Вопрос 7
Каким образом компаратор изменяет медленно возрастающее напряжение для восстановления цифрового сигнала в резких переходах?
Лабораторная работа 19 – Двоичная фазовая манипуляция (BPSK — binaryphase-shiftkeying)
Краткая теория
Эксперименты в лабораторных работах 17 и 18 продемонстрировали, что схемы аналоговых модуляций АМ и ЧМ могут быть использованы для передачи цифровых сигналов с учетом разделения канала. Поскольку цифровые данные формируют сообщение вместо речи и музыки, предпочтительнее называть данные системы ASK и FSK.
Напомним, что ASK использует “1” и “0” цифровых данных для изменения амплитуды несущего колебания между двумя значениями. FSK использует “1” и “0”, для изменения частоты несущего колебания между двумя значениями. Альтернативой этим двум методам является использование потока данных из последовательности “1” и “0” для смещения фазы несущего колебания на одно из двух значений, нуль или π (180°). Это называется двоичной фазовой манипуляции (BPSK). На рисунке 1 показано, как выглядит сигнал BPSK, совпадающий по времени с цифровым сигналом, который был использован для его генерации.
Обратите внимание, что изменение логического уровня вызывает изменение фазы BPSK сигнала на 180°. Например, когда сигнал движется в направлении положительного пика, изменение логического уровня приводит к его обратному направлению в сторону отрицательного пика ( и наоборот).
Возможно, это кажется не понятным, но приглядевшись, вы можете заметить, что чередование «половинок» потока данных BPSK сигнала имеет такую же форму как и сообщение. Это означает, что BPSK по сути является той же DSBSC (модуляция сигнала с двумя боковыми полосами и подавленной несущей) модуляцией. Таким образом, формирование BPSK и восстановление данных могут быть выполнены обычными методами модуляции и демодуляции DSBSC( объясненные в лабораторных работах 6 и 9 соответственно).
При выборе между использованием ASK, FSK и BPSK Вы можете быть удивлены. При всех прочих равных, BPSKявляется самой эффективной с точки зрения ее способности игнорировать шумы а также при данном виде модуляции возникает наименьшее количество ошибок в приемнике. Следующая по помехоустойчивости –FSK, ASK – худшая в этом отношении. В связи с этим, предполагается, Что BPSK является предпочтительной системой. Тем не менее, этот способ не является самым простым в реализации и поэтому в некоторых случаях ASK или FSK могут быть использованы как более легкие в реализации. Действительно, FSKиспользовалась для более дешевых dial-up модемов.
Экспериментальная часть
В данной лабораторной работе Вы будете использовать EmonaDATEx, чтобы генерировать сигнал BPSK, используя Множитель, чтобы осуществить его математическую модель. Цифровые данные для сообщения формируются модулем Генератора Последовательности. Затем вам предстоит восстановить сигнал, используя модуль Множителя, и исследовать искажения. Наконец, Вы будете использовать компаратор для реконструкции сигнала.
Выполнение должно занять примерно 40 минут.
Порядок выполнения
Часть А – Генерирование BPSK сигнала
Сигнал BPSK будет сгенерирован, осуществляя математическую модель для DSBSC модуляции. Для получения дополнительной информации, обратитесь к краткой теории Эксперимента 6.
Убедитесь в том, что выключатель на задней панели NIELVIS не горит (выключен).
Аккуратно вставьте экспериментальный подключаемый модуль EmonaDATEx в учебную платформу NIELVIS.
Установите переключатель ControlMode на DATEx модуле (в правом верхнем углу) для ПК контроля.
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 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.
Найдите модуль Генератора Последовательности и установите его переключатель в позицию 00.
Соберите 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. Модуль Умножителя используется, чтобы генерировать BPSK сигнал, реализуя его математическую модель.
Настройте осциллограф следующим образом:
Scale control for Channel B - 2V/div
Input Coupling controls for both channels to DC
Timebase control - 100Gs/div
Trigger Source control - TRIGGER A
Активизируйте вход второго канала осциллографа, чтобы наблюдать выходные данные с модуля Генератора Последовательности и сигнал BPSK с модуля Множителя.
Сравните сигналы.