Вопрос 3

Какая особенность ASKсигнала позволяет предположить что это амплитудно-модулированный сигнал?

Часть 2 – Демодуляция ask сигнала с помощью амплитудного детектора

Амплитудная манипуляция по сути является той же Амплитудной модуляцией (с цифровым сообщением вместо речи или музыки), поэтому сигнал можно восстановить с помощью любой схемы амплитудной демодуляции. В этой части вы проделаете восстановление, используя амплитудный детектор (детектор огибающей).

180. Ручку Gain модуля Регулируемого фильтра нижних частот (TunableLow-passFilter) поверните по часовой стрелке до упора.

181. Cut-offFrequency Adjust модуля Регулируемого ФНЧ (TunableLow-passFilter)поверните по часовой стрелке до упора

182. Соберите схему:

Этапы генерирования и модуляции АSK могут быть представлены на блок-схеме (рис. 7). Выпрямитель на Utilities module и модуль Регулируемого ФНЧ используются детектором амплитуды для восстановления цифрового сигнала из ASK сигнала.

183. Сравните исходный и восстановленный цифровой сигналы.

Вопрос 4

Почему восстаноленный цифровой сигнал не является точной копией исходного?

Вопрос 5

Что может быть использовано для «очистки» восстановленного цифрового сигнала?

Часть 3 – Реконструкция восстановленного цифрового сигнала с помощью компаратора

Лабораторная работа 16 показала, что компаратор – полезное устройство для восстановления искаженных цифровых сигналов. Следующая часть лабораторной работы позволит вам использовать компаратор для «очистки» демодулированногоASK сигнала.

184. Передвиньте переключатель ControlMode положительного вывода Регулируемого Источника Питания положительный выход ControlMode переключая так, чтобы он больше не находился в Ручном положении управления (Manual).

185. Запустите виртуальный Регулируемый Источник Питания (VariablePowerSupplies).

186. Установите его положительный вывод в позицию 0V, нажатием кнопки RESET

187. Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 8:

Этапы ASK генерирования, демодуляции и восстановления цифрового сигнала могут быть представлены в виде блок-схемы:

188. Сравните сигналы. Если они не совпадают, отрегулируйте положительный вывод Регулируемого Источника Питания, регулируя его Voltage контроль, пока они не станут одинаковыми.

Вопрос 6

Как компаратор изменяет медленно возрастающее напряжение для восстановления цифрового сигнала в резких переходах?

ШУМ

Все системы радиосвязи подвержены нежелательным электромагнитным излучениям, называемым шумом. Некоторые из этих излучений происходят естественным образом и генерируются солнцем или атмосферной активностью. Большинство излучений формируются человеком – преднамеренно или непреднамеренно.

Шум оказывает воздействие на сигналы, пока они в канале. Изменение формы сигнала, в свою очередь, оказывает влияние на его демодуляцию. Если шум достаточно больших значений ( по сравнению с сигналом), то сигнал может быть так искажен, что процесс демодуляции станет невозможным.

С помощью EmonaDATEx можно добавлять шум к сигналу в канале системы связи с позволения лаборанта.

1. Соберите схему, но не отсоединяйте любые из существующих проводков:

Эта установка может быть представлена блок-схемой, представленной на рисунке 2. Эта схема демонстрирует поведение сигнала при ASK в реальном канале с добавлением шума.

Количество шума может быть различным – 20 dB (отношение сигнал/шум как 1/10), - 6 dB( ½) или 0 dB (шум=сигнал)

2. Отсоедините вывод от DualAnalogSwitch и соедините его со входом канала с шумом.

3. Соедините выход канала с шумом со входом выпрямителя (rectifier)

Примечание: Примечание: После этого, сигнал передатчика (выход верхнего модуля Умножителя) поступает на вход приемника (вход ниже модуля Умножителя) через модель канала с помехами.

4. Сравните исходный и восстановленный сигналы. Если они не одинаковы, согласуйте VariablePowerSupplies положительный выход и Voltagecontrol пока они не станут одинаковыми.

5. Отсоедините вход второго канала осциллографа от выхода компаратора и подсоедините его к выходу Addermodule, затем пронаблюдайте искаженный ASK сигнал.

6. Соедините вход Noise на модуле сумматора с выходом модуля генератора шума (NoiseGenerator) – 6dB чтобы ввести шум в канал.

7. Проследите за влиянием, который шум оказывает на ASK сигнал.

8. Восстановите соединение входа второго канала осциллографа с выходом компаратора.

9. Сравните исходный и восстановленный сигналы. Если они не одинаковы, согласуйте VariablePowerSupplies положительный выход и Voltagecontrol пока они не станут одинаковыми.

Примечание: Восстановление данных при этом может быть невозможным.

Лабораторная работа 18

Частотная манипуляция (FSK)

Краткая теория

Мультиплексирование с разделением частот (FDM) позволяет распределять канал среди множества пользователей. Напомним, что это достигается путем наложение сообщения на несущий сигнал внутри определенной части радиочастотного спектра, закрепленной за пользователем. Также напомним, что любые аналоговые модуляционные схемы могут быть использованы для передачи цифровых данных аналогичным образом: например, при использовании частотной модуляции, известной как двоичная частотная манипуляция ( BFSK или просто FSK).

Одна из причин использования FSK – относительная помехоустойчивость. Напомним, что шум проявляет себя как изменения в амплитуде передаваемого сигнала. Эти изменения могут быть устранены FM/FSK приемниками (по схеме, называемой ограничителем) без ущерба восстановления сообщения.

На рисунке один показано, как выглядит FSK сигнал, совпадающий по частоте с цифровым сигналом, который был использован для его генерации.

Заметьте, что сигнал изменяется между двумя значениями частоты. Частота сигнала, которой соответствует логический ноль цифровой последовательности называется spacefrequency (space – отсутствие сигнала, эквивалент логическому нулю). Частота сигнала, соответствующая логической единице называется markfrequency( mark – наличие сигнала), она обычно выше чем номинальная несущая частота модулятора. Модулятор не выдает сигнал на несущей частоте.

Генерирование FSK может быть осуществлено схемами обычного FM модулятора и осциллятором, управляемым напряжением (voltage-controlledoscillator-VCO). Демодуляция FSK может быть осуществлена обычными FMдемодуляторами, такими как детектор пересечения нуля (ZeroCrossingDetector), упомянутый в лабораторной работе 12) и система фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ ( PhaseLockedLoop – PLL). Кроме того, если сигнал проходит через избирательный фильтр, то две синусоиды, создающие сигнал, могут быть выделены индивидуально. Рассмотренные по отдельности, каждый сигнал является ASK сигналом.Таком образом данные могут быть восстановлены путем пропускания одного из них через амплитудный детектор (envelopedetector), который рассматривался в лабораторной работе 8.

Экспериментальная часть.

В данной лабораторной работе EmonaDATEx используется для осуществления формирования FSK сигнала с помощью осциллятора, управляемого напряжением. Цифровые данные моделированы с помощью модуля SequenceGenerator. Восстановление данных будет осуществлено с использованием фильтра для выделения одной синусоиды в FSK сигнале и демодуляция будет происходить с использованием детектора огибающей. В завершении, предлагается пронаблюдать искажения демодулированногоFSK сигнала и с использованием компаратора восстановить данные.

Выполнение лабораторной работы займет примерно 40 минут.

Порядок выполнения

Часто 1 – Генерирование FSK сигнала

29. Убедитесь в том, что выключатель на задней панели NIELVIS не горит (выключен).

30. Аккуратно вставьте экспериментальный подключаемый модуль EmonaDATEx в учебную платформу NIELVIS.

31. Установите переключатель ControlMode на DATEx модуле (в правом верхнем углу) для ПК контроля.

32. Убедитесь, что блок NIDataAcquisition выключен.

33. Подсоедините NIELVIS к NIDataAcquisition (DAQ) и подключите к ПК.

34. Включите выключатель питания на задней панели NIELVIS, затем включите выключатель питания макетной платы на передней панели.

35. Включите ПК и дайте ему загрузиться.

36. После завершения процесса загрузки, включите DAQ и следите за оповещением ПК о том, что ПК его распознал.

37. Запустите программное обеспечение NIELVIS.

38. Запустите программное обеспечение Передней панели (SortFrontPanelSFP) и убедитесь в контроле над DATEx.

39. Найдите модуль Генератора Последовательности и установите его переключатель в позицию 00.

40. Переключите ControlMode Функционального генератора так, чтобы он больше не находился в Ручном режиме управления.

41. Запустите виртуальный функциональный генератор.

42. Нажмите на функциональном генераторе кнопку ON/OFF, чтобы включить его.

43. Настройте функциональный генератор следующим образом:

44. Соедините схему, как показано на рисунке 2.

Примечание: Черные провода заземлите

Данное соединение может быть представлено блок-схемой в иллюстрации 3. Модуль Генератора Последовательности используется моделирования цифрового сигнала, а его вывод SYNC используется для получения стабильного изображения осциллографа. Вывод VCO функционального генератора используется для генерирования FSK сигнала.

45. Настройте осциллограф следующим образом:

Trigger Source control - TRIGGER A

46. Активизируйте вход второго канала осциллографа, чтобы наблюдать выходные данные с модуля Генератора Последовательности и сигнал FSK с вывода VCO .

47. Сравните сигналы.

Вопрос 1

Каково название частоты с выхода VCO, которая соответствует логическим единицам цифрового сигнала?

Вопрос 2

Каково название частоты с выхода VCO, которая соответствует логическим нулям цифрового сигнала?

Вопрос 3

Основываясь на исследованиях, проведенных по изучению FSK, ответьте, какая из двух частот более высокая? Ответ обоснуйте.

Часть 2 – Демодуляция FSK сигнала с помощью фильтрации и амплитудного детектора.

Частотная манипуляция по сути является то же частотной модуляций (с цифровым сигналом, вместо аналогового), поэтому для восстановления сигнала можно использовать схему частотной демодуляции. Однако, частотно манипулированный сигнал коммутирует только между двумя частотами, поэтому мы можем использовать метод демодуляции, который не применятся к аналоговым (кодирование речи) частотно модулированным сигналам. Следующая часть лабораторной работы позволит вам выполнить это.

48. Увеличьте выходную частоту функционального генератора до 25 кГц.

49. Cut-offFrequency Adjust модуля Регулируемого ФНЧ (TunableLow-passFilter)поверните по часовой стрелке до упора

50. Ручку Gain модуля Регулируемого фильтра нижних частот (TunableLow-passFilter) поверните по часовой стрелке до упора.

51. Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 4:

Этапы генерирования и модуляции FSK могут быть представлены на блок-схеме (рис. 5). Модуль Регулируемого ФНЧ используется для выборки двух синусоид FSK сигнала, а блок DIODE and RC LPF (RC ФНЧ) на модуле Utilities – для завершений демодуляции FSK сигнала.

52. Сравните цифровой сигнал и сигнал на выходе фильтра.

Вопрос 4

Какая из двух синусоид FSK сигнала является пропускается фильтром?

Вопрос 5

Как теперь выглядит FSK сигнал после фильтрации?

53. Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 6:

54. Сравните первоначальный и восстановленный цифровые сигналы.

Вопрос 6

Что может быть использовано для «очистки» восстановленного сигнала?

Часть 3 – Реконструкция восстановленного сигнала с помощью компаратора.

Лабораторная работа 16 показала, что компаратор – полезное устройство для восстановления искаженных цифровых сигналов. Следующая часть лабораторной работы позволит вам использовать компаратор для «очистки» демодулированногоFSK сигнала.

55. Передвиньте переключатель ControlMode положительного вывода Регулируемого Источника Питания положительный выход ControlMode переключая так, чтобы он больше не находился в Ручном положении управления (Manual).

56. Запустите виртуальный Регулируемый Источник Питания (VariablePowerSupplies).

57. Установите его положительный вывод в позицию 0V, нажатием кнопки RESET

58. Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 7:

Этапы FSK генерирования, демодуляции и восстановления цифрового сигнала могут быть представлены в виде блок-схемы:

59. Сравните сигналы. Если они не совпадают, отрегулируйте положительный вывод Регулируемого Источника Питания, регулируя его Voltage контроль, пока они не станут одинаковыми.