АҚПАРАТТЫҢ ҚОЛДАНБАЛЫ ТЕОРИЯСЫ

Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Инженерлік кибернетика кафедрасы

 

АҚПАРАТТЫҢ ҚОЛДАНБАЛЫ ТЕОРИЯСЫ

5В074600 – Ғарыштық техника и технологиялар мамандығының студенттері
үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Алматы 2013

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Бойко В.М., Искакова Г.Т. Ақпараттың қолданбалы теориясы. 5В074600 – Ғарыштық техника и технологиялар мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар. -Алматы: АЭжБУ, 2013.– 53 б.

Байланыс жүйесiнде басқару және бақылаудағы сандық өңдеу дабылдар әдiстерi үлкен маңызға ие және классикалық ұқсас әдiстердi недәуiр мөлшерде алмастырады. Ақпараттың қолданбалы теориясы пәні бойынша зертханалық жұмыстарға әдiстемелiк нұсқаудың мәлiметтерi курстың негiзгi бөлiмдерi бойынша материалдар қосады. Жұмыстар SystemView коммуникациялық жүйелерiнiң пакет арқылы автоматты жобалауының пiшiндеулерiнде негiзделедi.  5В074600 – Ғарыштық техника и технологиялар мамандығының студенттері үшін орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

Без.  30, кесте 8, әдебиет көрсеткіші - 14 атау.

Пікір беруші: аға оқытушысы Темырканова Э.К.

“Алматы энергетика және байланыс университеті” коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2013 ж. қосымша баспа жоспары бойынша басылады.

©  “Алматы энергетика және байланыс университеті ” КЕАҚ, 2013 ж.

 

Мазмұны

Кіріспе       

4

1 Зертханалық жұмыс № 1. SystemView жүйесімен танысу  

5

2 Зертханалық жұмыс №2. Байланыстың ұқсас жүйелері

19

3 Зертханалық жұмыс №3. Төмен жиілікті аналогты сигналдарды

дискреттеу. Компандалау. Дельта модулятор.

32

4 Зертханалық жұмыс №4. Импульсты-кодтық модуляция, 

сызықты кодтар  

44

Әдебиеттер тізімі

53

 

Кіріспе

«Ақпараттың қолданбалы теориясы» пәні бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқауларда зертханалық жұмыстардың сипаттамасы: орындауға көмек ретінде әдістемелік нұсқаулар, мысалдар, тапсырмалар, бақылау сұрақтары берліген.

Әр әдістемелік нұсқауда зертханалық жұмыстың тақырыбына тәуелді, орындауға қажет минималды теориялық материал, жұмыстар SystemView коммуникациялық жүйелерiнiң пакет арқылы автоматты жобалауының пiшiндеулерiнде негiзделенді.

Зертханалық жұмыстарды толық көлемде орындау ақпаратты беру жүйелерін математикалық сипаттау, модуляция аналогты әдістерінің ақпараттарын қарапайым тарату жүйелерді үлгілеу, сигналдарды аналогты-сандық түрлендіру, импульсті-кодтық модуляция мәліметтерін тарату жүйелерін үлгілеуге қатысты сұрақтарды терең түсінеге мүмкіндік береді.

 

1 Зертханалық жұмыс №1. SystemView жүйесімен танысу

 

Жұмыстың мақсаты: SystemView by Elanix бағдарламасының  қалыпты конфигурациясымен  алғашқы танысу.

 

System View бағдарламасының функционалдық мүмкіндіктерін кеңейтетін қосымша опциялар мен кітапханаларды [1] бейнелеуді, Elanix (www.elanix.com) және Agilent (www.agilent.com/find/eesof) сайттарындағы қызметтік құрылған көмекпен, көптеген мысалдармен және компанияның барлық қолданылатын ұсыныстармен өздігімен танысу керек. Бағдарламаны қолдану үшін математиканың, сигналдарды өңдеу теориясының негіздерін және Windows ортасында  жұмыс жасау дағдыларын білу қажет. Сұлбаларды өз бетімен өңдеу үшін System View  бағдарламасына бағытталған [2] монографиядағы мысалдарды қолданған жөн.

System View бағдарламасы әртүрлі сигналдарды өңдеу жүйелерін, байланыс жүйелерін, автоматты басқару жүйелерін және т.б. үлгілеуге арналған. Бұл бағдарлама қалыпты блоктардан құрылғының функционалды сұлбаларын  жасап, әртүрлі сигналдар мен бөгеттер әсер еткен кезде үлгілеуді орындауға арналған «құрастырушы» болып табылады. System View мүмкіндіктері иерархиялық құрылымдарды (System View терминологиясында макроүлгі немесе метажүйелер),  Си тілінде жазылып,  DLL кітапханалары түрінде іске асырылған пайдаланушылар кітапханаларын,  Matlab бағдарламасында үлгілеуді жасау жолымен кеңейтіледі. Сандық құрылғыны үлгілеу соңында оның құрылымы туралы мәліметтер Xilinx фирмасының синтездеуге арналған ПЛИС бағдарламасына берілуі мүмкін. Белгілі LabView бағдарламасынан System View арнайы кітапхана санының көптігімен ерекшеленеді.

 

1.1 System View бағдарламасына қысқаша шолу

System View интерфрейсі негізгі екі терезеден тұрады: System функционалды сұлбалар терезесі (бұдан ары – System терезесі) және Analysis үлгілеу нәтижелері терезесі (бұдан ары - Analysis терезесі). Үлгіленетін құрылғының функционалды сұлбасы экранның сол жағында орналасқан түрлі кітапханалардағы  функционалды блоктарын (Tokens) қолдана отырып, System терезесінде (1.1 суретті қараңыз) құрылады.

          Select Library Reservoir ауыстырып-қосқыш көмегімен (құралдар панелінің сол жағында орналасқан) кітапхана таңдалады. Кітапхананың негізгі жиынтығына (Main Libraries) кіретіндер: Source (сигналдардың көздері), Operator (сызықты операторлар), Function (сызықты емес функциялар), Sink (өлшеуіштер, мәліметтерді талдағыштар), сонымен бірге Adder (сумматор) және Multiplier (көбейткіш).

Қосымша кітапханалар (Optional Libraries) каталогының құрамы: Custom (пайдаланушы кітапханалары), Communication (байланыс жүйелерінің құрылғылары – кодерлер, декодерлер, модуляторлар, демодуляторлар,  байланыс жүйелерінің каналдарының модельдері), DSР1 (сигналдарды сандық өңдеу құрылғылар элементтері), Logic (стандартты сандық құрылғылары), RF2/Analog (сигналдарды аналогты өңдеу күре жолдарының элементтері), M-Link (Matlab бағдарламасында құрылған модельдермен байланыс).

1.1 сурет - System жүйесіндегі функционалдық сұлбалардың терезесі

 

1.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма

1.2.1 тапсырма. Гармоникалық (синусоидалы) сигнал түзіп және оны квадратын санайтын қарапайым жүйе құрыныз (1.2 суретті қараңыз).

 

 

1.2 сурет - Бірінші мысалдың функционалдық сұлбаласын System терезесіне енгізу

 

1.3 Жұмысты орындау тәртібі

1.3.1 Модельдеуді жүргізу үшін, міндетті түрде модельдеу параметрлерін: модельдеу жиілігін (Sample Rate) және әдетте есеп санымен берілетін (No. Of Samples) өткізу ұзақтығын  беру керек. Ол үшін System Time батырмасын басқаннан кейін ашылатын арнайы терезе бар. System Time батырмасы арқылы System Time Specification сұхбат терезесін ашамыз. Қарапайым жағдайда келісім бойынша орнатылған модельдеу параметрлерін қабылдауға болады. Ол үшін ашылған сұхбат терезесінде ОК басу керек.

1.3.2 Суретте келтірілген сұлбаны жасаймыз. Бұл сұлбада 4 элемент бар, оның екеуі бірдей.

1.3.3 Жұмыс ортасына гармоникалық сигнал көзін орналастырамыз. Ол үшін Main кітапханасындағы  Generic Source пиктограммасына тышқанның сол жағын екі рет басу арқылы элементті жұмыс ортасына орналастырамыз.

Сигнал көзінің параметрлерін орнатамыз: ол үшін Source кітапханасын  ашамыз. Periodic тобын, содан кейін - Sinusoid синустық кернеу көзін таңдаймыз. Сигнал параметрлері Parameters…. батырмасын басқаннан кейін беріледі. Frequency өрісінде жиілік мәнін енгіземіз, қалған параметрлерді өзгертпей, ОК басамыз. Сонымен, жұмыс ортасында бірінші элемент – 4 Гц жиілігі және бірлік амплитудасы бар (1.2 суретте 0 нөмірлі элемент) гармоникалық сигнал көзі пайда болды.

1.3.4 Generic Function кітапханасынан квадратор элементін таңдап аламыз (2 суретте 2 блок). Элемент белгісіне екі рет басу арқылы Function кітапханасын ашамыз.   Algebraic тобынан соң, дәрежені табу х^а элементін таңдап аламыз. Parameters... терезесінде  Exponent өрісінде  деңгейдің көрсеткішін 2 деп енгізіп, ОК басамыз. Жұмыс өрісінде екінші элемент – кіріс тербелістің лездегі мәндерінің квадратын тұрғызу құрылғысы пайда болды.

1.3.5 Мәліметтерді анализдеу Sink блогын сұлбаға орнатамыз. Кітапхана каталогынан Graphic тобынан System View (виртуалды осциллограф) элементін таңдаймыз. Осы анализатор жанынан  автоматты түрде график өрісі орналасады, онда модельлеу процесіндегі пайда болатын кернеу эпюрасының суреті орналасады.  Сызба өрісін сұлба элементтерін жаппайтындай етіп орналастырамыз.

Сұлбаға екінші Sink анализаторын орналастыру үшін бар анализатордың көшірмесін мәліметтерін жасауға болады.  Ол үшін Sink анализатодың контекстік мәзірінде (тышқанның оң жағындағы мәзір) Duplicate Token бұйрығын таңдап аламыз.

1.3.6 Барлық 4 элементті сұлбаға сәйкестіріп орналастырамыз (2 суретті қараңыз).

1.3.7 Элементтер арасындағы байланысты орнатамыз. Ол үшін екі мүмкіндік бар. Біріншісі – құралдар тақта элементтерін пайдалана отырып, екіншісі – пернетақтада Ctrl батырмасын баса отырып элементтер байланысының орнатамыз.

Элементтердің қосылуы және ажырауы әрқашан сигналдың берілу бағыты арқылы жасалатынына назар аударыңыз.

1.3.8 Run System бұйрығын орындаймыз (F5 немесе сұлбаларды енгізу терезесінің құралдар тақтасында жасыл түсті, үшбұрышты батырмаға басамыз).

Квадратор және генератор шығысында  сызбалық терезелерде  (2 суретте бұл терезелер System View Sink 1 және System View Sink 3) процестер сызбалары пайда болады. Сызбаларды толық қарастыру үшін әр терезені тышқанның сол жағын басу арқылы ұлғайтуға болады.

1.3.9 Құралдар тақтасын оң жақ батырмасын баса отырып, Analysis мәліметтерін талдау терезесіне ауысамыз. Онда екі сызба көрінуі керек.  Егер орындалмаса сол жақтағы талдау терезесінің құралдар тақтасында орналасқан Load New System Data батырмасына басып, ары қарай Open All Windows батырмасына басамыз. Нәтижесінде екі кесте құрылуы керек: жиілігі 4 Гц тең синустық кернеу және оның квадраты.

1.3.10 Sink Calculator  батырмасын басып, Operator тобын таңдаймыз. Ары қарай Overlay Plot пунктін (сызбаларды бір жерде сыйыстыру) таңдаймыз. Сызбалар терезесінің бас жағында сұхбат терезесінің оң жақ жоғары бөлігінде екі виртуалды осцилографтардың атауын белгілеу қажет (Ctrl батырмасыне баса отырып). Ары қарай ОК басып, мәліметтері талдау терезесінде екі осцилограмма сыйыстырлыған жаңа сызба құрылады.

1.3.11 Sink Calculator батырмасына басып, Spectrum тобын таңдаймыз. Ары қарай 20 log |FFT| типті спектрді таңдап, терезелер тізімінде екі сигнал құрылған сызба атауын белгілейміз. Нәтижесінде сигналдар спектрлер бейнесі бар жаңа сызбалық терезе ашылады. Бір спектрдің максимумы 4 Гц жиілікте, ал екіншісінің 8 Гц жиілікте болатынын тексереміз. Барлық графиктерді реттеу үшін Analysis терезесінің құралдар панелінде Tile Vertical батырмасын басамыз.

 

1.4 Тапсырма нұсқалары

1.3.1 таралымын орындалуын қолдана отырып, келесі тапсырмаларды орындаңыз.

          1.4.1 Қалыпты деңгейде сигналын төменгі жиілігінде және жоғары жиілігіндегі сүзбелерге қосу (1.3 суретті қараңыз).

Генератор: Source Library → Aperiodic/ Step Fct.

Сұлбаны құру үшін модельдеу параметрлерін орнату қажет: Sample Rate = 100 Гц, No. Of Samples = 500.

1.3 сурет – 1.4.1 тапсырманың сұлбасы

 

          Optional Libraries кітапханасынан сүзбе модельлеріне сәйкес блоктарды табуға болады (System терезесінде құралдар тақтанің сол жағында  батырмасын басыңыз), ары қарай Rf/Analog → RC-Circuits кітапханасына кіріңіз. 1.3 суретте көрсетілген блоктарды таңдаңыз. Бұл блоктардың параметрлерін өзгеріссіз қалдырыңыз (конденсатор сыйымдылығы мен резисторлар кедергілерін).

Сұлбаны соңына дейін жинаңыз. Сигнал көздерінің параметрлері: Amplitude (v) = 1; Start Time (sec) = 0; Offset (v) = 0.

Модельдеуді жүргізіңіз (F5 басыңыз). Төменгі жиіліктегі сүзгі (ТЖС) мен жоғарғы жиіліктегі сүзгі (ЖЖС) шығыстарындағы өтпелі процестерді қарастырыңыз.

Кіріс сигналының   деңгейін  1В-тан 2 В-қа ауыстырыңыз. Модельлеуді жүргізіп сүзгілер шығыстарынан өтпелі процестерді қарастырыңыз.

Неліктен ТЖС шығысында өтпелі процесс 0-ден басталып, оның тұрақтанған мәні кіріс сигнал деңгейіне тең болғанын түсіндіріңіз. ЖЖС-ның шығыс сигналының тәуелділігін сипаттаңыз.

Есеп беруге модельдеу сұлбасын, модельдеу параметрлерін, сүзгілер шығыстарындағы өтпелі процестерді кіргізіңіз. Бұл екі сүзгіні өтпелі процестерінің түрін түсіндіріңіз. System терезесінде ЖЖС және ТЖС арналған амплитудалық-жиілік (АЖС) және фаза-жиілік (ФЖС) сипаттамаларын құрып, оларды есеп беруге енгізіңіз. Сүзгілердің жиілік сипаттамасын құру үшін Параметр қосымша бетінен Bode Plot батырмасын басыңыз. Экранда сары түспен АЖС, көк түспен ФЖС боялған.

 

1.4.2 Жоғары жиілікті сүзгіге сызықты өсетін сигналдың әсері (ЖЖС) (1.4 суретті қараңыз).

1.4 сурет – 1.4.2 тапсырманың сұлбасы

 

Генератор: Source Library → Aperiodic/Time.

Модельдеу  параметрлерін орнатыңыз: Sample Rate = 100 Гц, No. Of Samples = 500. ЖЖФ параметрлерін өзгеріссіз қалдырыңыз. Сигнал көздерінің параметрлері: Gain (v/sec) = 10; Offset (v) = 0.

Моделдеуді жүргізіңіз (F5 басыңыз). Сүзгі шығысындағы өтпелі процесті қарастырыңыз. Сызба шығысында сигналдың уақытқа тәуелділігін түсіндіріңіз. Неліктен қалыпты жағдайда сүзбе шығысында алдыңғыдай нөлдік кернеу емес, кейбір деңгейдегі шығыс сигналы орын алды? Бұл деңгей әсердің өзгеру жылдамдығына қалай тәуелді екенін анықтаңыз.

Есеп беруге моделдеу сұлбасын, модельдеу параметрлерін, модель параметрлерін, әсердің өзгеру жылдамдығының әртүрлі мәндеріндегі сүзгі  шығысындағы  өтпелі процестетін енгізіңіз.  

1.4.3 Жоғары жиілікті және төменгі жиілікті сүзгілерден жеке импульсті сигналдың өтуі (1.5 суретті қараңыз).

1.5 сурет – 1.4.3 тапсырмаға сұлба

 

Генератор: Source Library → Aperiodic/ Step Fct.

Модельдеу параметрлері: Sample Rate = 100 Гц, No. Of Samples = 1000 беріңіз. Сүзгілердің параметрлері 1 тапсырмадағыдай.

Бейнеимпульс екі жартылай мәңгі сатылы функциялардың қосылымы ретте құрылады. 4 блок параметрлері: Amplitude (v) = 1; Start Time (sec) = 0; Offset (v) = 0. 6 блок параметрлері: Amplitude (v) = – 1; Start Time (sec) = 5; Offset (v) = 0.

Модельдеуді жүргізіңіз (F5 басыңыз). ЖЖС және ТЖС шығыстарындағы өтпелі процестерді қарастырыңыз. ЖЖС шығысында сигналдың уақытқа тәуелділігін сипаттап түсіндіріңіз. ТЖС шығысында сигналдың уақытқа тәуелділігін сипаттап түсіндіріңіз.

Есеп беруге модельдеу сұлбасын, модельлеу параметрлерін, модель параметрлерін, сүзгілер шығыстарындағы өтпелі процестерді енгізіңіз. Екі түрлі сүзгілердің шығыстарындағы сигналдардың ерекшеліктерін сөзбен сипаттап және осы тәуелділік түрін түсіндіріңіз.

1.4.4     ЖЖС және ТЖС сүзгілерге периодты импульстік сигналдың әсері.

          Бірінші тапсырманың модельі бойынша модель сұлбасын құрыңыз.

Генератор: Source Library → Aperiodic/PulseTrain.

Модельлеу параметрлері: Sample Rate = 100 Гц, No. Of Samples = 1000 беріңіз. Сүзгілер модельдерінің параметрлері бірінші мысалдағыдай. Сигнал көзінің параметрлері: Amplitude (v) = 1; Frequency (Hz) = 0,5; Pulse Width (sec) = 1; Offset (v) = 0; Phase (deg) = 0.

Модельдеуді жүргізіңіз. ЖЖС және ТЖС шығыстарында өтпелі процестерді қарастырыңыз. ЖЖС шығысында сигналдың уақытқа тәуелділігін сипаттап түсіндіріңіз. ТЖС шығысында сигналдың уақытқа тәуелділігін сипаттап түсіндіріңіз.

Есеп беруге модельдеу сұлбасын, модельдеу параметрлерін, модель параметрлерін, сүзгілер шығысындағы өтпелі процестерді қарастырыңыз. Екі түрлі сүзгілердің шығытарындағы сигналдардың ерекшеліктерін сөзбен сипаттап және осы тәуелділік түрін түсіндіріңіз. Сүзгі шығысындағы өтпелі процестерді 1.4.3 тапсырмада алынған нәтижелерімен салыстырыңыз.

1.4.5 Сигналды фазалы өңдеу генераторы.

          Фазалы өңделген сигнал импульстердің белгі алмасқыш тізбегі мен синустық сигналдың көбеюімен алынады.

1.6 сурет- 1.4.5 тапсырмаға сұлба

 

Генератор: Source Library → Noise/PN.

          Модельдеу параметрлері: Sample Rate = 1000 Гц, No. Of Samples = 2048. Сигнал көздерінің параметрлері: Amplitude (±v) = 1; Rate (Hz) = 4,8; No. Levels = 2; Offset (v) = 0; Phase (deg) = 0.

Модельденетін функцияның (17 блок шығысы) мен  модуляцияланған сигнал (16 блок шығысы) сызбасын шығарыңыз. Осы тербелістер спектрларын құрып, талдаңыз.

1.4.6 Амплитудалы-модуляцияланған (АМ) сигналдың генераторы және өту каналы (1.7 суретті қараңыз).

u(t)=[1+ 0,8cos 2π·F·t] sin 2π·f·t өрнектің моделін құрып,  АМ сигналының жасалу сұлбасын құрыңыз

Модельдеу параметрлері: Sample Rate = 1000 Гц, No. Of Samples = 2048. Сигналдың екі гармоникалық  құрамдастырушыларының  (3.7  суретте 0 және 1 блоктары) параметрлері F=10 Гц, f=100 Гц. Модуляциялайтын функция мен мадуляцияланған сигналдың сызбаларын шығарыңыз.

Ақ гаустық шуды қосыңыз (1.7  суретте 7 блок). АМ сигналы мен шу қосындысын жолақты сүзгіге беріңіз (1.7  суретте 8 блок).

1.7  сурет – 1.4.6 тапсырмаға сұлба

 

Сүзгі параметрлері: аналогты, Баттерворт сүзгі, жолақты, 3 ретті,  кесінді жиіліктері Low Cutoff (f-F) Гц және Hi Cutoff (f+F) Гц. Сызықты жүйенің параметрлерді таңдау операторлар кітапханасы терезесінде дәйектілікпен орындалады және төменде а, б, в. бөлімдерінде түсіндірілген:

а) сүзгі: Operator → Linear Sys Filters.

б) сүзгі  түрін таңдаңыз – аналогты (Analog), реті -3.

в) сүзгі параметрлері: Баттерворт (Butterworth) сүзгісі, жолақты (Bandpass), реті 3, кесінді жиілігі: Low Cutoff = (f-F) Hz, Hi Cutoff = (f+F) Hz.

Алынған сигналдар спектрлерін құрып, талдаңыз.

Жеке тапсырмаға екі гармоникалық құрамдастырушылардың параметрлері 1.1 кестеде келтірілген.

 

 1 к е с т е  - Жеке тапсырмалар нұсқалары

Нұс-қа №

Модуляциялай-тын тербеліс жиілігі F, Гц

Таралу тербелісінің жиілігі f, Гц

Нұс-

қа №

Модуляция-лайтын тербеліс жиілігі F, Гц

Таралу тербе-лісінің жиілігі f, Гц

1

15

125

14

15

250000

2

20

225

15

20

250000

3

30

450

16

30

250000

4

45

600

17

45

250000

5

50

800

18

50

250000

6

65

800

19

65

250000

7

150

3000

20

150

250000

8

200

4500

21

200

250000

9

250

3000

22

250

250000

10

500

6000

23

500

250000

11

800

10000

24

800

250000

12

75

1500

25

75

250000

13

125

2500

26

125

250000

 

Берілген модуляциялайтын және таралу  тербелістердің жиілік мәндеріне  сәйкес модельлеу параметрлерін таңдаңыз: Sample Rate, No.Of Samples, модельлеу нәтижелерін сәйкес көрсетілуін қамтамасыз ететін сүзгілердің параметрлерін.

Алынған сигналдардың спектрлерін құрып, алдыңғы модель нәтижелерімен салыстырыңыз.

1.4.7 Жиілігінің сызықты өзгеру заңдылығы бар  сигнал өзгеруінің генераторы (сызықты жиілік модуляциясы бар сигнал — СЖМ - сигнал) (3.8 суретті қараңыз).

1.8 сурет -1.4.7 тапсырмаға сұлба

 

Генератор: Source Library → Freq Sweep.

Параметрлер: Amplitude = 1v, Start Freq = 10 Hz, Stop Freq = 200 Hz, Period = 1 sec, Phase = 0 deg.

Модельлеу параметрлері: Sample Rate = 1000 Гц, No. Of Samples = 2048. Модуляцияланған сигналдың сызбасын шығарыңыз.

Сүзгі параметрлері: Баттерворт (Butterworth) сүзгісі, төмен жиілікті (Lowpass), 3 ретті, кесінді жиілігі: Low Cutoff = 120 Hz.

 

1.5 Жүйені кері байланыспен модельдеу

 

Мысал. Кері байланысы бар жүйенің функционалдық сұлбасын құрамыз (1.9 суретті қараңыз).

1.9 сурет - Кері байланыс жүйесі сұлбасы

 

 

1.6  Жұмысты орындау тәртібі

 

1.6.1 Құралдар тақтасында  батырмасын басу арқылы System терезесін тазалаймыз.

1.6.2 System Time  батырмасына басып System Time Specification сұхбат терезесін ашамыз. Модельдеу интервалында есептер санын No. Оf Samples = N = 512 және Sample Rate fд = 100 Гц. есептер жиілігін береміз. Сонда іске асыру ұзақтығы Stop Time – Start Time = (N – 1)/fд = 5,11 с.

1.6.3 Сигнал көзін орнатамыз: Source Library → Aperiodic/Ext → Step Fct. Сигнал көзінің параметрлері: Amplitude (v) = 1; Stop Time (sec) = 0; Offset (v) = 0.

1.6.4 Сумматор элементін орнатамыз  (Adder).

1.6.5 Содан кейін сұлба бойынша пропорционалды-интегралдау дифференциалды сүзгіні қою керек (PID): Operator → Integral/Diff → PID.

Сүзгінің шығыс кернеуі келесі формула бойынша анықталады

 

мұндағы x(t) – кіріс кернеуі.

Сүзгі параметрлері:

 GP = Proportional Gain = 2;

 GI = Integrator Gain = 3;

 GD = Derivative Gain = 0.

1.6.6 Сұлбаның келесі элементі – Интегратор: Operator → Integral /Diff → Integral. Параметрлері: Integration Order (сандық интегрлдау әдісі) = Zero. Initial Condition (бастапқы кернеу) = 0.

1.6.7 Тағы бір күшейткіш элементін орнатамыз: Operator → Gain/Scale → Gain. Параметрлері: Gain Units = Linear; Gain = – 2.

1.6.8 Gain элементін тышқанның оң жағын басу арқылы Reverse Token бұйрығын орындаймыз. Элементтін кірісі оң жақта, шығуы – сол жағында, сонда қосу желілер қысқарады және сұлба көрнекі көрінеді. 

1.6.9 Сигнал көзі мен интегратор шығыстарында вируталды осцилографтарды орнатамыз – берілген мәліметтерді талдағыштар 1.9 суретте көрсетілген.

1.6.10 1.9 сұлбаға сәйкес барлық функционалдық блоктарды қосамыз.

Модельдеуді орындаймыз.  Модельдеу соңында сумматордың төменгі кіре берісінде [z – 1] индикаторы пайда болады. Ол кері байланыс тізбегінде дискретизацияның бір тактына кідіру енгізу орнын көрсетіп тұр.  Мұндай кідіру барлық физикалық берілетін кері байланысты сандар жүйесіне тән.

Модельдеу нәтижелері сызба немесе мәліметтердің кестесі түрінде берілуі мүмкін. Нәтижелерді кесте түрінде көрсету үшін сандар анализаторының типін Numeric Display → Data List түріне өзгерту қажет.   Сонда модельдеу соңында анализатор терезесінің жанындағы қатарда мәліметтердің есептер кестесі шығады. Бұл мәліметтерді қағазға басу немесе файлға шығару терезе мәзірінде оң жақ батырмасының көмегімен орындалады.

 

1.7 Модельдеу нәтижелерінің динамикалық көрінісі

Соңында Analysis терезесінде модельдеу нәтижелері көрінеді.  Осы ағымдағы динамикалық жаңартылатын нәтижелер System терезесінде Dynamic System Probe модуль көмегімен сызбада көрінеді. Осындай сызбаны орнату үшін System экранының сол жақ төменгі бұрышында орналасқан  (1.1  суретті қараңыз) батырма жұмыс алаңына әкелінеді, нәтижесінде ол  сынама түрінде алынады. Тышқан батырмасын жібергеннен кейін осы сынама жақындағы блокқа орналасып, 1.10 суреттегідей сызбаларды құру терезесі  ашылады. Егер осы терезенің төменгі жағында Time батырмасы орналасса, онда сынама көрсеткен блок шығысында кернеу сызбасы құрылады.  Тышқанмен осы тетікке басқанда оның жазуы Frequency жазуына ауысады, бұл модельдеу аяқталғаннан кейін блок шығысында кернеудің Фурье түрлендіру модулінің жиілікке тәуелділігінің сызбасы құрылатынын белгілейді. Функционалдық сұлбаға бір уақытта осындай бір терезені, ал онда екі сызбаны орнатуға болады. Сызбалар сипаттамалары 1.10 және 1.11 суреттерде көрсетілген құралдар көмегі арқылы өзгереді.

1.10 сурет - Dynamic System Probe режимінде модельдеу нәтижелері (бар кесте – )

 

         1.11 сурет - Dynamic System Probe режимінде модельлеу (екі кесте – )

 

1.8 Тапсырма нұсқалры

 

1.8.1 Кері байланысы бар сұлбаның (1.12 суретті қараңыз) моделі мен модельдеу сұлбасын құрыңыз. Dynamic System Probe режимінде бір немесе екі сызбалармен модельдеу нәтижелерінің көрінуін пайдаланыңыздар. 1.12 суреттегі сұлбаның элементтер параметрлері 2  кестеде көрсетілген.

Кіріс әсері –  0,5-тен 1,5 арақашықтықта өсімді және t > 1,5 төмендейтін сызықты кернеу 1.12 суреттегі 0, 5, 6, 7, 8 блоктарымен модельдері.

 

1.12 сурет - Үшбұрышты жартылай шексіз импульсті әсері бар болғандағы кері байланысты жүйе моделінің сұлбасы

 

2 к е с т е - 1.12 суреттегі сұлбаның элементтер параметрлері

Элемент

Атауы

Тобы

Параметрлері

0

Time

Aperiodic/Ext

Gain = 50 v/sec

Offset = 0

1

Sine

Functions

Phase = 0 deg

2

Adder

Adder

3

Integral

Integral/Diff

Zero Order

Initial Con-dition = 0 v

4

SystemView

Graphic Display

6

Delay

Delays

Non-Interpolating

Delay = 1,5 sec

7

Delay

Delays

Non-Interpolating

Delay = 0,5 sec

8

Gain

Gain/Scale

Gain Units = Linear

Gain = – 1,5

9

Negate

Gain/Scale

10

Gain

Gain/Scale

Gain Units = Linear

Gain = 63

1 блок  (Sin) – шығуында кернеу y(t) = sin(x(t) + θ) теңдеуі бойынша есептелетін сызықты емес элемент, мұндағы x(t) – кірудегі кернеу.

Dynamic System Probe режимінде 0 және 5; 7 блоктардың шығыстарында екі сызбаны құрыңыз. Бұл сызбалардың ерекшеліктерін белгілеңіз.

1.8.2  1.13- суретте сұлбамен іске асырылған байланыс арнаның моделін құрыңыз және модельдеуді жүргізіңіз. Dynamic System Probe режімінде модельдеу нәтижелерін бір немесе екі сызбаны көрінісін пайдаланыңыз.

1.13 суреттегі сұлбаға арналған элементтер параметрлері 3 - кестеде берілген.

1.13 сурет - Байланыс арнасы моделінің сызбасы

 

                                                                                          

3 к е с т е  - 1.13 сурреттегі сұлбаның элементтер параметрлері

Элемент

Атауы

Топ

Параметрлері

0

Sinusoid

Periodic

Amplitude = 1 v

Frequency = 1013 Hz

Phase = 0 deg

1

Sinusoid

Periodic

Amplitude = 1 v

Frequency = 1487 Hz

Phase = 0 deg

2

Adder

Adder

3

Linear Sys Filters

Filters/ Systems

Analog; Bessel;

Lowpass;

No of Pole = 5

Low Cutoff = 2000 Hz

4

Analysis

Analysis/ Export

5

Attn-Fxd

Amps/ Mixers

Noise Figure = Enable

Loss = 0 dB

6

Attn-Fxd

Amps/Mixers

Noise Figure = Enable

Loss = 40 dB

7

Analysis

Analysis/ Export

8

Quantize

Non Linear

Quant Bits = 4

Quantizer Output = Floating Point

9

SystemView

Graphic

Display

10

Linear Sys Filters

Filters/

Systems

Analog; Bessel;

Lowpass;

No of Pole = 7

Low Cutoff = 3500 Hz

 

1.8.3 Сигналдың жалпы трактта өшуінің (әлсіреу 5 блокқа берілген) және кванттаушы разряд санының (8 блокқа берілген) сигналдың қайта пайда болуының сапасына әсерін анықтауға тәжірибе жүргізіңіз. Барлық сұлба нүктелерде тербеліс спектрлерін құрып және осы спектр ерекшеліктерін анықтаңыз. 10 кГц тең модельдеу жиілігін орнатыңыз.

 

Бақылау сұрақтары

1. System View ортасында бағдарламаны жазу жоғары деңгей тілдер көмегімен бағдарламалаудан айырмашылығы неде?

2. System View модельдеу  Matlab модельдеуден немен ерекшеленеді?

3. System терезесінде жүйелердің немесе құрылғылардың функционалды сұлбаларын құру ретін түсіндіріңіз.

4. Модельдеуде дискретизация жиілігін (Sampling Rate), есептер санын  не үшін береміз?

5. Дұрыс құрылмаған сұлбада бағдарламаны компиляциялау қателігі қалай белгіленеді?

6. System Viewта метажүйесі деп нені атайды?

7. Метажүйелерді құрудың тізбектелген әрекеттерін анықтаңыз.

8. Модельдеу жылдамдығын қалай өсіруге болады?

9. Модельдеу нәтижелерінің бір терезесінде екі графикті қалай құруға болады?

 

2 Зертханалық жұмыс № 2. Байланыстың ұқсас жүйелері

 

Жұмыстың мақсаты: үлгілеу мен модуляцияның ұқсас түрлерін, байланыстың ұқсас жүйелерін зерттеу.

 

Ұқсас байланыс жүйелерінде ақпараттық сигналмен m (t)  үздіксіз амплитуданы немесе төменжиілікті синусоидалы жиілікті беретін сигналды (baseband) үлгілейді.

Амплитудалы модуляция (AM) 1920 ж. бірінші кең көлемде хабар таратушы технология болған,  1930 ж. жиілікті модуляция жалғастырған (FM).  Бір жолақты модуляция 1940 ж. бастап алыс телефон байланысына пайдаланыла бастады, АМ нұсқасы жиілігінде екі бүйір жолаққа қарағанда біржолақты модуляция тиімді.

Модуляцияның ұқсас әдістері іске асыруда оңай және шуға интерференция орнықты.

 

 

2.1 Амплитудалы модуляция (АМ)

 

Амплитудалы модуляцияда (АМ) үздіксіз амплитуда синусоидалы жиілікті беретін  жіңішке жолақты ақпараттық сигналмен үлгіліенеді m(t), 2.1. теңдеуінде берілгендей

 

 

2.1 теңдеуде Ac амплитуданы беретін жиілік, ka V–1  де амплитудалы модуляцияның  индексі, және  fc жиілікті беруші. Қайта модуляцияны болдырмау үшін, міндетті түрде| kam (t) | ≤ 1 барлығы үшін t. Егер m(t) = 0 болса, сонымен бiрге 2.1-шi теңдеуiндегi AM сигнал (double sideband AM DSB-AM ) екi бүйiр жолақты AM деп атайды, өйткенi жиiлiктi беретін компонентiне қатысады, спектр симметриялық жоғарғы және төменгi бүйiрлеу жолақты алады.

Үлгі ретінде №1 зертханалық жұмыстағы 1.4.6 тапсырмаға берілген 1.7 суреттегі сұлбаны пайдаланамыз. Жеке тапсырмалардың мәлiметтер ретiнде №1 зертханалық жұмыстағы бастапқы кестенi пайдаланамыз.

Пайдалы сигнал .

№1 зертханалық жұмыстағы 1.7 суреттегі Баттерворта жолақты сүзгісіне дейін ұқсас байланыс жүйесінің арнасының тасымалдаушы  «DSB-AM» үлгісі болып табылады. Баттерворта сүзгісі қабылдағыш кірісі, қабылданған хабарды демодуляцялауды және қабылдауды жүзеге асырушы.

Демодуляцияны беруге арналған «DSB-AM» синхронды детекторды (synchronous detector) қолдануға болады, бұл жағдайда теңдеу 1.14, егер  fc = fo және фазалық жылжу болмаса, демодулятор шығысы (үлгі «Multiplier») 2.2  теңдеумен сипатталады

 

 

Теңдеуде 2.2, γ –байланыс арнасының әлсіреуі (өшу) және нөлге тең болуы мүмкін (γ = 1). Теңдеуден 1.15 спектрлы компоненттер sо(t)  2fc жиілігіне қатысты орталықтанады  және нөлдік жиілікте шығады.

Жағымсыз тұрақты компонент γAcAo/2 және спектрлы компоненттер, орталықтанған екі есе жиілікке қатысты беретін 2fc демодулятор шығысында қысылады, келесі басқа сүзгіге кірістірілген, 3-полюсті ұқсас жолақты Баттерворта сүзгісі өткізу жолағымен, жолақ жиілігінде пайдалы сигнал болып табылады.

Демодулятор сигналы ретінде «DSB-AM» қарапайым когерентті емес демодуляторды қолдануға болады, әдебиетте «crystal radio» деп аталады және радиобайланыстардың дамуында радиосигналдардың қарапайым диодты детекторы қолданылады. «Function Library» кітапханасынан бұл сұлбада синхронды детектор жартыкезеңді түзеткішпен алмастырылады («Half Wave Rectifier»).

 

2.2 Тапсырма нұсқалары

 

2.2.1 №1 зертханалық жұмыстағы 1.7 суреттегі  сұлба бойынша DSB-AM-нан мәлімтеттердің берілу жүйесінің үлгісін құрып, сұлба элементтері шығысында спектрлер сигналын алу.  «Standard deviation» параметрін өзгерте отырып, «Gaussian Noise» үлгісінде кедергілер деңгейінің мәліметтер сапасына әсерін бағалау.

2.2.2 Синхронды детектордың реттеу жиілігін нақты көрсетілгеннен ±250 Гц өзгерте отырып, демодульденген сигнал сапасының жиіліктің істен шығуының әсерін бағалап, алынған нәтижеге түсінік беріңіз. 

2.2.3 Синхронды детектордың тербеліс фазасын өзгерте отырып, демодулденген сигнал сапасына синхронды детектордың тербеліс фазасының алғашқы өзгеру әсерін бағалап, алынған нәтижеге түсінік беріңіз.  

2.2.4 Синхронды детекторды жартыкезеңді түзеткішке алмастырыңыз. Демодулденген сигнал сапасын бағалаңыз.

          2.4.5 Сөйлеу сигналына арналған байланыс жүйесінің үлгісін құрыңыз.

2.4.6 Диодтық детекторға 2.1 суретте iлеспе демодулятор сурет сұлбада алмастырыңыз. 1.5. пукнтеггі алынған нәтижемен салыстырыңыз.

2.4.7 Қабылданған сөйлеу қатынастың сапасына iлеспе демодулятордың бұзылуының ықпалын бағалаңыз.

2.4.8 Барлық пунктеггі тапсырмасының тарауларына арналған 1 сұлбаның тән нүктелерiндегi сигналдарының спектрлерi құрастырылуын салыстырыңыз.

 

 

2.3 Байланыстың жүйелерін зерттеу

 

2.1 суретте «DSB-AM» жолақтарының  екі бүйір және ұқсас жүйесінің берілу SystemVue симуляция терезесі көрсетілген. «Source Library» кітапханасынан мәліметтер тобының жылдамдығына 64 кб/сек. сәйкес келетін 8 бит және таңдаумен 8 кГц рұқсат етілген «Wave external file» үлгісі SVAudioIn.wav дауыс файлын енгізеді.

 «System Time» терезесінде үлгілеу параметрлері: «Sample Rate» 800 kHz орнатылады, енгізу жылдамдығы 8 kHz  .wav файлынан асып кетеді. «System Stop Time» 620 msec орнатылады, ∆f = 1.61 Hz жазба ұзындығына және спектрлы рұқсат ету сәйкес. Параметр спецификасы кіріс таңдауында «Wave external file» шығысы 99 таңдаумен толығады: дискретизацияның шығыс жиілігін көтеру үшін 8 kHz факторымен жүйе уақыты параметріне 100 «Sample Rate»: 800 kHz.

DSB-AM модуляторында ешқандай бұрмалануды болдырмау үшін SVAudioIn.wav файлы ауқымында «Function Library» кітапханасынан «Wave external file» үлгі шығысы «Polynomial» кіріс үлгісіне беріледі. «Polynomial» үлгі параметрлері: коэффициент x0 (offset) тең 0.08, x1 (linear) тең 0.02, ал қалған коэффиценттер нөлге тең.

 

2.1 сурет - DSB-AM когерентті демодулятормен ұқсас байланыс жүйесі

 

«Polynomial» үлгісінің шығысы (3), жіңішкежолақты ақпараттық сигнал болып табылады m(t), модуляторға енгізіледі «DSB-AM» (4) «Communications Library» кітапханасынан, параметрлерімен: амплитуда жиілігін беретін Ac = 10 V, жиілікті түсіруші  fc = 25 kHz, амплитуда модуляцияцының индексі ka = 1 және фаза бойымен жылжу (phase offset) 0°. SVAudioIn.wav файлда үнемі жылжуды жою үшін амплитуда модуляциясының индексін және кіріс сигналын ауқымдай алса да, «Polynominal» үлгісі пайдаланылады.

«Source Library» кітапханасынан бастапқы стандартты параметрлер ауытқулары(«standard deviation») σ = 0 V және ортақ ұғым («mean») μ = 0 V байланыс арнасы «Adder» (5) және « Gaussian Noise» үлгісімен беріледі (1).

«Adder»(5) үлгісінің шығысы «Linear System Filter» (6) үлгісімен берілген DSB-AM бастапқы сүзгі қабылдағыш сұлбасына енгізіледі. Өткізіу жолағы 17-ден kHz  33 kHz-ке дейінгі 9-полюсті ұқсас жолақты Баттерворта (Butterworth analog bandpass filter (BPF)) сүзгісі қолданылады. Сүзгіде жиілік кесінділері ±8 kHz  орталықтандырылған 25 kHz берілген жиілікке қатысты және DSB-Am сигналды өткізу жолағы орнатылады. «Source Library» кітапханасынан BPF (6) үлгісінің шығысы « Multiplier» (7) үлгі кірісіне беріледі, «Sinusoid» үлгісінен синусоидалы сигнал берілетін басқа кіріс үлгіге (7) беріледі. «Sinusoid» үлгісінің параметрлері (7): амплитуда Ao = 10 V, жиілік fo = 25 kHz, фаза бойыымен жылжыту (phase offset) 0°. DSB-AM сигналы когерентті демодуляцияға арналған «Multiplier» үлгісі және модуль «Sinusoid» үлгісі синхронды детекторды (synchronous detector) құрайды.

2.2  теңдеуінен спектрлі компоненттер sо(t)  2 fc = 50 kHz және нөлдік жиілікке қатысты орталықтандырылады.

 

2.2 сурет - DSB-AM сигналының iлеспе демодулятор шығысындағы қуаттың спектрлiк тығыздығы

 

          Жағымсыз тұрақты компонент γAcAo/2 және спектрлі компоненттер 50 kHz жиілікке қатысты орталықтандырылған демодулятор шығысында қысылып (8 ) өткізу жолақтарымен 9-полюстік Баттерворта ұқсас жолақты сүзгісімен 80 Hz 8 kHzге болып табылатын басқа сүзгiге енгізіледі.

          Сүзгiнiң шығысы (8) Polynomial (9) үлгі кірісіне параметрлермен беріледі: сызықты коэффициентi x1 (linear) 2.5-ге тең, қайта қалпына келтірілген wav файлды масштабтау үшін басқа коэфициенттер  нөлге тең.  «Operator Library» кітапханасынан Polynomial (9) үлгісінің шығысы iрiктеудi бастапқы жылдамдықты 8 kHz қалпына келтiру үшiн 100-шi децимацияның факторымен жүргiзiліп «Decimator» үлгісіне енгізіледі. Жүйелiк уақыттан wav файлы: Sample Rate 800 кгц.

2.3 суретте симуляцияның аяқталуынан кейiнгі DSB-AM байланыс жүйесiнiң үлгілеу терезесі көрсетiлген. Үнсіздік бойынша Windowsтiң SVAudioIn.wav файл SVAudioOut.wav шығарылатын ендiрiлетiн аудиожелдеткiшi автоматты шақырылады және естуге болады. Шу бастапқы берiлу арнасына қосылмайды, тiптi (1V ) болмашы, орташа квадраттық ауытқу σ, бiрақ қою кейбiр «Gaussian Noise» үлгісі қабылданған сигналдың нашарлауына алып келедi.

 

2.2  сурет - DSB-AM ұқсас байланыс жүйесінің Windows аудиоплеерда

үлгілеу терезесі

 

2.4 Теңдеуiш амплитудалық модуляция. Екi жолақты амплитудалық модуляциясы тығыз берілу ((DSB-SC) analog double sideband suppressed carrier) жүк көтергiш

 

 Синусоидалы берілу жиiлiгiнiң үздiксiз амплитудасының (AM) теңдеуiш амплитудалық модуляциясының жанында  2.3 теңдеуiмен берiлген (t) m- нiң таржолақты ақпараттық сигналмен үлгіленеді.

 

 

Теңдеуiнде 2.3, Ac  жиiлiкті беретін амплитуда, ka амплитуда модуляцциясының V–1 индексі болып табылады, және fc берілген жиілік. Қайта модуляциян болдырмау үшін міндетті түрде барлығы үшін (t) | kam (t) | ≤ 1 арналған. Теңдеулерден көрегiндей 2.3 үлгіленген сигналдың спектрiнде спектрлiк құрайтын берілген жиiлiк болмайды.

 Когеренттi демодуляция 2.4 теңдеуiмен сәйкес iлеспе детектор көмегiмен iске асады.

,

 

2.5 Тапсырма нұсқалары

 

2.5.1 Теңдеулерi бойынша 2.3 және 2.5 екi жолақты АМ бар ұқсас байланыс жүйесiнiң (DSB-SC) үлгісін құрастыру.

Тапсырманың нұсқаларын зертханалық жұмыстан №1 алуға болады.                  Сұлбаның элементтерiнiң шығыс сигналдарының спектрлерiн алу. Gaussian Noiseнiң үлгісінің standard deviationнiң параметрлерін өзгерте отырып, берiлу сапасының әсер деңгейінің ықпалы бағалау.

 2.5.2 Сигналдың демодулді сапаға жиiлiктiң бұзылуын ықпал 250 Гц шектегi iлеспе детектордың күйге келтiруiн жиiлiгiн номиналдыдан өзгерте бағалаңыз, алған нәтижеге қисынды түсiнiк берiңiз.

2.5.3 Сигналдың демодулді сапаға iлеспе детектордың тербелiсiнiң бастапқы фазасының өзгерiсiнiң ықпалы (phase offset) iлеспе детектордың тербелiсiнiң фазасын өзгерте бағалаңыз, алған нәтижеге қисынды түсiнiк берiңiз.

2.5.4 DSB-SC - тың жүйесiндегi сигналдардың дауыстауларын берiлу үшiн байланыс жүйесiнiң үлгiсi құрастырыңыз. Ретiнде кiретiн пайдалы сигнал дыбыстық файл сол қолдану. Кiрулердiң бiрлерiне пайдалы сигналды әперген Multiplier берілген жиiлiктiң басқа сигналға модулятор ретiнде үлгіні пайдалану. Iлеспе детекторы бар қабылдау бөлiгiнiң сұлбасы өзгермейді.

 2.5.5 Сұлбаның элементтерiнiң шығыс даблдардың спектрлерiн Gaussian Noiseнiң үлгісінің standard deviationнiң параметрi өзгерте дыбыстың берiлуiн сапаға бөгеуiлдi деңгейдiң ықпалын бағалаңыз. Қолданылған аудиофайлды дыбыстың сапасына қабылдағыштың бұзылуын ықпал iлеспе детектордың f oның жиiлiгiнiң мәнiн өзгерте бағалаңыз.

 

2.6  Біржолақты амплитудалы модуляция тығыз берілген (Single Sideband Suppressed Carrier (SSB-SC))

 

Синусоидалы берілген жиiлiк үздiксiз амплитудасының (AM) бiр жолақты амплитудалық модуляциясының жанында 2.5-шi теңдеуiмен берiлген (t) m-нiң таржолақты ақпарлық белгiсiмен үлгілейді.

 

 

Мұнда m(t) және   - синфазды және квадратты құрушы пайдалы сигналдың,    - берілген жиілік,  – берілген тербеліс амплитудасы.

SSB-SC сигнал  синхронд детектор көмегімен демодулденген болуы мүмкін.  SSB-SC сигнал басқаша айтқанда сигналға берілген жиілік cos(2πfct) көбейту арқылы демодулденген болуы мүмкін.

2.6 теңдеуде жоғарғы бүйір жолақ ұғымы демодулденген сигнал келтірілген

 

2.4 суретте біржолақты модулятор және демодулятор берілген сұлба келтірілген.

 

SSB Modulator                                                       SSB Demodulator

2.4 сурет - біржолақты модулятор сұлбасы

 

Ақпараттық сигнал (осы жағдайда синусоидалы)  синфазалық берілген жиiлiктердi құрайтын  көбейту құрылғысының бiр кiруiне түседi.

Сонымен бiрге ақпараттық сигнал квадрат құрайтын пайдалы сигналды алу үшiн фаза айналу тізбегіне беріледі. Фаза айналу тізбегінде бастапқы сигналға фаза -90° бойынша жылжуды жүзеге асырады. Сигналдың фаза айналу тізбегінде шығыс кiруге екiншi басқа кiріс квадратура берілген жиілікті құрайтын берілген жиiлiктерiн көбейтудi құрайды.

Бұдан әрi синфазалық және квадратура құрайтын төменгi бүйiрлеу жолақта үлгіленген сигналды алу үшiн  + таңбасымен немесе «» таңбасымен жинақталып, жоғарғы бүйiрлеу жолақ үшiн таныс және байланыс каналдарына түседi.

Демодуляция iлеспе детектормен яғни сигналға  «SSB-SC» сигналдың көбейтуiмен iске асады. Ақпараттық сигналға жолақ жөнге салынған төмен жиiлiктi сүзгi демодулятордан кейiн тұруы керек.

Фаза айналу тізбекті iске асыру үшiн Гильберттiң өрнектеуiн қолданылады.

 

2.7 Тапсырма нұсқалары

 

2.7.1 2.5 және 2.6 теңдеулерi бойынша АМ бiр жолақты (SSB-SC) тығыз жиілік беруші байланыс жүйесiнiң үлгiсiн құрастыру. Пайдалы сигнал ретінде  350 Hz, 1000 Hz, 3300 Hz және амплитудалардың жиiлiктерi бар синусоидалы сигналдарын сәйкесінше 0.5 V, 2.0 V және 1.5 V соманы пайдалану. Берiлетiн үлгіленген сигналдардың спектрлерiн қарастыру. Нәтижелерін түсiндiру.

2.7.2 2.5 және 2.6  теңдеулерi бойынша АМ бiр жолақты тығыз жиілікті беретін (SSB-SC) ұқсас байланыс жүйесiнiң үлгiсiн құрастыру. Пайдалы сигнал ретінде дыбыстық файлды қолдану. Ақпараттық сигнал үшiн фаза айналу құрылғысы ретiнде Linear Sys Filtersтiң бөлiмiнiң Operator Library кiтапханасынан Гильбертi түрлендiргiштi пайдалану. Төменгi бүйiрлеу жолақ бойынша, бойынша жоғарғы үлгi берiлудi жүйе үшiн құрастыру. Iлеспе детекторы бар қабылдау бөлiгiнiң сұлбасы өзгермейді. Жүйелiк уақыттың параметрлерiн солай қалдырып, сонымен қатар кіріс сигналының көзі ретiнде дыбыстық файл қолданушы алдыңғы үлгiлерде қалдыру.

 

2.8 Квадратты мультиплекация жасау

 

Квадратты мультипликация жасау екi сигналды беретін сақтаушы бойынша сол жалғыз жиiлiктi берушіні қолдана отырып алғанын көрсетедi.

 

 

            2.5 сурет - Квадратты мультиплексордың құрылымдық сұлбасы

 

2.6 сурет

Екi сигналды шығарыңыз. 1 кГц жиiлiкпен тағы басқалар 50 Гц бiр жиiлiкпен. Косинусоидалық сол жиiлiктен тағы басқалар бiр 20 кГц жиiлiгiнiң синусоидалы тербелiсiмен үлгілеңіз 2.6 - сурет жоғары көрсетiлген.

Бұл екi үлгіленген сигналдар және демодульденген сол жиiлiкпен ескертпе сигнал синусоидалы және косинусоидалық ескертпе сигналдарына өркендете жинақтаңыз.

Әрбiр көбейткiштiң шығуына (LPF) аласа жиiлiк осыдан кейiн сүзгiлерге шарт қойыңыз және сiз бастапқы ескертпе сигналдар алатыныңызға көз жеткiзiңiз. Бұл сигналдардың әлсірейтінін белгiлеңiз.

Ескертпе сигнал демодулденген фаза бойынша жылжуды енгiзiңiз. Егер сiз градустар фаза бойынша жылжу 0 мен 90 аралығындағы үлкейтсеңiз қалай болады? Аналитикалық терезенi қолданыңыз және функцияны масштаб жасаңыз, бұл құбылысқа қандай атау берілген?

 

2.9 Жиілікті модуляция

 

2.7 теңдеуінде берілгендей жиілікті модуляцияда (FM) ақпараттық сигнал m(t) үздіксіз синусоидалы жиілікті беруді үлгілейді

 

 

 

2.7 теңдеуінде Ac – беррілген амплитуда, kf  - модуляция индексі немесе девиация жиілігі әсері (жиілік сипаттамасының күштілігі) Hz/V, fc берілген жиілік. 2.8 теңдеуінде берілген таржолақты ақпараттық сигнал m(t) интеграцияланады,  fi Hz  жиілік лездігінен бастап, сигнал синусоидалар бұрышы уақыты бойынша өзгеруін анықтайды

 

   

2.7 суретте (FM) жиiлiк модуляциясымен берiлудi ұқсас жүйенiң SystemVue симуляциясының терезесi көрсетiлген. Wave external file Source Library кiтапханасынан үлгі деректер ағынының жылдамдығы 64 кб/сек сәйкес келетiн 8 кГц 8 бит және iрiктеумен шешуi бар SVAudioIn.wav дыбыстық файлы ендiредi.

 

 

 

2.7 сурет - ЧМ (FM) ұқсас байланыс жүйесі

 

«System Time» терезесiндегi үлгілеу параметрлерi: «Sample Rate» 8 kHz-шi енгiзудi жылдамдықтан асатынын 240 kHz. wav файл бекiтiледi. «System Stop Time» жазуды ұзындыққа және спектрлiк шешуге сәйкес келетiнiн 620 msec бекiтiледi f = 1.61 Hz. Wave external file шығу Sample Rate жүйелiк уақытының параметрiне 30-шi 8 kHz факторымен бастапқы дискретизация жиiлiгiне жоғарылатылу үшiн параметрдiң спецификациясындағы кiретiн iрiктеуiне 29 iрiктеулермен толықтырады: 240 kHz.

Wave external file үлгісінің шығуы өткiзу жолағымен (BPF) баттерворттың тiлiнген сүзгiсi өзiне 50 Hz 5 kHzге ұсынатын Operator Library кiтапханасынан Linear System Filter үлгісі беріледі. Қолдануы BPF SVAudioIn.wav дыбыстық файлындағы жағымсыз тұрақты жылжуды алып тастау үшiн талғаулы әдiс болып табылады. BPF шығу Function Library Operator Library және Frequency Modulator үлгісіне Decimator үлгісіне түседі.

«Decimator» үлгісі SVAudioOut2.wav 24 kHz жазылатын демалыс аудиофайлын iрiктеудi жылдамдықтың қамтамасыз етуi үшiн 10-шi децимацияның параметрiн алады. Frequency Modulator үлгісі келесi параметрлерi болады: Ac = 5 V жиілік амплитудасы kf = 25 Hz/V жиiлiк ауытқуының fc = 25 kHz, факторы және (phase offset) 0 фазалық жылжу жиілігі.

«DSB-AM» жүйесi үшiн байланыс арнасын үлгілейді. (PLLның үлгісі) демодулятор үйреншiктi кiтапханадан қолданылады. Тең 0, 25 Hz/V жиiлiк ауытқуының факторы, 10 kHz-шi төмен жиiлiктi сүзгiнiң өткiзу жолағы, және контурлы сүзгiнiң екi коэффициентiнiң VCO (voltage controlled oscillator - кернеу басқарылатын генератор) VCO fVCO = 25 kHz, фазасы орталық жиiлiк PLL үлгінің параметрлерi нөлдерге бекiтiледi. PLL үлгісінің жұмысының сипаттамасы SystemVue бойынша нұсқауларындағын табуға болады.

«PLL» үлгісінің шығысы «Decimator» үлгісіне түсетiн ұқсас демодульденген сигнал бар. 10 тең болатын децимациясының параметрi.

 Сигналдың «Decimator» үлгісінің шығыс сызықты күшейту «Gain» үлгісі күшейткiшке түседi, 10 тең. Бұдан әрi жаңадан өндiруге болған SVAudioOut.wav демалыс аудиофайлына сигналдың демодульденген жазуы iске асады.

Бастапқы ешқандай да шу берiлудi арнаға қосылмайды, бiрақ орташа квадраттық ауытқуды Gaussian Noise =1V үлгісі алған сигналдың  нашарлауы өндiрiп алады. PLL үлгісінің параметрлерiнiң спецификациялары сигналдың амплитудасының шектеуiн мүмкiндiк байланыс арнасында бөгет болған жағдайдың сигналдың демодульденген сапаны жақсартатынын қосады.

 

2.10 Тапсырма нұсқалары

 

2.10.1  2.7 суретте сұлба бойынша модуляциямен FM деректердi беру жүйесiнiң үлгiсiн құрастырсын, сұлбаның элементтерiнiң шығысындағы сигналдардың спектрлерiн Gaussian Noiseнiң үлгісінің standard deviationнiң параметрi дыбыстың берiлуiн сапаға бөгелу деңгейін ықпалын бағалауға өзгерте алады.

2.10.2 Модуляциясы бар модуляциямен FM берiлу жүйесінiң қорғалғандығы туралы қорытынды жасау.

2.10.3  Ретiнде кiретiн пайдалы сигналда сәйкесiнше 350 Hz, 1000 Hz, 3300 Hz және амплитудалардың жиiлiктерi бар синусоидалы сигналдары 0.5 V, 2.0 V және 1.5 V соманы пайдаланатын модуляциямен FM ұқсас байланыс жүйесiнiң үлгiсiн құрастыру. Frequency Modulator үлгісі келесi параметрлерi болады: №1 зертханалық жұмыстан жиiлiгiнiң мәнiне fc = жиілік беретін kf = 250 Hz/V жиiлiк ауытқуының факторы және (phase offset ) 0 фазалық жылжу жиiлiгiнiң берілу Ac = 5 V амплитудасы.

0-ге тең 250 Hz/V жиiлiк ауытқуының факторы, 4.5 kHz төмен жиiлiктi сүзгiнiң өткiзу жолағы, және контурлы сүзгiнiң екi коэффициентiнiң №1 зертханалық жұмыстың VCO фазасы жиiлiгiнiң мәнiне (voltage controlled oscillator - кернеу басқарылатын генератор) VCO fVCO орталық жиiлiгi PLL үлгі параметрлерi нөлдерге бекiтiледi. Берiлетiн үлгіленген сигналдардың спектрлерiне қарау. Нәтижелерін түсiндiру. Бiр жолақты АМ бар ұқсас байланыс жүйесi үшiн ұқсас нәтижелерiмен (SSB-SC) тығыз жиілікті салыстыру.

 

Бақылау сұрақтары

1.              Әр сұлбадағы элементтердің қызметін түсіндіріңіз.

2.              «DSB-SC» берілісінің  «SSB-SC»  берілісінен айырмашылығын түсіндіріңіз.

3.              Қарастырылып отырған спектрлердің беріліс түрлерінің теориялық өрнегін қорытып шығарыңыз. Үлгілеуден алынған қорытындыны теориялық спектрдің түрімен салыстырыңыз. Алынған нәтижені түсіндіріңіз.

4.              Неге балансты модуляциялау берілісін демодуляциялау үшін қарапайым детекторды қолдануға болмайды?

5.              Синхронды детектрлеу кезінде демулятордың жиілігі не себепті өтіп жатқан сигналдың жиілігімен дәлме дәл сәйкес келу керек, тусіндіріңіз.

6.              ЧМ және ФМ беріліс спектрлерінің теориялық өрнегін қорытыңыз және ұқсастығымен айырмашлығын түсіндіріңіз.

7.              «DSB-SC» сұлбасының квадраттық мультиплексті сұлбадан айырмашылығын түсіндіріңіз.

 

 

3 Зертханалық жұмыс № 3. Төмен жиілікті аналогты сигналдарды дискреттеу. Компандалау. Дельта модулятор

 

Жұмыстың мақсаты: сигналдарды аналогтық-сандық түрлендірудің әртүрлі әдістерін зерттеу.

 

Ақпараттың аналогты көздері болып көбінесе түрлендірушілердің көмегі арқылы кернеудің немесе токтың үздіксіз электрлік (әдетте) сигналын беруді қамтамасыз ететін әртүрлі датчиктердің синалдары табылады. Осы аналогты төмен жиілікті сигналдар амплитудасы мен ең жоғарғы жиілігі бойынша шектелген. Аналогты төмен жиілікті сигналдар тасымалдау арналары бойынша едәуір жоғары жиілікте берілетін ақпараттың модульдеуші көздері болып табылады. Аналогты төмен жиілікті сигналдар уақыт және амплитуда бойынша үздіксіз, және сигналдарды сандық өңдеу үшін және де сандық байланыс арналары бойынша беру үшін оларды әдетте дискреттейді (sampling) және кванттайды (quantization).

Дискреттеу деп мәндері бойынша бастапқы үздіксіз функция берілген дәлдікпен қалпына келтіріле алатын, координалар деп аталатын шамалардың жиынтығымен көрсетілетін үздіксіз уақыт функциясының дискреттік уақыт функциясына түрленуін түсінеді. Координаталардың рөлін көбінесе уақыттың белгілі кезеңдерінде есептелген функцияның лездік мәндері орындайды.

Кванттау деп мәндерінің үздіксіз шкаласы бар қандай да бір шаманың мәндерінің дискретті шкаласы бар шамаға түрленуін атайды. Ол кез келген лездік мәнді кванттау деңгейі деп аталатын рұқсат етілген мәндердің соңғы  жиынтықтарының бірімен алмастыру болып табылады.

Алдын ала белгіленген мәндер біркелкі кванттау (uniform quantization) кезінде кванттау аралығында біркелкі таратылған және биттердің жалпы саны жүйенің мүмкіндігі болып табылады. Біркелкі емес кванттау  (nonuniform quantization) кезінде алдын ала белгіленген мәндер кванттау аралығында біркелкі емес таралған және мүмкіндік өзгереді.

Біркелкі емес кванттау көбінесе сызықты емес сығымдау таратқышта қолданылатын және сызықты емес кеңею қабылдағышта қолданылатын дискреттелген сөз сигналын қабылдау сапасын жақсарту үшін қолданылады. Сигналды сызықты емес сығымдау кеңейтуге арналған процедура компандалау (companding) деп аталады.

 

3.1           Төмен жиілікті (baseband) аналогты сигналдарды  дискреттеу (sampling)

 

Периодты төмен жиілікті аналогты сигнал жиілік жолағы бойынша шектеуі бар, кернеу спектрі дискретті (немесе сызықты (line)) синусоидалардың жиыны ретінде көрсетілуі мүмкін. SystemView моделінің дискреттеу аралығы аппроксимацияланатын аналогты сигналға қатысты еркін түрде жоғары болып белгіленеді. 6.1 суретте төмен жиілікті сигналдың периодты көзі, идеалды дискреттеу құрылығысы, мәндерді сақтаумен дискреттеу құрылғысы, дискретті аналогтық-сандық түрлендіргіш (ADC) және сандық-аналогтық түрлендіргіш (DAC), үздіксіз кванттаушы көрсетілген. Көз амплитудалар мен жиіліктер 500 Гц-ке , 1.5 кГц-ке 0.5 V және 2.5 кГц-ке 0.2 V параметрлері бар «Source Library» кітапханасынан «Sinusoid» үш модулімен қалыптасады. System Sampling Rate параметрі 5 МГц немесе  Tsystem = 0.2 µsec болып белгіленеді, ол периодты төмен жиілікті көздегі ең жоғары жиіліктен 2000 есе жоғары. Бұл аса дискреттелу (oversampling) ретінде белгілі.

«Adder» (жинақтаушы) модулі 3.1. суретте көрсетілгендей құрама қысаң жолақты сигналды қалыптастыру үшін үш «Sinusoid» модульдерінің шығушы ұштарын қосады. Құрама қысаң жолақты сигналдың негізгі қайталану уақыты 2 мс немесе негізгі жиілігі 500 Гц. Басқа екі жиілік синусоидаларында (1.5 кГц және 2.5 кГц) негізгі жиіліктің бүтін сандық еселік мәндері болып табылады. Жинақталған ең көп амплитуда - t=0.166 мс. кезеңінде шамамен  1.15 V тең.

 

 

3.1 сурет

 

          Аналогты сигналдың периодты қысаң жолақты көзі, идеалды дискреттеуші, таңдауды сақтаумен дискреттеуші, ADC, DAC және үздіксіз кванттаушы.

Жүйелік уақытты орнату: Number of Samples =4 194 304 (222) нүктелер 1.19 Гц спектралдық мүмкіндік қабілетіне алып келеді. Жинақтаушы («Adder») шығысының қуаттылығының (PSD)   қалыптандырылған (RL = 1 Ω) спектралдық тығыздығын алыңыз. Спектрде 500 Гц, 1.5 кГц, және 2.5 кГц-тегі үш синусоидалардың спектралдық құрамдас бөліктері бар екендігіне көз жеткізіңіз. Бірақ та, PSD оны SystemView-де Фурьенің дискретті (үздіксіз емес) түрленуі (DFT-digital Fourier transform) ретінде есептелуіне байланысты дәл сызықты спектр болып табылмайды. 

«Multiplier» (көбейткіш) модулі  периодты төмен жиілікті аналогты сигналды идеалды өңдейді және уақыттың дискретті кезеңдерінде бір ғана таңдауды орындайды. «Multiplier» модулінің басқа кірісі амплитуда = 1 V, жиілік fo = 8 kHz, импульстің ұзақтығы = 2 µсек (жүйелік уақыт, Tsystem), 0 V және кернеу және фаза бойынша ығысу 0° импульс параметрлері бар «Source Library» кітапханасынан «Pulse Train» модулімен қамтамасыз етіледі.  Дискреттеу жиілігі  fs 8 kHz-ті құрайды.

«Operator Library» кітапханасынан «Sample және Hold» модулі периодты төмен жиілікті аналогты сигналды өңдейді және уақыттың дискретті интервалында үздіксіз амплитудалық таңдауды жасайды. «Sample және Hold»  модулінің басқарушы кернеуінің кіруін «Pulse Train» модулі қамтамасыз етеді.

Графикте «Sample және Hold» модулінен периодты төмен жиілікті сигналдың және үздіксіз амплитудалық таңдау сигналдарының қабаттасуын алыңыз. Осы сызба үшін дискреттеу және кванттау қатесін бағалаңыз.

Таңдаудың идеалды жұмысы төмен жиілікті аналогты сигналдардың    x(t) бірлік импульстердің периодты тізбегіне (t, nTs)   көбейтілуі ретінде сипатталуы мүмкін, мұндағы Ts дискреттеу аралығы болып табылады.  Таңдаудың идеалды үрдісі келесі теңдеумен беріледі 3.1.

 

 

 

Идеалды дискреттеу (sampling) операциясы қуаттылығының спектралдық тығыздығы (PSD) 6.2. теңдеуімен берілген

 

  

X (f) - төменгі жиілікті аналогты сигналдың  x (t) Фурье түрлендіруі, дискреттеу жиілігі fs = 1/Ts = 8 кГц. Қуаттылықтың қалыптандырылған спектралдық тығыздығы (PSD) x (t)  | X (f) |2 –ге тең. 6.1 суреттегі сызбадан «Multiplier» модулінің идеалды таңдау PSD спектрін алыңыз.

Идеалды дискреттеу құрылғысының біржақты PSD-і 500 Гц, 1.5 кГц және 2.5 кГц-тегі үш дискретті сызықты спектрді көрсететіндігіне көз жеткізіңіз. Бұл сызықты спектрлер 0 Гц (k = 0) қатысты орталықтандырылады, ал алты дискретті сызықты спектрлердің уақыт өткен сайын қайталануы  8 кГц (k = 1, 2, 3 …) орталық жиілігіне қатысты орталықтандырылады және орталық жиілікке қатысты ±500 Гц, ±1.5 кГц және ±2.5 кГц-те орналасады.

Үздіксіз амплитудалық таңдау – 6.3 теңдеуімен сипатталған бірінші реттегі үрдіс.

мұндағы

 

 

 

           (3.3)

қалған жағдайларда.

 
 


 

3.1 және 6.3 теңдеулерінен, қуаттылықтың спектралдық тығыздығы PSDsh   3.4 теңдеуімен беріледі.

 

                               

 

Шекті ұзақтықты импульстермен үздіксіз амплитудалық таңдау PSD алыңыз (fs= 8 kHz).

3.3 теңдеуінен шығатындай, дискреттік таңдау PSD-і 500 Гц, 1.5 кГц және 2.5 кГц-тегі үш дискретті сызықтық спектрді қамтиды. Бұл сызықтық спектрлер 0 Гц (k = 0) қатысты орталықтандырылады, ал алты дискретті сызықты спектрлердің уақыт өткен сайын қайталануы  8 кГц (k = 1, 2, 3 …) орталық жиілігіне қатысты орталықтандырылады және орталық жиілікке қатысты ±500 Гц, ±1.5 кГц және ±2.5 кГц-те орналасады, бірақ sinc2 көбейткішіне байланысты PSD амплитудасы азаяды.

«Logic Library» кітапханасындағы аналогтық-сандық түрлендіргіш модулі (ADC) аналогты төмен жиілікті сигналды мүмкіндігі 8 бит параметрлері бар, параллель кодта таңбасы бар бүтін санның екі қосымша коды түрінде шығарып, ең көп оң кіру кернеуі Vmaxр = 1.27 V,  ең көп теріс кіру кернеуі Vmaxп = - 1.28 V, және таңдау шегі 0.5 V екі санға біркелкі түрлендіреді. ADC шығысы сондай-ақ таңбасы жоқ бүтін сан ретінде де анықтала алады. ADC таңдауының жиілігін енгізу 3.1 суретте көрсетілгендей, «Pulse Train» модулімен қамтамасыз етіледі.

Кернеу диапазонымен және белгілі биттердің санымен, ADC модулі үшін ∆ADC кернеуі қадамының мүмкіндік битіне іс жүзіндегі біркелкі өлшемі   3.5 теңдеуімен беріледі.

 

    

 

ADC модулінің 8 шығыс биттері «Logic Library» кітапханасындағы сандық-аналогтық түрлендіргіш (DAC) модулінің 8 кіріс биттерімен бірігеді.

DAC модулінің параметрлері мүмкіндігі 8 бит ADC модуліндегідей, Vmaxp =1.27V, Vmaxn =-1.28 V және логикалық шек 0.5 V. Идеалды дискреттеушінің шығу кернеуі мен мүмкіндігі 8 бит DAC ADC жүйелерінің шығыс кернеуінің арасындағы айырмашылық көп дегенде 4 мВ құрайды, және 3.2 суретте көрсетілген.

 

 

3.2 сурет- Идеалды дискреттеушінің шығыс кернеуі мен 8 биттері бар DAC ADC жүйелерінің шығыс кернеуінің арасындағы айырмашылық

 

DAC ADC модулінің шығысынан PSD спектрін алыңыз.  DAC ADC модулінің шығу сигналдарының спектрлері мен периодты төмен жиіліктегі аналогтық сигналдардың PSD спектрін салыстыру, төмен жиіліктер сүзгісінің (LPF) бастапқы сигналды қалпына келтіре алатындығын көрсетеді.

LPF сүзгісінің модулі 3.1 суретте fcutoff =3 кГц шекті жиілігі бар 9-полюсті Butterworth сүзгісі ретінде таңдалады. Периодты төмен жиілікті аналогты сигналдардағы дискреттік жиіліктер 500 Гц, 1.5 кГц, және 2.5 кГц-ті құрайды. Идеалды емес LPF бастапқы периодты сигналда  fmax ең жоғары жилігін беру үшін таңдалады.

Бастапқы төмен жиілікті сигналды және LPF сүзгісінің шығысындағы сигналды салыстырыңыз.

Қалпына келтірілген сигнал дәл емес, және кешігу мен бұрмалануды көрсетеді, өйткені LPF идеалды емес. Сандық сүзгі ретінде жүзеге асырыла алатын, өткізу жолында 0.05 дБ пульсациясы бар дерлік идеалды сызықтық фазалық LPF, сигналды нақтырақ қалпына келтіреді.

Осы болжамды тексеру үшін «Сызықтық жүйелер мен сүзгілер» кітапханасынан FIR тарауынан төмен жиіліктегі сандық сүзгіні пайдаланыңыз.

 

3.2 Спектралдық жиылу немесе Элайзинг (spectral folding or aliasing)

 

Егер дискреттеу жиілігі кем дегенде зерттелетін сигналдың ең жоғарғы жиілігінен екі есе артық болса,  аналогты төмен жиілікті сигнал дерлік идеалды қалпына келтіріле алады. Бұл Найквист (Nyquist) дискреттеу жиілігі    > 2fmax, және мұнда 8 кГц> 2×2.5 кГц = 5 кГц. Егер дискреттеу жиілігі 3.5 кГц-ке дейін, яғни Nyquist = 5 кГц жиілік деңгейінен төмен төмендейтін болса, онда PSD спектрі 500 Гц, 1.5 кГц, және 2.5 кГц-тегі бастапқы спектралдық құрамдас бөліктерді ғана емес, сонымен қатар 1 кГц, 2 кГц, және 3 кГц-тегі бұрмаланудың құрамдас бөліктерін де көрсетеді.

Импульстердің ілесу жиілігін 8 кГц-тен 3.5 кГц-ке өзгертіңіз. Дискреттеу сызбаларының шығысында сигналдардың спектрін алыңыз, спектралдық бұрмаланудың болуына көз жеткізіңіз.

Бұрмаланған спектралдық құрамдас бөліктер дискреттеу жилігі және жиліктің бастапқы құрамдас бөліктерінің арасындағы айырмашылықтардан шығады (яғни, 3.5 кГц - 2.5 кГц, 3.5 кГц – 1.5 кГц, и 3.5 кГц - 500 Гц). Бұл  спектралдық құрамдас бөліктер сигналдарды дискреттеу Найквист (Nyquist) жиілігінің теориялық минимумынан төмен жиілікте жүзеге асырылған жағдайда спектралдық жиылуды немесе бұрмалануды (spectral folding or aliasing) көрсетеді.

Найквист (Nyquist) дискреттеу жиілігі теориялық мәнді көрсеткенімен, іс жүзінде дискреттеу жиілігі төмен жиілікті идеалды емес сүзгінің (LPF) жиіліктік сипатының сызықсыздығын (rolloff) теңгеру үшін артады. Егер 3.1 суретте DAC ADC модулі үшін дискреттеу жиілігі  fNyquist =5 кГц мәнінен біршама көп 20 кГц-ке дейін артатын болса, онда Butterworth идеалды емес сүзгісінің fcutoff  шекті жиілігі де ең болмағанда 15 кГц-ке дейін жоғарылауы мүмкін.

Дискреттеу жиілігін 20 кГц-ке өзгертіңіз, ал сүзгіні өткізу жолын  (LPF Butterworth) fcutoff = 15 кГц өзгертіңіз. LPF Butterworth идеалды емес сүзгісінен бұрмалану енді азайғындығына көз жеткізіңіз.

«Quantizer» модулінде таңдау жиілігінің кірісі жоқ. «Quantizer» модулі үздіксіз уақытпен N мүмкіндіктегі биттер үшін квантталған дискретті амплитудалық шығысты қамтамасыз етеді. «Quantizer» модулінің шығысы  үздіксіз болып табылады (SystemView Tsystem модельдеу уақытына қатысты), шығушы сигнал не болмаса еркін нүктесі бар кернеумен немесе таңбасы бар бүтін санның қосымша форматында N-bit екілік кодында көрсетіледі.

Бастапқы сигналдың, кванттаушының шығысындағы сигналдың және «Sample and Hold» модулінің шығысындағы сигналдың графиктерін салыстырыңыз.

«Quantizer» кернеу модулінің кванттау қадамының идеалды әмбебап өлшемі 6.6 теңдеуімен беріледі.

 

     

Vmax оң және теріс ең көп кіріс кернеуі болып табылады, L = 2n идеалды әмбебап кванттаушының шығысындағы деңгей саны және n биттердің саны  болып табылады. Идеалды әмбебап кванттаушының таңдалған шығысындағы ең көп кванттаудың қателігі q болып ± ∆/2 V табылады. Бұл + ∆/2 к – ∆/2 диапазоны шегінде кванттау қателігінің барлық мәндері бірдей ықтимал болуын болжайды, 3.6 теңдеуінен кванттаудың  Eq ортаквадраттық қателігі 3.7 теңдеуінде берілген.

 

 

 

Eq сондай-ақ арнаның аддитивтік шуылына арналған No сияқты, кванттау шуылының қалыптандырылған қуаттылығы болып табылады. Кванттау шуылының ортаквадраттық мәні (RMS) = ∆/3.464. Егер сигналдың қалыптандырылған қуаттылығы So болса, онда 3.6 және 3.7 теңдеулерінен, сигналдың кванттау шуылына қатынасы (SNRq) 6.8 теңдеуімен беріледі.

   

SNRq So, сигналының қалыптандырылған қуаттылығының сызықты функциясы және идеалды әмбебап кванттаушының L = 2n деңгейі сандарының екінші реттегі функциясы болып табылады. Егер So және Vmax тұрақты болып қалатын болса, бірақ биттердің  n саны  n + 1-ге дейін артатын болса (L деңгейлерінің саны екі еселенеді), SNRq төрт есе көбейеді немесе +6 дБ (10 log10 4)-қа артады. Vmax,-ке тең оң және теріс ең көп кіріс кернеуі бар сионусоидалық кіріс сигналы үшін  сигналдың қалыптандырылған қуаттылығы  So  -ке тең және сигнал/ кванттау шуылы қатынасы  SNRq 1.5 L2-ке тең.

Мұнда qADC = 10 мВ, L = 28 = 256 анықталған ADC үшін, және Vmax амплитудалы синусоидалық кіріс сигналы үшін SNRq = 1.5×2562 = 49.93 дБ. Кванттаудың барынша көп қателігі qADC/2 = 10/2 мВ = 5 мВ, бірақ 3.2 суретте потенциалдардың айырмашылығы ретінде көрсетілген қадағаланатын кванттау қателігі тек қана 4 Мв ғана құрайды, өйткені аналогты сигналдың ең көп кернеуі мұнда 1.1 V.

 

3.3 Компандалау  

 

Сөз сигналдары сияқты көптеген сигналдар үшін үлкен деңгейлерге қарағанда шағын деңгейлер көбірек туындайтындығы тән. Мұнымен қатар сигналдық динамикалық диапазоны 60 дБ-ге дейін жетуі мүмкін. Кванттау деңгейлерінің саны өзгеріссіз болғанда,  біркелкі кванттаумен салыстырғанда кванттау қателіктерінің шамасын азайту үшін  біркелкі емес кванттау жүзеге асырылады. Кернеу қадамының өлшемі 6.6 теңдеуінде берілмейді, бірақ артады, өйткені абсолюттік кіріс кернеуі 0-ден бастап абсолюттік барынша көп мәнге Vmax дейін ауытқиды.

Таратқыштағы сигналды сызықты емес сығымдауға арналған  және қабылдағыштағы сигналды кеңейтуге арналған процедура компандалау  (companding)деп аталады. Компандалаудың екі стандарттарын СЖХҰ (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique, Стандарттау жөніндегі халықаралық ұйым) қабылдаған. Әлемнің көп бөлігінде қолданылатын еуропалық стандарт болып A-заңы табылады, мұнда Vout шығыс кернеуінің абсолюттік мәні 3.9 теңдеуімен беріледі.

 

 

Кіріс кернеуі болып Vin, табылады, ал A 87.6-ға тең тұрақты сан болып табылады.

Құрама Штаттарда және Жапонияда қолданылатын солтүстікамерикалық стандарт болып µ-заң табылады, мұнда шығыс кернеуінің абсолюттік мәні Vout  3.10 теңдеуімен беріледі.

 

 

Кіріс кернеуі болып Vin, табылады, ал  µ 255-ке тең тұрақты сан болып табылады. 3.3 суретте µ-заңның және и A-заңның компандерлер үшін ара тәрізді кернеуді түзетін SystemView-дің моделі көрсетілген.

 

3.3 сурет - µ -заңның және A-заңның сығымдау және кеңейту жүйелерінің модельдері

 

Ара тәріздес кернеудің көзі Vin кіріс кернеуін амплитудасы = 2 V, ығысуы –1 V,  жиілігі 10 Гц және фазалық ығысуы 0 ° параметрлері бар ара тәріздес сигналдың полярлы (±1 V) сызықтық кернеуі ретінде қамтамасыз етеді. «Communications Library» кітапханасынан µ-заңның және A-заңның «Compander» және «Decompander» модульдерінің параметрлері келесідей: кіріс сигналының барынша көп амплитудасы Vmax = ±1 V.

Ара тәрізді сигналдың сызықты жиілігі 10 Гц, «System Sampling Rate» 10 кГц-ті құрайды, «System Stop Time» 0.1 секундты құрайды (сызықтық ара тәрізді сигналдың бір қайталануы), бірақ бұл параметрлер осы модель үшін ерікті болуы мүмкін. 3.5 суретте µ-заңның компандерінің түрлендіру функциясы кіріс кернеуінің (Х ось) шығыс кернеуіне (Ү ось) қарсы тәуелділік диаграммасы ретінде көрсетілген. A-заңның компрессорының түрлендіру функциясының диаграммасы дерлік ұқсас түрге ие. Екі заңның (A және m) ерекшелігі негізінен сипаттаманың бастапқы бөлімінде сигналдар әлсіз болған кезде байқалады. А-заңға сәйкес әлсіз сигналдардың сызықты күшеюі (uвх/Uвх мах < 0,01142 болған кезде), m-заңға сәйкес – логарифмдік күшеюі жүзеге асырылады. Сондықтан А-заңдағы сипаттамалар әлсіз сигналдарды беру сапасы бойынша m-заңдағы сипаттамалардан кем түседі (жүктелмеген арнаның шуылдары бойынша). Мұндай сипаттамаларды қолдану біркелкі кванттаумен салыстырғанда кванттау қателігінің орташа қуаттылығының шамамен 24 дБ-ге азаюына алып келеді.

 

3.4 сурет - µ -заңның компандері кернеуінің түрлену функциясы

 

Сызбаның әртүрлі нүктелерінде сигнадардың түрлері мен спектрлерін салыстырыңыз. Оларда айырмашылықтар бар ма және олардың себептері қандай.

Сандық байланыс жүйесі жұмысының тиімділігін бағалау үшін, компандалауды қолданып байланыс жүйесінің моделін жасаңыз (3.5 суретті қараңыз).

SVAudioIn.wav кіріс файлы №2 жұмыстағыдай.

 

 

3.5 сурет- Компандалау және ADC – DAC бар модель

 

Жүйелік параметрлер: System Sampling Rate - 80 kHz (Tsystem = 12.5 µsec), System Time -620 мс, аса дискреттеу факторы – 10, бұл кіріс таңдауын алдыңғы тоғыз мәндермен толықтыруды білдіреді.

Таңдаулардың енгізілетін 8-разрядтық мәндерін шамамен ±1.28 V деңгейге түрлендіру үшін, аудио файл «Polynomial» модулімен масштабталады. «Polynomial» модулінің параметрлері: коэффициент x0 = 0, коэффициент x1 (сызықтық)=0.032, ал барлық қалған коэффициенттер нөлге тең. «Polynomial» модулінің шығысы µ-заңның Vmax = 1.28 V параметрі бар «Compander» модуліне енгізіледі.

«Compander» модулінің шығысы мүмкіндігі 8 бит параметрлері бар ADC модуліне енгізіледі, шығыс таңбасы бар бүтін қосымша екілік кодта, ең көп оң кіріс кернеуі Vmaxp = 1.27 V, aл барынша көп теріс кіріс кернеуі Vmaxn = –1.28 V, және шегі - 0.5 V.

ADC сағаттарын енгізу: амплитуда = 1 V, жиілік fo = 8 кГц, импульстің ұзақтығы  = 12.5 µsec, кернеу бойынша ығысу 0 V және фаза бойынша ығысу 0° параметрлері бар  «Pulse Train» модулімен қамтамасыз етіледі. ADC модулінің шығысының және аудио файлдың мүмкіндіктері бірдей болып табылады, бірақ кіріс компандалауды жалпы саралауға арналған кез келген сигналмен алмастырыла алады.

DAC модулінің параметрлері 8 бит мүмкіндікті құрайды, ең көп оң шығыс кернеу Vmaxp = 1.27 V, ең көп теріс шығыс кернеуі Vmaxn = –1.28 V, және логикалық шек 0.5 V. DAC маркерінің шығысы Vmax = 1.28 V параметрі бар µ-заңның «Decompander» модуліне енгізіледі.

Кірісті шамамен ±1.28 V-тен   бастапқы дыбыстық файлдың оригиналды 8-раздрядтық көрсетілуіне  түрлендіру үшін DAC модулінің шығысы «Рolynomial» модулінің кірісіне беріледі. «Polynomial» модулінің параметрлері: - коэффициент x0 (ығысу) =0, коэффициент x1 (сызықты)=31.25, ал барлық қалған коэффициенттер нөлге тең.

«Decimator» модулінің параметрі - 10, бұл аудио файлы дискреттеудің 8 кГц бастапқы жиілігіне алып келеді.

Сызбаның сәйкес нүктелеріндегі сигналдардың түрлері мен спектрлерін салыстырыңыз, сандық байланыс жүйелерінің сапасы туралы тұжырымдар жасаңыз.

 

3.4 Дельта-модуляция

 

Дельта-модуляция (DM) бастапқы аналогты сигналдарды сандық әдістермен беру үшін қарапайым жабдықтарды пайдаланады. Бұған сыбайлас таңдаулар арасындағы корреляцияны арттыру үшін және одан кейін күрделілігі ең аз кванттаушыны қолдану үшін аналогтық сигналды саналы түрде қайта дискреттеу арқылы қол жеткізіледі. Ең қарапайым түрінде, DM қайта дискреттелген хабарлама сигналы үшін сатылы (staircase) аппроксимацияны пайдаланады. Хабарламаның аналогты кіріс сигналы мен жақындаудың арасындағы айырмашылық сол кезде тек қана екі деңгейге ± ∆V квантталады, немесе потенциалдардың немесе оң немесе теріс айырмашылықтарымен квантталады.

Егер таратқыштың аккумуляторында сақталған  аппроксимацияланған мән аналогты кіріс сигналынан төмен болса, +∆V мәнімен көрсетілген «true» екілік сигналы беріледі. Керісінше, егер аппроксимацияланған мән кіріс сигналынан артық болса, –∆V мәнімен берілген «false» екілік сигналы беріледі. Екілік сигнал Ts жүріс қайталануымен берілетін символ болып табылады.  Алушы сондай-ақ, ± ∆V мәнін көрсететін алынған екілік символды жинақтау үшін және хабарламаның бастапқы аналогты сигналына сатылы аппроксимацияны түзу үшін аккумуляторды пайдаланады.

Дельта модуляторда бөлшектелу шуылы (granular noise) және  қиындығы бойынша қайта жүктеу (slope overload distortion) деп аталатын кванттау қателігінің екі түрі бар. Егер хабарламаның аналогты сигналында кернеу деңгейі тұрақты болса, дельта модулятор қабылдағыштың шығыс аккумуляторында тұрақты деңгейді қамтамасыз ететін дәл осындай екілік сигналдардың тізбегін туындататын ± ∆V екілік сигналдардың кезектелетін тізбегін жөнелтеді, өйткені дельта модуляторда 0V үшін ешқандай символ жоқ. Аналогтық сигналда артында сатылы аппроксимация бола алмайтын тік сегмент бар болса, құлама бойынша қайта жүктелу жүзеге асады. Егер 3.11 теңдеуі қанағаттандырылатын болса, құлама бойынша қайта жүктелуді болдырмауға болады.

                                   

 

 ∆ саты деңгейінің Ts символдардың ілесу периодының уақытына қатынасы m(t) берілетін аналогтық сигналдың туындысының ең көп абсолютті лездік  мәнінен артық болуы немесе ең болмағанда тең болуы тиіс. Компромисс – сонда, ∆-ның үлкендеу мәні дельта модулятордың шуылын көбейтер еді, ал Ts символдардың ілесу периоды азайтылуы тиіс (символдардың берілу жылдамдығы артады).

Сатылы аппроксимацияны пайдаланатын дельта модуляция (ДМ) жүйесі 3.6 суретте көрсетілген. Хабарламаның аналогты сигналы мұнда «Source Library» кітапханасынан: амплитуда = 1V, жиілік fo = 2 Гц, және фазаның бастапқы жылжуы 0 ° параметрлері бар «Sinusoid» модулімен түзіледі. Дельта модулятордың таратқышы жинақтаушының екі модулі бар кері байланыс жүйесінен, «Logic Library» кітапханасынан аналогты компаратордан (4), «Sample және Hold» екі модулінен (5,6), «Negate» сигналды инверттеу модулінен  (10) және импульстердің тізбегін қалыптастыратын «Pulse Train» (0,1) модулінен тұрады. Дискреттеу жиілігі 100 кГц-те белгіленеді.

 

3.6 сурет - Сатылы аппроксимацияны пайдаланатын дельта

модулятордың моделі

 

DM таратқышы 3.6 суретте көрсетілгендей және 3.12 теңдеуінде келтірілгендей хабарлаудың аналогты сигналының таңдауларын mi өңдейді.

 

  

                                                                            

          мұнда, eiаналогтық сигналдың mi таңдау мәні мен дельта модулятордың таратқышының аккумуляторының шығыс мәні qi-1 арасындағы айырмашылық болып табылатын сигналдың қателігі. Дельта модулятордың таратқышының аккумуляторының шығыс мәні  q–i  жылдам алдыңғы шығыс мәнінің qi–1 және ±∆ саты деңгейінің мәнінің жиынымен жаңарады, мұнда қате сигналы функциясының белгісі sgn(ei) = ± 1.

Аналогты компаратордың шығысы (4) ±∆V= ± 1 mV, кванттау сатысының деңгейіне сәйкес келеді, кіріс 0V-де белгіленеді (байланыспаған).  «Sample және Hold» модулі аккумулятордың шығысы болып табылады.  «Sample және Hold» модульдердің басқа жұбы осы жағдайда System Time Tsystem = 10 μsec модельдеудің жүйелік уақыты арқылы емес, Ts = 50 μsec импульстердің ілесу периоды арқылы берілетін сигналдардың жаңаруын қамтамасыз етеді. Импульстердің тізбегін түзушінің параметрлері келесідей:  амплитуда A = 1V, жиілік  fo = 20 kHz, импульстің ені  τ = 10 μsec, фазалық ығысу 0° және амплитудалық ығысу 0V. Tsystem–ге тең импульс енін белгілеу импульстік таңдауды тиімді жүргізуге мүмкіндік береді.

3.7 суретте беру арнасы көрсетілмеген. АГБШ беру арнасы дельта модулятормен беру жүйесін толығырақ елестету үшін қосылуы мүмкін, бірақ ерікті биттік қателіктер өздерінің ±∆V мәнімен тек қана аккумуляторға әсер етеді.

Дельта модулятордың қабылдағышы жинақтаушыдан, импульстерді қалыптастырушыдан және 3.13 теңдеуінде көрсетілгендей аналогты хабарлама сигналын қалпына келтіретін аккумулятор ретіндегі «Sample және Hold» модулінен тұрады.

 

 

Мұнда  oi–1 қабылдағыш аккумуляторының шығысындағы лездік алдыңғы мән және ±∆ кванттау сатысының деңгейі. Импульсті қалыптастырушының параметрлері қабылдағыштағы сияқты.

Жиілігі 2 Hz және  амплитудасы 1V  жылдам ерікті синусоиданың барынша көп мәні 4 π = 12.56 V/sec құрайды. 3.11 теңдеуінен, ∆ кванттау сатысы деңгейінің Ts символдардың ілесу уақытына қатынасы мұнда 1 мВ/50 μsec = 20 V/sec құрайды, және мұнда құлама бойынша қайта жүктеу жоқ.  1 мВ кванттау сатысының деңгейі бөлшектеу шуылының ± 1 мВ екендігін, немесе синусоидалық сигналдың 1V ең көп мәнінің тек қана 0.1 % екендігін білдіреді.

3.7 суретте модельдеудің екі секунды ішіндегі аналогтық хабарламаның кіріс сигналы мен 0.5 mV/div масштабындағы қалпына келтірілген сигнал арасындағы айырмашылық көрсетілген. Қалпына келтіру қателігі мұнда ± 1.5 mV аспайды.

3.7 сурет - Дельта модулятордан кейін сигналды қалпына келтіру қателіктері

 

3.8 сурет- Сатылы аппроксимацияға беттескен синусоидалы кіріс сигналы

 

Хабарламаның аналогты сигналының жиілігін 10 Гц, дельта модулятордың жүйелі 20 V/sec параметрінен артық  сипаттаманың ең көп қиындығын  20 π = 62.82 V/sec етіп белгілеп, құлама бойынша қайта жүктелуді көрсетуге болады.

Модельдеу нәтижелері бойынша жиілігі 10 Гц кіріс синусоидалы сигналының дельта модулятордың шығыс сатылы сигналына беттесуін жасаңыз. Құлама бойынша қайта жүктелудің болуына көз жеткізіңіз.

Бөлшектеу шуылы 0 V-ге тең кіріс кернеуін беру кезінде көрсетілуі мүмкін. Дельта модулятордың кірісіне тұрақты деңгей сигналын беріңіз. Бөлшектеу шуылының болуына көз жеткізіңіз. Дельта модулятордың шығыс сигналының графигі бойынша бөлшектеу шуылына және олардың амплитудасына сәйкес импульстердің ілесу жиілігін анықтаңыз.

Пайдаланылған модель үшін дельта модулятордың жүйелік биттік ағыны мұнда 20kHz немесе 20 kb/sec жиілікпен берілетін 1 битті құрайды.  

Төмен жиілікті сандық байланыс жүйесі үшін биттік ағынның эквивалентті бастапқы жылдамдығы дельта модулятордың параметрлеріне қарай бағалануы мүмкін. ДМ сатысының деңгейі ± 1 милливольтты құрайды. Аналогтық хабарлама сигналында амплитуда ± 1 V (2 V диапазоны). Дәл сол кванттау қадамымен бастапқы сигналды көрсету үшін АСТ-ке 11 бит мүмкіндік қажет (211 = 2048  ≈ 2V/1 mV = 2000). Жиілігі 2 Гц синусоиданы дәл анықтау үшін, таңдау жиілігінің дұрыс деңгейі шамамен 200 Гц болар еді, және таңдауға 11 бит деректерді берудің алынған жылдамдығы тек қана  2.2 КБ/секундты құрайды. Дельта модуляторды қолданудың пайдасы сонда, ДМ бастапқы аналогтық сигналды түрлендіру үшін аналогтық-сандық және сандық-аналогтық түрлендіргіштерді емес, жай ғана қарапайым     жабдықтар қажет.

 

 Бақылау сұрақтары

1. Дискреттеу дегеніміз не?

2. Кванттау дегеніміз не?

3. Сұлбадағы элементтердің қызметін және кірісте алынған сигналдардың түрін түсіндіріңіз.

4. DAC шығысында сүзгіш не үшін керек?

5. Әр сұлба үшін дискреттеудің және кванттаудың қателігін сипттайтын қорытындыны алыныз.

6. Тесу шуы дегеніміз не? (дробление)

7. Компандирлеу не үшін қолданылады? Компандирлердің стандарттары.

8. Элайзинг дегеніміз не және онымен қалай күресуге болады?

 

 

4 Зертханалық жұмыс №4. Импульсты-кодтық модуляция,  сызықты кодтар

 

Жұмыс мақсаты: импульсты-кодтық мәліметтерді тасымалдау жүйелердінің модуляциясын оқу және үлгілеу, желі кодаларын жасау әдістерін оқу.

 

4.1 Импульсты-кодтық модуляция

Импульсты-кодты модуляцияда (PCM) таңдалынған және квантталған аналогты төменгі жиіліктегі сигнал сызықты кодты қолданып кодталанған видеоимпульстер тізбегі ретінде көрсетіледі. Кіріс көзі ретінде сыртқы аудиофайлды қолданатын PCM жүйесі (4.1 суретте көрсетілген). Кірістегі SVAudioIn.wav аудиофайлдың дискреттену жиілігі 8 кГц болатын рұқсат ету қабілеттілігі 8 бит болады немесе мәліметтерді тасымалдау жиілігі 64 Кбит/с.

Кірудегі сыртқы файлдың модулі аса дискреттелген 80 фактор болатындай анықталады яғни кірудегі сұрыптау алдынғы 79 мәндермен толтырылады. Бұл мән файл параметрлер терезесінде орнатылады, сондықтан аудиофайлдың дискреттелу жиілігі дискреттелудің жүйелік жиілігіне (System Sampling Rate) дейін өседі, бұл жерде ол 640 кГц (Tsystem = 1.5625 µsec) болады. Үлгілеудің жүйелік уақыты (Stop Тime) 620 мс, бұл сыртқы кірістегі аудиофайл ұзындығы болып табылады. Сол сияқты Launch Audio Player өрісі таңдалынады, ол модельдеу аяғында келісім бойынша аудиоплеерді көрсетеді.

4.1 суреттегі  PCM жүйесінің моделі №3 зертханалық жұмыстағы  (3.8 суретте көрсетілген) компандылауды, аналогты-цифрлі (ADC) және цифрлі -аналогты (DAC) түрлендіргіштерді мәліметтердің бастапқы кірісі мен шығысы ретінде қолданады. 4.2 суретте көрсетілген MetaSystem мәліметтердің тізбегін тасымалдаушысы 8-разрядтылы сұрыптау/сек 8000 санын ADC модулінен 8 параллельді мәліметтер битін енгізіп, кіші маңызды разрядынан бастап (LSB), 64 Кбит/с жылдамдығымен мәліметтерді тізбектеп жібереді.

 

4.1 сурет – Файлдың сыртқы аудио кірісі мен шығысы бар PCM жүйесі

 

 

4.2 сурет – PCM үлгінің MetaSystem мәліметтер тізбегін беруші

 

Logic Library библиотекасындағы 8-разрядтылық мультиплексордың (8-bit Mux) модулі сегіз кіріс сигналдардың біреуін таңдайды және интеграциялаудың орта денгейіндегі (MSI) 74151 микросхеманың моделі болып табылады. Мультиплексордың 8-разрядты модульдің активті төменгі басқару Enable сигналы Source Library библиотекасының Custom модулімен және модельдеудің p (0) = 0 V алгебралық теңдеуінің жалғыз шығысымен қамтамасыздандырылады.

Мультиплексордың 8-разрядты модулі MSI 74191 IC микросхемасының моделі болып табылатын Logic Library библиотекасындағы Counter Up/Down 4-разрядты реверсивті счетчиктің модулінің үш төменгі разрядтарынан (3 LSB) таңдалынған мәліметтерді таңдаудың 3-разрядты басқару сигналын қабылдайды. Екілік счетчиктің Clock  сағат кірісі Source Library библиотекасындағы Pulse Train модулінен алынады, оның параметрлері: амплитуда = 1 V, жиілік fo = 64 кГц, импульс ұзақтығы  = 1.5625 µsec (жүйелік уақыт, Tsystem),  0 – ығысу кернеуі V және 0 ° фазалық ығысуы.

Up басқару сигналдың (кіріс Up*/D) және Count Enable (кіріс CE) реверсивті счетчиктің активті төменгі денгейлері Source Library библиотекасындағы Custom модулі және модельдеудің p (0) = 0 V алгебралық теңдеуінің жалғыз шығысымен жасалады. Параллельді мәліметтерді счетчикке Source Library библиотекасындағы Custom модулімен Parallel Load басқару сигналының (кіріс PL) активті емес жоғарғы деңгейі және p (0) = 1V алгебралық теңдеуінің жалғыз шығысымен жасалады.

4.3 суретте көрсетілген тізбектелген мәліметтерді MetaSystem қабылдағышы төменгі разрядтан бастап (LSB) мәліметтердің биттер тізбектелген ағынын 64 Кбит/с жылдамдығымен енгізеді және мәліметтердің 8 параллельді битттерін 8000 сұрыптау/секунд жылдамдығымен шығарады.

Тізбектелген мәліметтер MSI 74164 IC микросхеманың үлгісі болып табылатын Logic Library библиотекасындағы ығысу регистрінің 8-разрядты модуліне (8-bit Shift Register) енгізіледі. 8-разрядты ығысу регистрінің сағат (Clock) кірісін Source Library библиотекасындағы Pulse Train модулінен алады, параметрлері: амплитуда = 1 V, жиілік fo = 64 кГц (мәліметтерді тасымалдау жылдамдығы), импульс ұзақтығы льса  = 1.5625 µsec (жүйелік уақыт, Tsystem), 0 – ығысу кернеуі V және 0 ° фазалық ығысуы.

 

4.3 сурет - PCM үлгісінің MetaSystem тізбектелген

мәліметтерін қабылдаушы

 

          Ығысу регистрдің 8-разрядты модулінің шығуы MSI 74573 IC үлгісі  болып табылатын Latch(L-8)  фиксатордың 8-разрядты модуліне енгізіледі және әр сұрыптау үшін мәліметтердің параллельді 8-разрядты кодын ұстап  қалады. Фиксатордың (Clock) сағат кірісін Pulse Train модулінен алады, параметрлері: амплитуда = 1 V, жиілік fo = 8 кГц (дискреттеу жиілігі), импульс ұзақтығы  = 1.5625 µsec (жүйелік уақыт, Tsystem), ығысу кернеуі 0 V және 0 ° фазалық ығысуы.

Фиксатордың Latch Enable активті жоғарғы басқару сигналы жалғыз шығуы бар үлгілеу алгебралық теңдеуі  p (0) = 1 V болатын Source Library библиотекасының Custom модулімен қамтамасыздандырылады.

Тізбектелген мәліметтерді MetaSystem қабылдағыштың шығысы  DAC модуліне, содан кейін декомпадердің модуліне енгізіледі. Polynomial модулінің шығысы децимация параметрі  80 болатын Decimator модуліне енгізіледі, ол сигналды SystemVue үлгілеу жиілігі 640 кГц-тен аудиофайлдың дискреттенуінің бастапқы 8 кГц жиілігіне азайтады.

Тізбектелген мәліметтерді тасымалдағыш шығысындағы сигналдың спектрін алыңыз. Шығудағы импульстер тізбегінің жиілігі  64 кГц болатынын дәлелдеңіз.

 

4.2 Сызықты кодтар

Төменгі жиіліктегі бинарлық мәліметтер ағындарды ақпаратты көрсетуге ені бір битті тасымалдауға қажет Tb уақыттан аспайтын импульстермен кодаланады, немесе егер бір бит беру уақытынан коп болса,онда символдың аралас импульсіне әсер етпейды (аралық символды - интерференция-intersymbol interference).

Төменгі жиіліктегі цифрлік мәліметтерді тасымалдауға негізделген желілердің қажетті қасиеттері келесідей:

- тасымалдаудың жіберу ені: желі коды минималды өткізгіштің жіберу сызығын қамтамасыздандыруы керек;

- энергетикалық тиімділік: жіберудің берілген ені және символдағы қатенің Pb ықтималдығы үшін жіберілетін қуаттылығы неғұрлым кіші болуы керек;

- қателерді табу және түзету: желі коды тасымалдауда қателерді табуға және мүмкін болса, оларды түзету мүмкіндігің беруі керек;

- қажетті энергетикалық спектр (PSD):  желі кодттың спектрінде 0 Гц  (DC) жиілігіндегі құрамдастырушылар болмауы керек, себебі көптеген төменгі жиілікті мәліметтерді тасымалдау цифрлік жүйелері ауыспалы тоқ тізбектері (AC) мен магнитті трансформаторларды қолданады;

- уақыт туралы жеткілікті ақпарат: желі коды уақыт және синхронизация туралы ақпаратты алуға мүмкіндік беруі керек;

- ашықтық: көз ақпаратының биттік комбинациясына (сонымен бірге екілік 1 немесе 0.жиындардың ұзын тізбектері) тәуелсіз цифрлік сигнал дұрыс жіберілуі үшін, желі коды ашық болуы керек.

          Бинарлық (екілік) мәліметтерді кодалау үшін желі кодтары жиі жағдайда меандрларды қолданады.

 

4.3 Сызықты кодтарды үлгілеу

Желі кодтарының әртүрлі типтері 4.4 суреттегі үлгіде келтірілген. Мәліметтер көзі PN Sequence модулі болып табылады; параметрлері: амплитуда 0.5В, мәліметтерді жіберу жылдамдығы rb 1 kb/sec (a bit time Tb = 1 msec), ығысу 0.  PN Sequence модулі тікелей NRZ униполярлық сызықты кодты жібереді.

Polynomial модулі NRZ униполярлы сызықты кодты полярлы NRZ сызықты кодқа түрлендіреді. Polynomial модулінің параметрлері: x0 (offset)= –1,  x1 (linear)=2, ал қалған барлық коэффициенттері 0 тең.

Полярлы және униполярлы NRZ сызықты кодтар  Multiplier модулі көмегімен түрленеді оның екінші кірісіне импульстер тізбегі беріледі тізбек параметрлері: амплитуда A = 1V, жиілік fo = 1 kHz, импульс ені τ = 500 µsec, кернеу және фаза бойынша нөлдік ығысуы бар.

 

4.4  сурет Желінің полярлы, бірполярлы және AMI NRZ мен RZ кодтары, екілік сызықты кодтардың split-phase NRZ генераторлары

 

AMI NRZ желінің коды 1-биттік жадыны талап етеді, себебі жіберілетін импульс bk = 1 кірістегі екілік символға ak = +1мен ak = -1 арасындағы символды ұсынады. Logic Library библиотекасының J-NOT-K триггерінің модулі (J-NOT-K Flip-Flop) 1-биттік жадыны іске асырады. Екілік мәліметтер көздерінің шығыстары, PN Sequence және Pulse Train модульдері Logic Library библиотекасындағы логикалық ЖӘНЕ (AND) модуль кірісіне, ал AND модульдің шығысынан триггердің J-NOT-K модулінің сағат (Clock) кірісіне беріледі

Pulse Train модульдің параметрлері: амплитуда = 1V, жиілік fo = 1 кГц, импульс ені τ = 20 µsec (жүйелік уақыт Tsystem), кернеу және фаза бойынша нөлдік ығысу.

Set (Орнату) және «Clear» (Тазарту) басқару сигналының активті емес жоғарғы деңгейі мен NOT-J кіріс  бір шығысы және p (0) = 1V үлгілеудің алгебралық теңдеуі бар Custom модулімен қамтамасыздандырылады.

K кірісі (Kinput) бір шығысы және p (0) = қV үлгілеудің алгебралық теңдеуі бар Custom модулімен қамтамасыздандырылады. Осы басқару сигналдарымен J-NOT-K триггері шығыс күйін Clock басқару сигналының әр оң таңбалы фронты үшін ауыстырып қосады. Екілік мәліметтер көзі PN Sequence модулі логикалық AND арқылы бит rb жылдамдығымен синхронизацияланған  Clock сигналымен біріктілген болғандықтан, тек қана bk = 1 кірістегі екілік мәліметтер J-NOT-K триггеріна ауыстырып қосады.

AMI NRZ сызықты код AMI RZ сызықты кодқа Multiplier модулі көмегімен түрленеді, оның екінші кірісіне Pulse Train модулінен импульс ені Tb/2 болатын сигнал беріледі.

Желінің Split-phase  коды Logic Library библиотекасының НЕМЕСЕ-ЖОҚ (XOR) модулінің шығысы ретінде алынады;  модуль параметрлері: сигнал денгейі логикалық true - 1В, логикалық false денгейі +1В.

Үлгілеудің параметрлері: Sample Rate = 50 kHz (Tsystem = 20 µsec), Number of Samples = 262,144 (218) нүктелер.

 

Бақылау сұрақтары

1.  ИКМ дегеніміз не?

2. ИКМ сұлбасындағы элементтердің жұмысы мен қызметін көрсетіңіз.

3. Берілетін импульстердің тізбегі қай жерде жасақталады?

4. Кодты сызықтардың мақсаты?

5. Жасақталынатын кодты сызықтардың сұлбасы қалай жұмыс жасайды?

6. Кодты сызықтардың ерекшеліктері.

Әдебиеттер тізімі

1. Разевиг В.Д., Лаврентьев Г.В., Златин И.Л. System View — средство системного программирования радиоэлектронных устройств / Под ред. В.Д. Разевига. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002.

2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом "Вильямс", 2003.

3. Дмитриев В. И. Прикладная теория информации. - М.:1989.

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

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

6. Разевиг В.Д., Лаврентьев Г.В., Златин И.Л. System View средство системного проектирования радиоэлекторонных устройств.- М.: Горячая линия – Телеком,2002.

 

Қосымша баспа жоспары, 2013 ж. реті 13