің жиіліктік сипаттамалары.

2.5.4 Жұмыс бойынша қорытындылар.

        

2.6 Бақылау сұрақтары

         2.6.1 Фильтрлеу дегеніміз не?

2.6.2 Төменгі жиілікті фильтрдің ұстау жолағы және өткізу жолағы дегеніміз не?

2.6.3 Уақыттық облыста фильтрге қандай талаптар қойылады?

 

№3 зертханалық жұмыс

Аналогты модуляцияның түрлерін оқып үйрену

 

Жұмыстың мақсаты: Модуляцияның аналогты түрлерін және модульденген сигналдарды алу әдістерін оқып үйрену.

3.1 Жұмыс бойынша тапсырмалар

3.1.1. Берілген суреттеу және ұсынылатын әдебиет бойынша амплитудалық, фазалық, жиіліктік модуляцияның түрлерін; модульденген сигналдарды алу әдістерін оқу.

3.1.2. Модульденген сигналдардың уақыттық диаграммаларын алу және суретін салу.

 

3.2 Жұмысты орындауға әдістемелік нұсқаулар

Тасымалдайтын құрылғы үздіксіз мәліметтер немесе белгілерді белгілі бір байланыс линиясы бойынша өткізу үшін (немесе кейбір сақтаушы құрылғыда сақтау үшін) қолайлы сигналдарға түрлендіреді. Бұл кезде алынған тасушының бір немесе бірнеше параметрлері тасылатын ақпаратқа сәйкес өзгереді. Мұндай процесс модуляция деп аталады. Ол модулятормен жасалады. Сигналдарды символдарға кері түрлендіру демодулятормен жасалады.

Модульденген сигналды екі функцияның көбейтіндісі ретінде беруге болады:

,

         мұндағы – тасылатын тербеліс (тасушы) болатын функция,  –таситын параметрге U(t) берілетін мәліметінің әсерін көрсететін модуляциялық функция.

Қандай параметрдің амплитуда А немесе q бұрыш өзгеретініне байланысты модуляцияның екі түрі бар: амплитудалық және бұрыштық.  Бұрыштық модуляция өз кезегінде екі түрге бөлінеді: жиіліктік (ЖМ) және фазалық (ФМ). Бұл екі түр өзара байланысты, олардың арасындағы айырмашылық бір модуляциялайтын функция кезіндегі уақыт бойынша  y бұрышының  өзгеру сипатына байланысты көрінеді.

Амплитудалық модуляция – тербелістердің жиіліктерінен айтарлықтай аз жиілікпен тербелістердің амплитудасының өзгеруі.

,

мұндағы * модуляция коэффициенті

 

3.1 Сурет - Модульденген сигналдың АМ осциллограммасы және спектрограммасы

 

Бұрыштық модуляция (фазалық және жиіліктік) – тербеліс периодымен салыстырғанда фазаның өзгеруі баяу.

Фазалық модуляция

3.2 Сурет - Модульденген  сигналдың ФМ осциллограммасы және спектрограммасы

 

Жиіліктік модуляция

 

3.3 Сурет - Модульденген сигналдың ЖМ осциллограммасы және спектрограммасы

3.3 Жұмысты орындау тәртібі

3.3.1 АМ, ЖМ, ФМ модуляциялардың структуралық сұлбаларын құру.

3.3.2 Синусоидалық сигналды модуляциялау (сигнал көзінің және модулятордың параметрлерінің нұсқасы 3.1 кестеде берілген).

3.3.3 Қосқыштың көмегімен күрделі формалы сигналды алып, оны модуляциялау керек (модулятор және көзді өздігімен оңтайлау керек).

3.3.4 Алынған осциллограммалар және спектрограммалардың суретін салу керек.

 

3.1 К е с т е

 

 АМ параметрлері

ЖМ параметрлері

ФМ параметрлері

Көздің параметрлері

Амплитуда, В

Жиілік,

Гц

Ампли-

туда,

 В

Жиілік,

 Гц

Қадам, Гц/В

Ампли-туда, В

Жиілік,

Гц

Қадам, Гц/В

Ампли-

туда, В

Жиілік, Г

1

1

5

1,9

2

1,2,

2,9

2,9

10

1

0,2

2

1,1

6

1,8

2,1

1,3

2,8

2,8

9

1,1

0,3

3

1,2

7

1,7

2,2

1,4

2,7

2,7

8

1,2

0,4

4

1,3

8

1,6

2,3

1,5

2,6

2,6

7

1,3

0,5

5

1,4

9

1,5

2,4

1,6

2,5

2,5

6

1,4

0,6

6

1,5

10

1,4

2,5

1,7

2,4

2,4

5

1,5

0,7

7

1,6

11

1,3

2,6

1,8

2,3

2,3

4

1,6

0,8

8

1,7

12

1,2

2,7

1,9

2,2

2,2

3

1,7

0,9

9

1,8

13

1,1

2,8

2

2,1

2,1

2

1,8

1

10

1,9

14

1

2,9

2,1

2

2

1

1,9

1,1

11

2

15

2

3

2,2

1,9

1,9

11

2

1,2

12

2,1

16

2,1

3,1

2,3

1,8

1,8

12

2,1

1,3

13

2,2

17

2,2

3,2

2,4

1,7

1,7

13

2,2

1,4

14

2,3

18

2,3

3,3

2,5

1,6

1,6

14

2,3

1,5

15

2,4

19

2,4

3,4

2,6

1,5

1,5

15

2,4

1,6

16

2,5

20

2,5

3,5

2,7

1,4

1,4

16

2,5

1,7

17

2,6

21

2,6

3,6

2,8

1,3

1,3

17

2,6

1,8

18

2,7

22

2,7

3,7

2,9

1,2

1,2

18

2,7

1,9

19

2,8

23

2,8

3,8

3

1,1

1,1

19

2,8

2

20

2,9

24

2,9

3,9

3,1

1,2

1,2

20

2,9

2,1

21

2,5

14

2,1

3

3

1,1

1,2

15

2

2

22

2

15

2

3

3,1

1,5

1,2

16

2,1

2,2

23

2

16

2,1

2,3

3

1,6

1,4

10

2

2,1

24

2,1

17

2,2

2,4

3,2

1,6

1,5

15

2,2

2,3

25

2,3

15

2,2

2,4

2,3

1,6

1,5

14

2,1

2,4

 

3.4    Тапсырма

         3.4.1 Екі жақтық жолағы бар амплитудалық модулятордың сұлбасын жинау (3.4 сурет). Нұсқалар нөмірі 3.2 кестеде берілген.

3.4.2     Екі жақтық жолағы бар амплитудалық модулятордың сұлбасын жинау (3.5 сурет), параметрлерін қою, шығыстағы модуляцияланған сигналдың экрандағы бейнелерін және оның спектрін алу.

               3.2 К е с т е

Нұсқа

Жиілік fсигн, Гц

Жиілік fмод, Гц

модуляция

коэффициенті

1

20

200

0.2

2

30

250

0,4

3

50

500

0,4

4

80

800

0,5

5

100

1000

0,5

6

40

300

0,2

7

55

500

0,4

8

60

600

0,4

9

70

700

0,2

10

90

900

0,5

11

60

500

0,2

12

70

700

0,5

13

80

800

0,2

14

90

900

0,2

15

100

1100

0,2

16

70

800

0,4

17

100

1200

0,5

18

90

800

0,5

19

50

600

0,2

20

60

700

0,4

21

50

300

0,2

22

60

400

0,5

23

70

500

0,4

24

100

300

0,3

25

80

300

0,2

 

 

      

                     3.4 Сурет

 

  

 

    3.5 Сурет

 

3.4.3 Екі жақтық жолағы бар амплитудалық модулятордың сұлбасын жинау (3.5 сурет), төменгі жиілікті фильтрдің параметрлерін есептеу және қою, шығыстағы демодуляцияланған сигналдың экрандағы бейнелерін алу.

           3.5 Балансты амплитудалық модуляцияның сұлбасын зерттеу

           3.5.1 Балансты амплитудалық модулятордың сұлбасын жинау (3.6 сурет), параметрлерін қою, шығыстағы модуляцияланған сигналдың экрандағы бейнелерін және оның спектрін алу.

o              

              

 

                     3.6 Сурет

    

       

 

                3.7 Сурет

 

  3.5.2 Балансты амплитудалық демодулятордың сұлбасын жинау (3.7 сурет), төменгі жиілікті фильтрдің параметрлерін есептеу және қою, шығыстағы демодуляцияланған сигналдың экрандағы бейнелерін алу.

3.5.3      Синхронды детекторлаудың жиілігін 10% өзгертіп, алынған нәтижелерді түсіндіріңіз.

         

          3.6 Синхронды детекторлаудың сұлбаларын зерттеу

3.6.1 Синхронды детекторлы амплитудалық демодулятордың сұлбасын жинау (3.8 сурет), параметрлерін қою (3.2 кесте), шығыстағы демодуляцияланған сигналдың экрандағы бейнелерін алу

 

 

3.8 сурет

 

         3.6.2 Синхронды детекторлаудың жиілігін 10% өзгертіп, алынған нәтижелерді түсіндіріңіз.

         3.6.3 Амплитудалық модуляцияның сұлбаларын зерттеу. Нұсқалар нөмірі 1.2 кестеден алынады.

3.6.4     3.9 суреттегі сұлбаны жинау, параметрлерін қою (3.2 кесте), шығыстағы модуляцияланған сигналдың экрандағы бейнелерін алу

 

3.9 Сурет

 

3.6.5 Синхронды детекторлаудың жиілігін 10% өзгертіп, алынған нәтижелерді түсіндіріңіз.

3.6.6     Байланыс каналында модулятор және демодулятор арасында гаусс көзін (нормальді шуыл) енгізу.  Бөгеуілдердің  сигналдың қажалуына әсерін зерттеу. Экрандағы бейнелерін алу.

 

      3.7 Есеп берудің мазмұны

3.7.1 Теориядан қысқаша мәліметтер.

3.7.2 Модуляциялық сипаттамалар.

3.7.3 Сигналдардың осциллограммалары және спектрограммалары.

3.7.4 Жасалған жұмыс бойынша қорытындылар.

3.8 Бақылау сұрақтары

3.8.1 Аналогты модуляциялау үшін сигналдардың  қандай тасушылары қоданылады?

3.8.2      АМ, ЖМ, ФМ сигналдарды қалай алуға болады?

3.8.3     ФМ және ЖМ арасында қандай айырмашылықтар және ұқсастықтар бар?

3.8.4     Модулятордың шығысындағы сигналдың формасының модуляцияланатын сигналдың кернеуінен тәуелділігі қандай?

 

 

 

4 № 4 зертханалық жұмыс. Дискретті сигналдарды қалыптастыру

 

4.1 Жұмыстың мақсаты

Дискретті мәліметтерді қалыптастыру және беру әдістерін оқып үйрену.

 

4.2 Алдын ала дайындалу

Дискретті мәліметтерді, сызықты кодтарды салу әдістерін оқып үйрену.

 

4.3 Жұмыс тапсырмасы

         4.3.1 Аз ұзақтықты импульсті сигналдарды берудегі байланыс жүйелері сипаттамаларын зерттеу.

          4.3.2 Байланыс линиялары бойынша беру үшін төртбұрышты импульсті сигналдарды беруді қалыптастыру әдістерін зерттеу.

          4.3.3 Нөлге қайтып оралатын екі полярлы кодты қалыптастыруды зерттеу.

         4.3.4 RZ, ЧПИ, «МанчестерII» сызықты кодтарын қалыптастыру әдістерін зерттеу және мәліметтердің қысқа импульспен, төртбұрышты импульспен, RZ, ЧПИ, «МанчестерII» кодтары көмегімен берілу кезіндегі спектрлі сипаттамаларын салыстыру.

 

          4.4 Жұмысты орындауға әдістемелік нұсқаулар

          4.4.1 Аз ұзақтықтағы импульсті сигналдармен беру

Егер мәліметтерді екілік кодта беру керек болса, (0 немесе 1), мәліметтерді екілік «1» кезінде +1В және екілік «0» кезінде -1В қысқа импульспен беру мүмкін. Цифрлық байланыс жүйесі (DSP), мәліметтерді 1/T символ секунд жылдамдығымен береді. Бірақ бұл мәліметтерді беруге керекті жолақ ені мәліметтерді беру жылдамдығынан анағұрлым жоғары, өйткені әрбір бит өте қысқа ұзақтықты импульсті сигналмен берілген.

Бір импульстің спектрі келесі амалмен беріледі [2]

                      

Бір импульстің спектрі аргументтің шексіз мәнінде өшеді (спектрі шексіз).

impulse_data.svu жүйесін ашыңыз(4.1-сурет), мұндағы

      

 

 

4.1  Сурет

 

Мәліметтерді беру жылдамдығы 2400 бит/с тең. Демек, импульстердің қайталану периоды

                                              

Модельдеуді алу жиілігі аналогты шығу сигналы үшін 96 000 Гц (40×2400) жиілігінде қойылған. Жүйені жіберіп, талдау терезесінде импульсті мәліметтерді жіберу үшін шексіз жолақ керек екендігіне көз жеткізу.

4.4.2 Байланыс линияларымен жіберу үшін төртбұрышты импульсті сигналдарды қалыптастыру.

Өткізу жолағын азайту үшін мәліметтер импульсінің спектріндегі жоғары жиілікті гармоникалардың деңгейін азайту керек. Демек, мәліметтерді жіберуге дейін импульстер төртбұрышты формаға ауысатын қалыптастырушы фильтр қолдану керек. Импульстердің төртбұрышты спектр тізбегі келесі амалмен беріледі [2]

Импульсті тізбекті қалыптастыру ұзақтығы 1/2400 тең болатын төртбұрышты импульсті беріліс функциясы бар цифрлы фильтр көмегімен орындалады.  squ_pulse.svu жүйесін ашыңыз (4.2-сурет).

         

 

 4.2 Сурет

 

Бұл жүйеде төртбұрышты импульс қалыптастыратын фильтр үшін алынған бейнелеу берілген. Square Shaping модулі SystemView-дің сызықты жүйелік модулі болып табылады. SystemView кез келген модуль иконкасының сыртқы түрін өзгертуге мүмкіндік береді. Ауыстыру Custom Picture... контексті мәзірін қолдану арқылы жасалады:

а) төртбұрышты импульс қалыптастыратын импульсті беріліс функциясын және фильтр салмағын қарап шығыңыз (барлық қойылымдар 1/40 = 0.025 болғанда) және ол 40 салмақты элементі бар фильтр болып табылатындығына көз жеткізіңіз. Дискреттеу жиілігі 96000Гц тең деп алынған. Бұл фильтрдің импульсті беріліс сипаттамасының ұзақтығы

                                        

Фильтрдің жиілік сипаттамасы сызықты екендігіне көз жеткізіңіз.  Импульсті тізбектің жолақ енін бағалаңыз;

б) модельдеу процесін қайта жіберіп, талдау терезесіне көшіңіз. Берілген импульстерді қарап шығыңыз және амплитудалы жиілік сипаттамаларын (спектр) қарап төртбұрышты импульстер тізбегін өткізу жолағын зерттеңіз;

в) таңдау санын 8192 көбейтіңіз және жүйені қайтадан жіберіңіз де талдау терезесіне көшіңіз.

ЕскертуСигналдың спектрлі сипаттамасы тегістелген болу керек.

 

2.4.3 Нөлге қайтып оралатын екіполярлы кодты қалыптастыру

Импульсті қалыптастыратын фильтрді өзгертіп, 1/4800с ұзақтығын алыңыз. Бұл тіктөртбұрышты импульстер тізбегі нөлге қайтып оралатын екіполярлы код деп аталады (return to zero). Бұл түрлендіру 1/4800 с төртбұрышты импульсті беріліс сипаттамасы ұзақтықты цифрлы фильтр көмегімен жасалады. squ_pulse_rz.svu  жүйесін ашыңыз (4.3-сурет):

 

4.3 Сурет

 

а) импульсті беріліс сипаттамасын зерттеңіз және фильтрдің салмақтық коэффициенттері 1/20 = 0.05 тең, дискреттеу жиілігі 96000 Гц, импульсті берілу функциясының ұзақтығы  1/4800с екендігіне көз жеткізіңіз. Фильтрдің жиілікті сипаттамасының суретке сәйкес екендігіне және фильтр сызықты сипаттамалы екендігіне көз жеткізіңіз (график тек 10000 Гц жиілігіне дейін көрсетілген);

б) жүйені жіберіңіз және талдау терезесіне көшіңіз. Берілген импульстерді зерттеңіз және тіктөртбұрышты импульстер тізбегін өткізу жолағын сигналдар спектрі көмегімен жіберуді анықтаңыз;

       в) таңдау санын тегістелген фильтрдің жиілікті сипаттамасын алу үшін 8192 дейін көбейтіңіз де жүйені орындауға жіберіңіз және талдау терезесінде амплитудалы жиілікті сипаттаманы қараңыз. Сипаттама формасы алдыңғы тапсырмадан ерекшелігі тегістелген болуы керек.

4.4.4 Линия коды

Байланыс линиясымен жіберуге арналған цифрлы сигналдар формасы сызықты кодтар деп аталады. Сызықты кодтар нөлден басталатын жиіліктің бастапқы жолағында мәліметтерді модуляциясыз беру үшін қолданылады. Басқаша айтқанда, екілік тізбектер болатын мәліметтер байланыс линиясына берілу алдында, сызықты кодерде түрлендіріледі. Байланыс аппаратураларында келесі сызықты кодтар қолданылады  (Non Return to Zero NRZ) нөлге қайтып оралмайтын код, (Alternate Mark Inversion AMI) алмасатын полярлы импульстер (АПИ )коды, («Манчестер II») корреляциялық кодтар.

         binary_signalling.svu (4.4-сурет) файлында жоғарғыда көрсетілген кодтарды қалыптастыру  құрылғыларын жасау мысалдары көрсетілген. АПИ кодері және манчестер коды метажүйелер көмегімен қалыптастырылады, құрылымы 4.5, 4.6 - суреттерінде көрсетілген.

 

4.4 Сурет

 

а) импульстің сигналдық ұзақтығы 0,1с, демек, мәліметтерді беру жылдамдығы - 10 бит/с. Дискреттеу жиілігі –100 Гц, демек бір бит 10 таңдаумен берілген. Мәліметтер көзі  0101011100100101000000.... бастапқы тізбегінен тұратын тексті файл;

б) модельдеу процесін жіберіңіз және талдау терезесінде әртүрлі сигналды тізбектерді салыстырыңыз;

 

                                        4.5 Сурет                                4.6 Сурет

 

в) таңдау санын 10000 дейін көбейтіп, жүйені орындаңыз. Талдау терезесінде алынған спектрдің жиілік шамасын қараңыз. Зерттелетін сигналдар спектрін салыңыз.

4.5    Есеп берудің мазмұны

4.5.1 Керекті теориялық мәліметтер.

4.5.2 Зерттеулердің сұлбалары.

4.5.3 Экрандағы сигналдардың бейнелері және олардың спектрлері.

4.5.4 Алынған нәтижелерді талдау.

 

4.6 Бақылау сұрақтары

4.6.1 (τи<< Tп) қысқа импульстерімен және төртбұрышты сигналдармен берілетін сигналдардың спектрлі құрамындағы айырмашылықты түсіндіріңіз.

          4.6.2 2.4-суреттегі төртбұрышты сигналды қалыптастыру принципін түсіндіріңіз.

          4.6.3 RZ, АПИ, «Манчестер II» кодтарын қалыптастыру принципін түсіндіріңіз.

 

5       №5 зертханалық жұмыс. Кванттау және дискреттеу

 

Жұмыстың мақсаты: Сигналдарды кванттау және дискреттеу әдістерін оқып үйрену.

5.1 Жұмыс бойынша тапсырмалар

5.1.1 Сигналдарды кванттау және дискреттеу бойынша бойынша берілген әдебиет бойынша теориялық мәліметтерді оқу.

5.1.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма және әдістемелік нұсқауды оқу.

5.1.3 Бақылау сұрақтарына жауап беру.

5.2 Жұмысты орындауға әдістемелік нұсқаулар.

Бұл зертханалық жұмыста кіріс сигналын белгілі биттер санына кванттау үшін SystemView функционалды белгілер кітапханасынан кванттаушыны қолданатын боламыз.  Алдыңғы жағдайларда әртүрлі лексемалардың кіріс сигналдары жүзулі нүктелі дәлдікпен болған, сондықтан көптеген мақсаттар үшін айтарлықтай кванттау жоқ деп айта аламыз.

5.2.1 Сигналды кванттау

 5.1 суретінде көрсетілген сұлбаны жинаңыз. Жүйеде 5.1 кестеде көрсетілген параметрлерді қойыңыз.

5.1 К е с т е

Жүйелік уақыт

 

Дискреттеу жиілігі, Гц

200

Санақтар саны

256

Ара тәрізді сигнал көзі

 

 

Amp=1,875 v

 

Freq=5 Hz

 

Offset=-1 v

 

Phase=0 deg

 

Max Rate=1e+3 Hz

Кванттаушы

Bits=4

 

Max Input=±1 v

 

Signed Integer Output

 

Max Rate=1e+3 Hz

Күшейткіш

Gain=-125e-3

 

Gain Units=Linear

 

Max Rate=1e+3 Hz

Жүйе кернеу амплитудасы 1,875 В ара тәрізді сигнал генераторының квантталған шығыс сигналын алып (жүзулі нүкте дәлдігімен) оны бүтін квантталған сигналға түрлендіреді.  SystemView де шығыс сигналдарының барлық көздері жүзулі нүктелі дәлдікке қойылған (белгіленген нүктелі дәлдікке қойылған файлдан оқылатын көздерден басқа)

 

5.1 сурет

 

5.2 Сурет- Кванттаушының диалогты терезесі және сәйкес енгізу шығару сипаттамалары

 

 

 

а) 4 битті кванттаушының белгісінің параметрлерін қарап шығып, оның 5.2 суретте көрсетілгендей кіріс/шығыс сипаттамалары бар екендігіне көз жеткізіңіз.

Кіріс кванттаушысы 8 битті екендігіне назар аударыңыз, сондықтан толықтаудың амплитудасы -23 до 23 шегінде болады, мысалы: -8 ден +7 ге дейін.

б) Жүйені жіберіңіз, сосын талдау терезесінде таңдаулардың мәндері жоғарыда қарастырылған болжанған кванттаушының шығысындағыдай екендігіне көз жеткізіңіз. (Соңғы модельдеу процесінің өңделген мәліметтерін көру үшін көк түсті  «Загрузить обновленные данные блока» батырмасын басуды ұмытпаңыз).

в)  Есептеулері 3, 4 және 5 модульдерімен жасалатын кванттау қателігін анықтаңыз. Алынған нәтижелерді түсіндіріңіз.

г)  кванттаушысының параметрлерін үш битті кванттауды жасау үшін (5.3 суретте көрсетілгендей 8 деңгей) бұрынғыдай ±1 керней тербелісімен өзгертіңіз. Жүйені жіберіңіз және нәтижелер 5.3 суретте көрсетілген мәліметтермен беттесетіндігіне көз жеткізіңіз.

д) Жүйені кірістегі ара тәрізді сигналдың амплитудасы 2 В тең болатындай өзгертіңіз. Жүйені жіберіңіз және ADC-тың «сығылу» эффектісіне назар аудырыңыз. Бұл ADC-тегі кіріс кернеуі тым жоғары болған кезде пайда болатын бейсызықтық мәселесі бар болғандықтан пайда болады.

е) Кванттаушының параметрлерінің диалогты терезесінде басып шығаруды жүзулі нүктелі формада немесе бүтін сан ретінде шығатындай икемдеуге болады. Мұндай икемдеуді 5.2 суретте көрсетілген радио-кнопкалардың көмегімен жасауға болады. Енді жүзулі нүктелі шығару формасын қойыңыз, модельдеу процесін жіберіңіз және нәтижені түсіндіріңіз.

5.3 Сурет - 3 битті кванттаушы, енгізу-шығару сипаттамалары

 

 
 

 

ж) Төртбұрышты импульстер генераторының модулін синусоидалық сигналдар генераторына (ССГ) өзгертіңіз, жүйені қайтадан ССГ шығыс кернеулерінің 1,75, 1,875 и 2,0 В тең мәндері кезінде жіберіңіз. Алынған нәтижелерді түсіндіріңіз.

 

5.3 Дискреттеу және спектрлерді бір-біріне қою (aliasing)

Бұл тарауда элайзинг құбылысын көрсетейік. Егер сигналдың жиіліктік құрамалары fs/2-ден үлкен болса, онда элайзинг пайда болады. Элайзинг сигналдың қажалуында көрінеді. Мысалы, егер 6000 Гц-тегі тон цифрлы өңдеу жүйесінің кіріс сигналы (анти элайзинг және қалпына келтіру фильтрлері жоқ) және 10000 Гц таңдау жасалынған болса, онда сигнал 4000 Гц тон ретінде интерпретацияланады. Жиіліктің ерекшелігі бойынша жүйенің сызықтылығын тестілеудің қарапайым әдісінің бірі болып кіріске таза тон немесе синусоидалды сигналды беру болып табылады. Егер бұл кезде шығыста таза тон  немесе сол жиілікпен синусоидалық толқынды алмасақ, онда жүйе бейсызықты деп қорытынды жасауға болады.

5.4 Сурет – 10000 Гц жиілігімен кванттағандағы 9000 Гц жиілікті синусоидалды сигналды 1000 Гц- ке элайзингтеу

 

 

 

Элайзинг қолданылған сигналды көру үшін fs=10000 Гц үшін 9000 Гц  ке тон таңдау жасалатын суретті қарастырайық. Жоғарыда көрсетілген сурет бойынша f s /2 = 5000Гц екендігі анық және 9000 Гц псевдонимделеді. Диаграммадан сигналды қалпына келтірген кезде 1000 Гц синусоидалық толқынды алатынымыз көрінеді.

 

2.2 Қарапайым элайзинг

2.5. суретте көрсетілген сұлбаны жинаңыз

5.5 Сурет

 

 

Жүйеде 5.2 кестеде көрсетілген параметрлерді қойыңыз

                      5.2 К е с т е

Жүйелік уақыт

 

Дискреттеу жиілігі, Гц

10000

Санақтар саны

32

Синусоидалы сигнал көзі

 

 

Amp=1 v

 

Freq=1e+3  Hz

 

Offset=-1 v

 

Phase=0 deg

 

Outpit 0=Sine t1

 

Max Rate=1e+3 Hz

 

Екі синусоидалық толқындар генераторының барлық параметрлері  (бірінші мысалда) ұқсас екендігіне көз жеткізіңіз.

а) Модельдеу процесін жіберіңіз және талдау терезесінде екі синусоидалық сигналдар генераторының шығыс сигналдарын тексеріңіз: олар ұқсас болу керек. Екі блоктардың әртүрлі аттарына назар аударыңыз. Қосып және өшіріп  1000 Гц таңдау жасалғанда 10000 Гц синусоидалық сигналда бір периодқа 10 таңдау бар екендігіне көз жеткізіңіз.

б) Синусоидалық толқындардың жоғарғы генераторының жиілігін

2000 Гц ке өзгертіңіз. Жүйені жіберіңіз және шығыстағы сигнал сіз болжаған сигналмен беттесетіндігіне көз жеткізіңіз

в) Енді синусоидалық толқындардың жоғарғы генераторының жиілігін

4500 Гц ке өзгертіңіз. Бұл жиілік fs/2 = 5000 Гц таңдау жиілігінің жартысына жақындайды.  Талдау терезесінде нәтижелерді қарап шығып шығыстағы сигнал сіз болжаған сигналмен беттесетіндігіне көз жеткізіңіз.

Енді бір периодқа екі таңдаудан артық екендігіне назар аударыңыз, демек SystemView терезесі таңдауларды өзара түзу линиялармен байланыстырады (бірінші ретті интерполяция). Қалай болғанда да сигналды кванттау Найквист критерийіне сәйкес жасалады және синусоидалық сигнал туралы барлық ақпарат (амплитуда, фаза және жиілік) сақталады.

г) Бұл жолы синусоидалық сигналдың жоғарғы генераторының жиілігін жоғарғы шекараның fs/2 = 5000 Гц таңдау жиілігінің жартысына, демек 9000 Гц мәніне өзгертеміз.  10 000 Гц үшін таңдау жасалғанда шығыс сигналына элайзинг қолданылғандығын бақылаңыз және 1000 Гц жиілікті синусоидалық сигнал сияқты болады.

д) Синусоидалық толқындардың жоғарғы генераторының жиілігін 11 000 Гц тен жоғары арттырыңыз. Шығыстағы 1000 Гц жиілікті синусоидалық сигналға назар аударыңыз.

 

5.4 Дискреттелген сигналдарды қалпына келтіру

Жүйені жинаңыз:

 

 

5.6 Сурет

 

Жүйеде 5.3 кестеде көрсетілген параметрлерді қойыңыз

 

         5.3 К е с т е

 

 

 

 

 

 

           5.3 кестенің жалғасы

 

Бұл жаттығу 1 Гц шекті өткізу жолағымен кездейсоқ бөгеуілдер көзін (бір жақты) көрсетеді. Бұл сигналға жиілігі 5 Гц болатын таңдау жасалды, сосын ол  sinc (sin x/x) функциясын қолданып, қалпына келтірілді. Спектр, Xs(f) дискреттелген сигналының спектрі

           

 

мұндағы X(f) – дискреттелмеген сигнал оригиналының спектрі.  x(t) бастапқы сигналын оның xs(t) санақтарынан ең сапалы қалпына келтіру

                       

деп анықталады.

Модельдегі К санақтар саны үшін 2.3 формуласын ескеріп

                    

 

a) Негізгі суреттелген операцияларды тексеру үшін модельдеуді орындаңыз.  талдау терезесінде алынған сигналдың спектрін қарап шығыңыз және 2.2. формуласымен берілген спектрдің қайталануына (көшірмесіне) назар аударыңыз.

b) Кіріс сигналын (шектелген шуыл жиілігімен), дискреттелген және қалпына келтірілген сигналды қарап шығыңыз. Бастапқы және қалпына келтірілген сигналдар эквивалентті ме?

5.7 Сурет – Толқынның қиық sinc формасы (81 сигнал)

 

 

 

 

Уақытқа байланысты (сек.) импульстің жауап беру амплитудасы 81 таңдау.

c) (2.3) формуласында көрсетілгендей дискреттелген сигналды идеалды қалпына келтіру үшін (taps) шексіз сигналдар санымен sinc идеалды функциясы керек екендігіне назар аударыңыз. sinc маркері (6 маркер) параметрінің ашылатын диалогты терезесін қолданып, sinc функциясының импульсті сипаттамасын қарап шығыңыз және сигналдардың шекті саны, бұл 2.1 суретте көрсетілгендей толқынның қиық sinc формасы екендігіне назар аударыңыз, өйткені импульстік сипаттама толығымен нөлге дейін түспейді.

d) sinc сигналды дәлірек беру үшін sinc фильтрінің (taps) таңдау саны көбейтілуі керек.

 

5.8 Сурет – Сигналдың қиық sinc формасы (501 таңдау)

 

 

 

5.5 Тапсырма. 5.6 суретте көрсетілген сұлбаны зерттеу керек. 6 функционалды модульдің параметрлері нұсқалар бойынша 5.4 кестеде көрсетілген

 

                      5.4 К е с т е

Нұсқа

Таңдау саны (taps)

Жиілік

(Symbol Rate)

Ең үлкен жиілік

(Max Rate)

1

50

5

50

2

60

5

50

3

70

5

50

4

80

5

50

5

90

5

50

6

100

5

50

7

120

5

50

8

150

5

50

9

200

5

50

10

230

5

50

11

250

5

50

12

260

5

50

13

280

5

50

14

300

5

50

15

320

5

50

16

350

5

50

17

360

5

50

18

370

5

50

                      5.4 кестенің жалғасы

19

380

5

50

20

400

5

50

21

420

5

50

22

450

5

50

23

460

5

50

24

480

5

50

25

500

5

50

 

5.6 Есеп берудің мазмұны

5.6.1 Керекті теориялық мәліметтер

5.6.2 Зерттеулердің сұлбалары

5.6.3 Экрандағы сигналдардың бейнелері және олардың спектрлері

5.6.4 Алынған нәтижелерді талдау

 

5.7  Бақылау сұрақтары

5.7.1 Кванттау дегеніміз не?

5.7.2 Кванттау шуылы дегеніміз не? Кванттау шуылының қандай көздері бар?

5.7.3      Элайзинг қай кезде пайда болады?

5.7.4      Дискреттеу дегеніміз не?      

5.7.5      Дискретті сигналдарды қалпына келтіру әдістерін айтып беріңіз. 

 

Әдебиеттер тізімі

1.                Куприянов М.С. Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов: Справочник. – СПб.: Наука и техника, 2000.

2.                      Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи

информации. М.: Радио и связь, 2000.

3.                      Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие.-Под ред. В.П. Шувалова. -  М.: Горячая линия-Телеком, 2003.

4.                      Передача дискретных сообщений: Учебник/Под ред. В.П. Шувалова. М.: Радио и связь, 1990.

5. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие.-Под. ред. В.П. Шувалова. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003.

6. Передача дискретных сообщений: Учебник/ Под ред. В.П. Шувалова. - М.: Радио и связь, 1990.

7. Боккер П. Передача данных. Техника связи в системах телеобработки данных./ Пер. с нем.- М.: Связь, 1980.

8. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. – 656с.

Мазмұны

1 №1 зертханалық жұмыс. Дискретті сигналдардың спектрін зерттеу             3

2 №2 зертханалық жұмыс. Шекті берілісті импульсті функцияны (FIR) жобалау                                                                                                                    9

3 №3 зертханалық жұмыс. Аналогты модуляцияның түрлерін оқып үйрену 14

4 № 4 зертханалық жұмыс. Дискретті сигналдарды қалыптастыру                 21

5 №5 зертханалық жұмыс. Кванттау және дискреттеу                                      26

Әдебиеттер тізімі                                                                                                   36