Часть 4 – Восстановление сообщения
Как уже упоминалось, сигнал может быть восстановлен с использованием ФНЧ. В данной части лабораторной работы вам предстоит проделать это.
Найдите модуль Регулируемого ФНЧ на плате DATEx и настройте его, поворачивая ручку Gain примерно в среднее положение (в половину оборота).
Полностью поверните ручку Cut-offFrequencyAdjust против часовой стрелки.
Отсоедините штекеры от выхода модуля Speech.
Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 10:
Вся схема соединения может быть представлена блок-схемой, изображенной на рисунке 11. Модуль Регулируемого ФНЧ используется для восстановления первоначального сигнала.
Медленно поворачивайте ручку Cut-offFrequencyAdjust на модуле Регулируемого ФНЧ по часовой стрелке, остановившись на моменте, когда сигнал сообщение будет восстановлен (игнорируя сдвиг фазы).
Два сигнала являются абсолютно одинаковыми. Давайте посмотрим, что скажет вам ваш слух.
Добавьте усилительный модуль к схеме соединения, как показано на рисунке 12, оставляя все имеющиеся соединения осциллографа.
Полностью поверните ручку Gain усилительного модуля против часовой стрелки.
Оденьте найшники.
Теперь начните поворачивать ручку Gain усилительного модуля по часовой стрелке, настраивая тем самым удобный уровень громкости.
Запомните звучание восстановленного сигнала.
Отсоедините провод усилительного модуля от вывода ИКМ декодера и соедините его с выводом Функционального Генератора (так же как вы проделывали, когда собирали схему на Рисунке 8).
Сравните звучание двух сигналов. Вы должны найти, что он являются очень похожи.
Вопрос 3
Даже если два сигнала выглядят и звучат одинаково, почему восстановленный сигнал не является совершенной копией исходного сигнала сообщения? Подсказка: если вы не уверены, обратитесь к разделу Краткой теории лабораторной работы 14.
Лабораторная работа 16
Ограничение полосы пропускания и восстановление цифровых сигналов
Краткая теория
В классической модели коммуникаций, сведения (сообщение) двигаются от передатчика к приемнику по каналу. Количество передаваемой информации может быть использовано для канала, включающего: металлические конструкции (такие как «витая пара» или коаксиальный кабель), оптическое волокно и воздушное пространство (что люди обычно называют «радиоволнами»).
Независимо от используемой среды, все каналы имеют полосу пропускания. То есть, среда определяет частотный диапазон сигнала, для относительно устойчивого к различным воздействиям прохождения, в то время как частота за пределами данного диапазона затухает. Таким образом, канал действует как фильтр.
Этот процесс имеет важные последствия. Напомним, что модулированный сигнал при аналоговой модуляции (такой как АМ) состоит из множества синусоид. Если полоса пропускания среды не достаточна широка, то одни колебания затухают, другие могут быть вовсе потеряны. В обоих случаях это приводит к тому, что демодуляция сигнала (восстановление сообщения) воспроизведет не точную копию первоначального сигнала.
Аналогичным образом, напомни, что цифровые сигналы также состоят из множества синусоидальных колебаний (называемых основной синусоидой и гармониками). Опять же, если полоса пропускания среды не достаточно широка, некоторые их них затухают и/или теряются и это может привести к изменению формы сигнала.
Для иллюстрации последнего момента рисунок 1 показывает, что случается, если все кроме первых двух синусоид удалены. Как вы можете видеть, сигнал искажен.
Ситуацию усугубляет и то, что канал как фильтр, в котором сдвиги фаз между синусоидами отличаются. Опять же, иллюстрация на рисунке 2 показывает сигнал, который был изображен на рисунке 1, с разницей лишь в том, что здесь первые две синусоиды сдвинуты по фазе на 40 °.
Вообразите, как же сложно цифровому приемнику (ИКМ декодеру) будет распознать логический уровень сигнала, изображенного на рисунке 2. Некоторые, а возможно и большинство из них, будут неправильно понимать и формировать ложное напряжение. Делать восстановление сообщения искаженным, с шумом, что очевидно есть проблема!
Экспериментальная часть
Выполнение должно занять приблизительно 50 минут + 20 минут
Порядок выполнения
Часть А – Влияние ограничения полосы пропускания на PCM декодирование
Как уже упоминалось, ограничение полосы пропускания в канале может искажать сигналы. Данная часть лабораторной работы демонстрирует это с помощью системы передачи PCM.
Убедитесь в том, что выключатель на задней панели NIELVIS не горит (выключен).
Аккуратно вставьте экспериментальный подключаемый модуль EmonaDATEx в учебную платформу NIELVIS.
Установите выключатель способа контроляControlMode на Контроль ПК (PCControl).
Убедитесь, что блок NIDataAcquisition выключен.
Подсоедините NIELVIS к NIDataAcquisition (DAQ) и подключите к ПК.
Включите выключатель питания на задней панели NIELVIS, затем включите выключатель питания макетной платы (PrototypingBoardPower) на передней панели.
Включите ПК и дайте ему загрузиться.
После завершения процесса загрузки, включите DAQ и следите за оповещением ПК о том, что ПК его распознал.
Запустите программное обеспечение NIELVIS.
Запустите программное обеспечение Передней панели (SortFrontPanelSFP) и убедитесь в контроле над DATEx.
Передвиньте выключатель Функционального генератора ControlMode так, чтобы он больше не находился в Ручном положении управления (Manual).
Запустите виртуальный Функциональный генератор.
Включите Функциональный генератор, нажатием ON/OFF.
Настройте Функциональный Генератор, используя мягкие средства его контроля выходных характеристик следующим образом:
Waveshape : Sine (форма волны);
Frequency: 20 kHz exactly (частота);
Amplitude: 4Vp-p (амплитуда);
DCOffset: 0V (смещение постоянной составляющей).
Минимизируйте Функциональный генератор/
Соедините, как показано на рисунке 3:
Данное соединения может быть представлено блок-схемой, изображенной на рисунке 4. Модуль ИКМ кодера конвертирует выходной сигнал Функционального генератора в цифровой сигнал, который ИКМ декодер возвращает в дискретную версию исходного сигнала. Важно, что провода, которые соединяют ИКМ кодер и ИКМ декодер являются каналом системы связи.
17. Запустите виртуальный осциллограф NIELVISOscilloscope.
18. Осциллограф настройте в соответствии с настройками по умолчанию (лабораторная работа 1) со следующими изменениями
19. Активируйте вход второго канала осциллографа для исследования выходных значений ИКМ декодера.
Примечание: Если данная настройка работает правильно, вы должны видеть 20 Гц синусоиду сообщения и ее дискретный вариант на выходе модуля ИКМ кодера.
20. Ручку Gain модуля Регулируемого фильтра нижних частот (TunableLow-passFilter) поверните приблизительно в среднее положение (вполоборота).
21. Cut-offFrequency Adjust модуля Регулируемого ФНЧ (TunableLow-passFilter)поверните приблизительно в среднее положение.
22. Соберите следующую схему, представленную на рисунке 5:
Эта схема может быть представлена блок-схемой, представленной на рисунке 6. Модуль Регулируемого фильтра нижних частот формирует полосу пропускания канала.
23. Cut-frequency Adjust модуля Регулируемого фильтра нижних частот (TunableLow-passFilter) медленноповерните против часовой стрелки.
Подсказка: Для точной настройки вы можете использовать на клавиатуре TAB и указательные клавиши.
24. Остановите момент, когда выход модуля ИКМ Декодера будет содержать внезапную ошибку.