Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра радиотехники
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЗВУКА И ИЗОБРАЖЕНИЯ
Методические указания к выполнению лабораторных работ
для магистрантов специальности
6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2013
СОСТАВИТЕЛЬ: Куликов А.А. Микропроцессорные системы преобразования сигналов звука и изображения. Методические указания к выполнению лабораторных работ для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникация – Алматы: АИЭС, 2013. – 20 с.
Методические указания содержат материалы по подготовке к проведению лабораторных работ, в них приведены описания каждой компьютерной программы, на которых выполняются лабораторные работы, дана методика выполнения лабораторных работ, перечень рекомендуемой литературы и контрольные вопросы.
Все лабораторные работы составлены с использованием элементов НИРС.
Табл. 6; Ил. 5; Библиогр. – 12 назв.
Рецензент: д.ф-м.н. Козин И.Д.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013г.
Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013г.
1 Лабораторная работа №1. Квадратурно-фазовая манипуляция QPSK (Quaternary Phase Shift Keying), квадратурно-амплитудная модуляция 16QAM и 64QAM (Quadrature Amplitude modulator)
Цель работы: изучение структурной схемы и принципа работы квадратурно-фазового манипулятора и квадратурно-амплитудного модулятора и их отдельных узлов.
1.1 Описание виртуального лабораторного стенда
На рисунке 1.1 изображено окно программы, которая демонстрирует принцип работы квадратурно-фазового манипулятора и квадратурно-амплитудного модулятора и их отдельных узлов.
Рисунок 1.1 – Рабочее окно программы модуляторов QPSK, 16QAM, 64QAM
Цифрами на рисунке 1.1 обозначены следующие элементы окна программы:
1 – меню «Файл», позволяет выбрать нужный вариант модуляции, а также выход из программы;
2 - меню «Помощь(?)» содержит сведения о данной работе, подсказки и краткую информацию о квадратурной модуляции;
3 – структурная схема модулятора;
4 – окно сигнального пространства, поясняющее формирование модуляционных символов;
5 – частотомеры, позволяющие измерить частоту на выходах двух модуляторов и сумматора;
6 – фазометры, позволяющие измерить фазу на выходах двух модуляторов и сумматора;
7 – вольтметры, позволяющие измерить амплитуду на выходах двух модуляторов и сумматора;
8 – включатель/выключатель, позволяющий включить/выключить генератор случайных чисел;
9 – осциллограмма, отображающая кодовую последовательность на входе формирователя кодовых символов (М);
10 – осциллограмма, отображающая кодовую последовательность на входе первого модулятора (А);
11 – осциллограмма, отображающая кодовую последовательность на входе второго модулятора (В);
12 – осциллограмма выходного единого модулированного колебания (Z);
13 – маркер, позволяет просмотреть в определенный момент времени кодовую комбинацию, позицию на фазовой плоскости и модулированный сигнал на выходе устройства.
Данная лабораторная работа предназначена для изучения квадратурно-амплитудной модуляции (16QAM, 64QAM) и квадратурно-фазовой манипуляции (QPSK). Выбор одного из типов модуляции осуществляется в меню Файл. Входной сигнал D задается генератором случайных чисел в виде последовательности, состоящей из логических единиц и нулей.
Компьютерная программа имеет возможность отображать работу узлов модуляторов, а именно:
– временные графики на входе и выходе каждого блока модулятора;
– измерить частоту, фазу и напряжение на каждом входе и выходе сумматора;
– рисунок сигнального пространства, иллюстрирующий формирования модуляционных символов.
1.2 Порядок выполнения работы
1.2.1 Запустить программу. Выбрать вариант работы QPSK в меню Файл.
1.2.2 После необходимо включить процесс модуляции, нажав на значок включателя/выключателя 8. В результате чего появятся сигналы на графиках 9, 10, 11, 12 и 13, а также кодовая комбинация сигнала в окне сигнального пространства 4. Появятся показание измерительных приборов частотомеров, фазометров и вольтметров 5, 6, 7.
1.2.3 Примерно через 15-16 секунд приостанавливаем работу генератора, нажав на значок 8. Когда щелкните левой кнопкой мыши на одном из графиков 9, 10, 11, 12 или 13, появляется маркер, который показывает все сигналы в данный отрезок времени (интервал одного тактового импульса).
1.2.4 Далее необходимо просмотреть кодовую комбинацию потока битов на входе формирователя кодовых символов М, проследить разделение потока по каналам А и В. Также необходимо определить, какие биты (четные/нечетные) одного такта поступают на канал А, а какие на канал В и проследить влияние кодовой комбинации на выходной сигнал Z. Проверить показания с частотомеров 5, фазометров 6 и вольтметров 7. С помощью фазометра необходимо определить фазовый сдвиг и сравнить с графиком 12, а также с фазовой плоскостью 4. Сравнить изменение амплитуды на вольтметре, графике 12 и фазовой плоскости.
1.2.5 Записать все показания приборов, зарисовать полученные графики в графу Z(t) и заполнить таблицу 1.1.
Т а б л и ц а 1.1
|
Сигнал на входе/выходе |
Биты |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
М |
|
|
|
|
||||
|
А |
|
|
|
|
||||
|
В |
|
|
|
|
||||
|
Фазометр I, (Град) |
|
|
|
|
||||
|
Частотомер I, (кГц) |
|
|
|
|
||||
|
Вольтметр I, (В) |
|
|
|
|
||||
|
Фазометр Q, (Град) |
|
|
|
|
||||
|
Частотомер Q, (кГц) |
|
|
|
|
||||
|
Вольтметр Q, (В) |
|
|
|
|
||||
|
Фазометр Z, (Град) |
|
|
|
|
||||
|
Частотомер Z, (кГц) |
|
|
|
|
||||
|
Вольтмер Z, (В) |
|
|
|
|
||||
|
Осциллограмма, Z(t) |
|
|
|
|
||||
1.2.6 Необходимо проделать пункты 1.2.4 – 1.2.5 для разных отрезков времени. Если в разные моменты времени использовались кодовые символы только в одной четверти плоскости 4, то сдвига фазы может не наблюдаться. Если в разных четвертях, то возможен сдвиг на ±45º, ±90º или ±180º. Проследите изменение амплитуды выходного сигнала в зависимости от того, где находится передаваемая последовательность (красная точка) на плоскости сигнального пространства.
1.2.7 Далее необходимо выбрать поочередно варианты работы 16QAM и 64QAM в меню Файл и проделать пункты 1.2.2 – 1.2.8, но для этих вариантов необходимо заполнить таблицу 1.2 и таблицу 1.3 соответственно. Примечание: Выбирать кодовые комбинации следует таким способом, чтобы ни одна из них не повторялась, то есть не лежала в одной и той же точке сигнального пространства 4 (см. пункт 6).
Т а б л и ц а 1.2
|
Сигнал на входе/выходе |
Биты |
|||||||
|
1…4 |
5…8 |
9…12 |
13…16 |
17…20 |
21…24 |
25…28 |
29…32 |
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазометр I, (Град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотомер I, (кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вольтметр I, (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазометр Q, (Град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотомер Q, (кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вольтметр Q, (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазометр Z, (Град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотомер Z, (кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вольтметр Z, (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Осциллограмма Z(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1.3
|
Сигнал на входе/выходе |
Биты |
|||||||
|
1…6 |
7…12 |
13…18 |
19…24 |
25…30 |
31…36 |
37…42 |
43…48 |
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазометр I, (Град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотомер I, (кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вольтметр I, (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазометр Q, (Град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотомер Q, (кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вольтметр Q, (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазометр Z, (Град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотомер Z, (кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вольтметр Z, (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Осциллограмма, Z(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2.8 Сделать общий вывод по работе модуляторов QPSK, 16QAM, 64QAM. В чем их сходство и различие. В чем их преимущества и недостатки. Произвести оценку модуляций QPSK, 16QAM, 64QAM с точки зрения помехозащищенности, скорости передачи информации и используемой полосы частот.
1.3 Содержание отчета
Отчет должен содержать цель работы, таблицу 1.1, таблицу 1.2, таблицу 1.3 с результатами измерений, записанные показания приборов, осциллограммы сигналов на выходе модулятора, вывод о проделанной работе.
1.4 Контрольные вопросы
1. Что такое QAM и каким образом ее добиваются?
2. Что такое QPSK и каким образом она работает?
3. Нарисовать схему работы модулятора и объяснить принцип действия.
4. Что происходит с фазой для QPSK, 16QAM, 64QAM, если в разные моменты времени использовались кодовые символы только в одной четверти плоскости 4?
5. В чем различие 16QAM и 64QAM?
6. В чем различие QAM и QPSK?
7. Какой вид модуляции QPSK, 16QAM, 64QAM имеет большую вероятность символьной ошибки и почему?
8. Какой вид модуляции QPSK, 16QAM, 64QAM имеет большую вероятность битовой ошибки и почему?
9. Какой вид модуляции QPSK, 16QAM, 64QAM имеет большую помехозащищенность и почему?
10. Нарисовать спектр сигнала для QPSK, 16QAM, 64QAM.
11. Какой вид кодирования используется в модуляции QPSK, 16QAM, 64QAM? Является ли кодирование, используемое в модуляции QPSK, 16QAM, 64QAM энергетически эффективным?
12. Какие требования предъявляются к решетчатому кодированию?
2 Лабораторная работа №2. Исследование работы рандомизатора (скремблера)
Цель работы: изучение принципиальной схемы рандомизатора (скремблера), используемого в стандарте DVB. Его принципа работы и назначения.
2.1 Описание виртуального лабораторного стенда
На рисунке 2.1 изображено рабочее окно программы, которая демонстрирует принцип работы рандомизатора (скремблера) стандарта DVB.
Рисунок 2.1 – Рабочее окно программы рандомизатора
Цифрами на рисунке 2.1 обозначены следующие элементы окна программы:
1 – меню File;
2 – меню Help;
3 – кнопка Пуск;
4 – кнопка переключения приемник/передатчик;
5 – кнопка вызова структурной схемы рандомизатора;
6 – панель генератора псевдослучайной последовательности;
7 – панель информационной последовательности;
8 – окно выходного сигнала (скремблированный);
9 – структурная схема рандомизатора;
10 – первый сумматор;
11 – второй сумматор;
12 – кнопка установки генератора псевдослучайной последовательности в начальное состояние;
13 – кнопка установки всех битов информационной последовательности в единицы;
14 – кнопка установки всех битов информационной последовательности в нули;
15 – кнопка установки битов информационной последовательности в произвольное состояние (вызывается дополнительное окно);
16 – кнопка побитового выполнения преобразований;
17 – кнопка выполнения преобразования сразу с двумя байтами;
18 – кнопка сброса (обнуления) информационной последовательности.
2.2 Описание выполняемых работ
2.2.1 Запустите программу. Нажмите кнопку «Пуск». Появится окно, изображенное на рисунке 2.1. На информационной последовательности задайте все единицы, нажав кнопку «Задать единицы». Установите на генераторе псевдослучайной последовательности начальное состояние, нажав кнопку «Задать начальную последовательность». Нажимая кнопку «Шаг (Бит)», заполните таблицу 2.1. Повторить задания, но не с первоначальной последовательностью (исходной). Для этого нажимаете кнопку «Обнулить» на информационной последовательности, затем «Задать единицы» (начальную последовательность на генераторе не задавать, при этом на генераторе будут последующие псевдослучайные комбинации). И для того чтобы ускорить процесс выполнения операций, нажимаете кнопку «Шаг (2 Байта)». Повторяете процедуру пропуска последовательности генератора псевдослучайного кода не менее пяти раз. Далее нажимаете кнопку «Обнулить» и кнопку «Задать единицы». После, нажимая кнопку «Шаг (Бит)», вновь заполняете таблицу 2.1.
Т а б л и ц а 2.1
|
Первона- чальная последова-тельность |
Состояния триггеров D1-D15 генератора псевдослучайной последовательности |
Состояние на выходе первого сумматора |
Состояние на выходе второго сумматора |
Выходная последова-тельность |
|
|
|
|
|
|
2.2.2 Повторите пункт 2.2.1, задавая в информационной последовательности все нули. Заполните таблицу 2.1.
2.2.3 Повторите пункт 2.2.1, задавая в информационной последовательности свою произвольную комбинацию. Произвольную комбинацию можно задать, изменив информационную последовательность, сначала задав комбинацию «Задать все единицы» или «Задать все нули», а затем, изменив в ней биты, наводя курсор мыши на комбинацию цифр.
2.2.4 Для представленного генератора псевдослучайного кода записать полином циклического кода, описывающий его принцип работы.
2.2.5 Используя полученные данные, докажите, что для заданного генератора псевдослучайной последовательности выполняются все три постулата Голомба. Привести не менее двух примеров на каждый постулат.
2.3 Содержание отчета
Отчет должен содержать цель работы, таблицу 2.1 с результатами выполнения работы, полученными в пунктах 2.2.1 – 2.2.3, полином, описывающий работу генератора, примеры выполнения трех постулатов Голомба, вывод о проделанной работе. В выводе должно обязательно поясняться основное назначение рандомизатора на примерах данных, полученных в процессе выполнения лабораторной работы.
2.4 Контрольные вопросы
1. Что означает операция рандомизации и какова её основная цель?
2. Каким образом происходит восстановление исходных данных?
3. Что предшествует процессу рандомизации?
4. На основе структурной схемы рандомизатора нарисуйте принципиальную схему?
5. Какие существуют свойства циклических кодов?
6. Чего можно добиться с помощью рандомизации?
7. Напишите полиномы, на основе которых работают генераторы псевдослучайной последовательности, используемые в стандарте ATSC.
8. Нарисуйте структурные схемы генераторов псевдослучайной последовательности, используемые в стандарте ATSC.
9. Нарисуйте принципиальные схемы генераторов псевдослучайной последовательности, используемые в стандарте ATSC.
10. Если у генератора не выполняется один из постулатов Голомба, может ли он быть генератором псевдослучайного кода? Ответ обоснуйте.
11. Можно ли с помощью генератора псевдослучайного кода провести измерения параметров канала связи? Ответ обоснуйте.
3 Лабораторная работа №3. Исследование сверточных кодеров и декодера Витерби
Цель работы: изучение принципа действия систематических и несистематических сверточных кодеров и особенностей работы декодера Витерби при декодировании сообщений от различных сверточных кодеров.
3.1 Описание виртуального лабораторного стенда
На рисунке 3.1 изображено рабочее окно программы, которое демонстрирует принцип работы сверточных кодеров.
Рисунок 3.1 – Рабочее окно программы сверточного кодера
Цифрами на рисунке 3.1 обозначены следующие элементы окна программы:
1 – поле меню, позволяющее выбирать нужные кодеры;
2 – поле для ввода входной последовательности m и кнопка «Запуск», позволяющая передавать заданную кодовую последовательность по одному биту в сверточный кодер;
3 – изображение, используемого сверточного кодера;
4 – поля первого и второго канала выходных кодовых последовательностей (u)1 и (u)2 сверточного кода;
5 – поле общей выходной последовательности битов кодера (U);
6 – поле, имитирующее среду канала связи, которое позволяет вносить ошибки в полученную последовательность битов кодера;
7 – поле, отображающее входную последовательность, принимаемую декодером Витерби с учетом ошибок при прохождении канала связи (кнопка «Сигнал на входе декодера» осуществляет запись общей входной последовательности декодера, при этом, записывая символ «0», как случайную величину в интервале [-3,1], а символ «1», как случайную величину в интервале [-1,3]);
8 – кнопка «Декодирование» открывает окно, в котором указана решетчатая диаграмма декодера (см. рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Рабочее окно программы декодера Витерби, появляющееся при нажатии кнопки «Декодирование»
Цифрами на рисунке 3.2 обозначены следующие элементы окна программы:
9 – решетчатая диаграмма декодера, отображающая принцип декодирования декодера Витерби;
10 – метрики ветвей (для примера указана только одна), маршрут декодирования выделяется в программе красным цветом;
11 – метрики состояний (для примера указана только одна);
12 – кнопка «Запуск» служит для осуществления пошагового декодирования входной кодовой последовательности;
13 – кнопка «Путь» отображает значения, которым соответствует оптимальный путь декодирования декодера Витерби.
3.2 Порядок выполнения работы
3.2.1 После запуска программы выберите один из кодеров в меню 1 (кодеры задаются преподавателем) и введите кодовую последовательность в поле 2. Кодовая последовательность должна начинаться с комбинации 11 (начинается последовательность с правого бита).
3.3.2 Нажатием кнопки «Запуск» осуществить кодирование введенной кодовой последовательности m. При каждом нажатии этой кнопки будут заполняться ячейки полей u1, u2 и U. Записать полученные биты данных в таблицу 3.1.
Т а б л и ц а 3.1
|
Сигнал на входе/выходе |
|
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|||||||||
|
Среда |
|
|||||||||
|
Вход декодера |
|
|||||||||
3.3.3 Проверить работу декодера без наличия ошибок в нем. Для этого, не нажимая кнопки в поле «Среда», при помощи кнопки «Сигнал на входе декодера» произвести запись кодовой последовательности.
3.3.4 При нажатии кнопки «Декодирование» появляется окно с изображением решётчатой диаграммы декодера.
3.3.5 Нажатием кнопки «Запуск» осуществить вычисления метрик путей и метрик состояний.
3.3.6 Нажмите кнопку «Путь». Запишите выделенные цветом значения «альфы» и «сигмы» для всех ветвей. Эти числа являются значениями для оптимального пути прохождения кода. Зарисовать полученную диаграмму работы декодера Витерби.
3.3.7 Проверить правильность работы декодера путем сравнения входных и выходных последовательностей декодера.
3.3.8 Проверить работу декодера с наличием в нем ошибки. Нажатием одной из кнопок в поле «Среда» ввести ошибку в полученную последовательность U (красный цвет кнопки означает внесение ошибки). При помощи кнопки «Сигнал на входе декодера» осуществить запись кодовой последовательности, полученной в поле U с учетом внесенной ошибки. Далее повторить пункты 3.3.4 – 3.3.7.
3.3.9 Повторить операций, проделанные в пункте 3.3.7. Но в поле «Среда» ввести не одну ошибку, а две (нажать две кнопки).
3.3.10 Повторить операции, проделанные в пункте 3.3.7, вводя в поле «Среда» три ошибки.
3.3.11 Используя рекомендованную литературу, определить, на сколько верно декодер исправляет введенные ошибки.
3.3.12 Повторить пункты 3.2.1 – 3.3.10 при условии, что последовательность будет начинаться с комбинации 00. Записать показания в таблицу 3.1.
3.3.13 Повторить пункты 3.2.1 – 3.3.10 при условии, что последовательность будет начинаться с комбинации 01 или 10. Записать показания в таблицу 3.1.
3.3.14 Сделать вывод по пунктам 3.3.12 и 3.3.13 и объяснить, почему в этих случаях ошибки декодирования возникают даже без внесения ошибок средой.
3.3.15 Проделать пункты 3.3.1 – 3.3.14 со всеми заданными преподавателем кодерами и занести полученные данные в таблицу 3.1.
3.3.16 Сделать общий вывод по работе декодера, его преимуществах и недостатках.
3.3 Содержание отчета
Отчет должен содержать цель работы, результаты выполнения работы, полученные в пунктах 3.3.1 – 3.3.16 и занесенные в таблицу 3.1, диаграммы работы декодера Витерби, вывод о проделанной работе. В выводе должно обязательно поясняться, какой из кодеров допускает меньшее число ошибок при восстановлении сигнала декодером Витерби и почему. Также, если было получено два возможных пути декодирования, пояснить, какой путь выберет декодер Витерби и почему.
3.4 Контрольные вопросы
1. Что такое свёрточное кодирование и декодирование?
2. В чем отличие свёрточных кодов от блочных?
3. Чем отличается несистематический сверточный код от систематического сверточного кода?
4. Приведите структурную и принципиальную схему свёрточного кодера, поясните его работу на примере.
5. Приведите расчетные формулы метрик ветвей и метрик состояний.
6. Зачем нужна периодическая регистра при свёрточном кодирований?
7. Какие существуют виды описания сверточного кодера? Привести все виды описания сверточного кодера на примере одного из кодеров использованного при выполнении лабораторной работы.
8. Что такое мягкая схема принятия решений и насколько более сложным является мягкое декодирование по алгоритму Витерби в сравнении с жестким декодированием?
9. Назовите области применения декодера Витерби.
10. Каким образом применяется эквалайзер Витерби в системе GCM?
11. Приведите график вероятности появления битовых ошибок для различных схем декодирования по алгоритму Витерби.
12. При каком количестве ошибок декодер Витерби работает правильно?
4 Лабораторная работа №4. Изучение влияния узкополосных помех на широкополосный сигнал
Цель работы: изучение зависимости вероятности появления битовой и символьной ошибки при воздействии узкополосной помехи на широкополосный сигнал.
4.1 Описание виртуального лабораторного стенда
На рисунке 4.1 изображено рабочее окно программы, которая моделирует влияние узкополосной помехи на широкополосный сигнал.
Рабочее окно (см. рисунок 4.1) разделёно на четыре части:
- Передатчик – устройство, передающее информацию;
- Приемник – устройство, принимающее информацию от передатчика;
- Генератор помех – источник узкополосной помехи, заглушающей основной сигнал передатчика;
- Анализатор спектра показывает спектр передаваемого сигнала (светлый) и спектр узкополосной помехи (тёмный).
Цифрами на рисунке 4.1 обозначены следующие элементы окна программы:
1 – спектр помехи;
2 – спектр сигнала;
3 – поле, предназначенное для ввода значения спектральной плотности мощности помехи;
4 – поле, предназначенное для ввода значения ширины спектра помехи;
5 – поле, предназначенное для ввода значения сдвига спектра помехи относительно спектра сигнала;
6 – выпадающий список с возможными значениями размера множества символов M;
7 – поле, предназначенное для ввода значения спектральной плотности мощности сигнала;
8 – поле, предназначенное для ввода значения ширины спектра сигнала;
9 – выпадающий список с возможными видами модуляции. Позволяет выбрать следующие виды модуляций: MFSK (когерентное детектирование), MFSK (некогерентное детектирование), MPSK, QPSK;
10 – поле, предназначенное для ввода значения скорости передачи данных;
11 – данное поле показывает полученную вероятность битовой ошибки при заданных параметрах;
12 – данное поле показывает полученную вероятность символьной ошибки при заданных параметрах;
13 – данное поле показывает полученное отношение сигнал/шум при заданных параметрах (отношения сигнал/шум Eb/N0 задается в децибелах).
Рисунок 4.1 – Рабочее окно виртуального лабораторного стенда
4.2 Порядок выполнения работы
4.1.1 Запустить программу. Согласно своему варианту, назначенному
преподавателем, в соответствующих полях программы установить значения АС,
fС, R, AП, fП, fI (см. таблицу 4.1). Установить
первый вид модуляции, заданный в таблице 4.1. Чтобы задать вид модуляции
необходимо: из выпадающего списка 9 выбрать необходимую модуляцию, из
выпадающего списка 6 выбрать необходимое значение М. Например, если задана
некогерентная BFSK, надо в выпадающем списке 9 задать MFSK (некогерентное детектирование), а в
выпадающем списке 6 выбрать значение 2:
Т а б л и ц а 4.1 – Варианты задания
|
№ вар. |
Виды модуляции |
АС; Вт/Гц |
МГц |
R; кГц |
AП; Вт/Гц |
МГц |
МГц |
|
|
1 |
BFSK (когерентная) |
QPSK |
3 |
7 |
400 |
10 |
1 |
1 |
|
2 |
4FSK (когерентная) |
BPSK |
1 |
9 |
500 |
7 |
2 |
2 |
|
3 |
8FSK (когерентная) |
4PSK |
2 |
10 |
375 |
8 |
3 |
3 |
|
4 |
16FSK (когерентная) |
8PSK |
3 |
8 |
250 |
9 |
1 |
5 |
|
5 |
32FSK (когерентная) |
16PSK |
1 |
9 |
150 |
10 |
2 |
4 |
|
6 |
BFSK (некогерентная) |
QPSK |
2 |
10 |
450 |
7 |
3 |
1 |
|
7 |
4FSK (некогерентная) |
4PSK |
1 |
9 |
480 |
8 |
2 |
2 |
|
8 |
8FSK (некогерентная) |
16PSK |
3 |
8 |
360 |
9 |
1 |
3 |
|
9 |
16FSK (некогерентная) |
32PSK |
2 |
10 |
240 |
10 |
3 |
4 |
|
10 |
32FSK (некогерентная) |
32PSK |
1 |
7 |
140 |
9 |
2 |
5 |
где:
fП – ширина спектра помехи;
fС – ширина спектра сигнала;
fI – сдвиг помехи;
AП – Мощность помехи;
АС – Мощность сигнала;
R – скорость передачи данных.
4.2.2 Снять зависимость битовой, символьной ошибки и отношения сигнал/шум от мощности сигнала. Для этого необходимо изменять значение спектральной плотности мощности сигнала (поле 7) от 1 до 10 Вт/Гц. Построить графики полученных зависимостей.
4.2.3 Установить исходные значения согласно варианту. Снять зависимость битовой, символьной ошибки и отношения сигнал/шум от ширины спектра сигнала. Для этого необходимо изменять значение ширины спектра сигнала (поле 8) от 1 до 10 МГц. Построить графики полученных зависимостей.
4.2.4 Установить исходные значения согласно варианту. Снять зависимость битовой, символьной ошибки и отношения сигнал/шум от ширины спектра помехи. Для этого необходимо изменять значение ширины спектра помехи (поле 4) от 1 до 10 МГц. Построить графики полученных зависимостей.
4.2.5 Установить исходные значения согласно варианту. Снять зависимость битовой, символьной ошибки и отношения сигнал/шум от сдвига помехи. Для этого необходимо изменять значение сдвига помехи (поле 5) от 1 до 10 МГц. Построить графики полученных зависимостей.
4.2.6 Установить исходные значения согласно варианту. Установить второй вид модуляции заданный по варианту. Повторить пункты 4.2.2 – 4.2.5 для установленной модуляции.
4.2.7 Установить исходные значения согласно варианту. Установить модуляцию – MFSK (когерентное детектирование). Снять зависимость битовой и символьной ошибки от параметра М (поле 6).
4.2.8 Повторить пункт 7 для модуляции MPSK.
4.3 Содержание отчета
Отчет должен содержать полученные результаты и графики всех полученных зависимостей, вывод, в котором необходимо дать теоретическое объяснение поведению всех графиков.
4.4 Контрольные вопросы
1. Какие методы борьбы с преднамеренными помехами существуют?
2. Назовите четыре основных преимущества систем связи расширенного спектра?
3. Как зависит вероятность битовой ошибки для частотной манипуляции с не когерентным детектированием от отношения сигнал/шум?
4. Что представляет собой узкополосная помеха? Назовите источники узкополосных помех.
5. Опишите, какие методы защиты от помех присутствуют в системах с временным разделением каналов (TDMA).
6. Опишите, какие методы защиты от помех присутствуют в системах с частотным разделением каналов (FDMA).
7. От каких параметров зависит эффективность работы приемника в условиях помех?
8. Нарисуйте упрощенную структурную схему многоканального адаптивного приемника.
9. Что такое мультипликативная помеха?
10. Где, для наибольшей эффективности, необходимо осуществлять защиту широкополосных систем связи от воздействия узкополосных помех, мощность которых превышает границы динамического диапазона приемного устройства.
11. Опишите, какие методы защиты от помех присутствуют в системах DVB и ATSC.
Список литературы
1. Мамаев Н.С., Мамаев Ю.Н., Теряев Б.Г. Системы цифрового телевидения и радиовещания. – М.: Горячая линия - Телеком, 2007.
2. Мамаев Н.С., Мамаев Ю.Н., Теряев Б.Г. Цифровое телевидение. – М.: Горячая линия - Телеком, 2001.
3. Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Красносельский И.Н. Цифровое телевизионное вещание. Основы, методы, системы. – М.: Научно-исследовательский институт радио, 2001.
4. Коньшин С.В. Стандарты цифрового спутникового телевидения. – Алматы: АИЭС, 2007.
5. Рихтер С.Г. Цифровое радиовещание. – М.: Горячая линия, 2004.
6. Васюков В.Н. Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры в системах подвижной радиосвязи. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.
7. Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
8. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учеб. Пособие / И.С. Грузман, В.С. Киричук и др. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.
9. Шелухин О.И., Лукьянцев Н.Ф. Цифровая обработка и передача речи. – М.: Радио и связь, 2000.
10. Умняшкин С.В. Теоретические основы цифровой обработки и представления сигналов. – М.: ИД «Форум», 2008.
11. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер Год, 2007.
12. Лэй Э. Цифровая обработка сигналов для инженеров и технических специалистов. – М.: Группа ИДТ, 2007.
Содержание
|
1 Лабораторная работа №1. Квадратурно-фазовая манипуляция QPSK (Quaternary Phase Shift Keying), квадратурно-амплитудная модуляция 16QAM и 64QAM (Quadrature Amplitude modulator) 2 Лабораторная работа №2. Исследование работы рандомизатора (скремблера) 3 Лабораторная работа №3. Исследование сверточных кодеров и декодера Витерби 4 Лабораторная работа №4. Изучение влияния узкополосных помех на широкополосный сигнал Список литературы |
3 7 10 15 19 |
Сводн. план 2013 г. поз 114