Вопрос 1
Какая особенность сигнала BPSK предполагает то, что это - сигнал DSBSC? Совет: Если Вы не уверенны, см. краткие теоретические сведения.
Понятно, что что-то происходит, когда модуль вывода последовательности генератора меняет логический уровень, но трудно понять, что именно. Следующие несколько шагов позволят вам разобраться в этом.
Соберите схему как показано на рисунке 4.
Установите временную ось осциллографа Timebase в положение 10µs/div.
Вопрос 2
Что происходит с BPSK сигналом на логических переходах потока данных?
Часть В – Демодуляция BPSK сигнала с помощью детектора произведения
Поскольку BPSK действительно является DSBSC (с цифровым сообщением вместо речи или музыки), то сигнал может быть восстановлен с использованием любой из схем демодуляции DSBSC. Следующая часть эксперимента позволяет Вам сделать это с помощью детектора произведения.
Вновь соедините вход CLK модуля генератора последовательности с выходом 8kHzDIGITAL модуля MasterSignal.
Настройте осциллограф: Timebase – 200 µs/div.
Cut-offFrequency Adjust модуля Регулируемого ФНЧ (TunableLow-passFilter)поверните по часовой стрелке до упора.
Ручку Gain модуля Регулируемого ФНЧ поверните приблизительно вполоборота.
Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 5:
Этапы формирование и демодуляция BPSK сигнала на данной настройке могут быть представлены блок-схемой, изображенной на рисунке 6. Модули второго Умножителя и Регулируемого ФНЧ используются для реализации детектора произведения, который восстанавливает сигнал.
Сравните цифровой и восстановленный цифровой сигналы.
Вопрос 3
Почему восстановленный цифровой сигнал не является совершенной копией исходного сигнала?
Вопрос 4
Что может быть использовано для «очистки» восстановленного цифрового сигнала?
Часть 3 – Реставрация восстановленного сигнала с использованием компаратора.
Лабораторная работа 16 показала, что компаратор – полезное устройство для восстановления искаженных цифровых сигналов. Следующая часть лабораторной работы позволит вам использовать компаратор для «очистки» демодулированногоBPSK сигнала.
Передвиньте переключатель ControlMode положительного вывода Регулируемого Источника Питания положительный выход ControlMode переключая так, чтобы он больше не находился в Ручном положении управления (Manual).
Запустите виртуальный Регулируемый Источник Питания (VariablePowerSupplies).
Установите его положительный вывод в позицию 0V, нажатием кнопки RESET
Модифицируйте схему соединения, как показано на рисунке 7:
Этапы осуществление BPSK, демодуляция и восстановление цифрового сигнала могут быть представлены в виде блок-схемы, изображенной на рисунке 8.
Сравните сигналы. Если они не совпадают, отрегулируйте положительный вывод Регулируемого Источника Питания, регулируя его Voltage контроль, пока они не станут одинаковыми.
Шум
Общим для радиосистем является подверженность нежелательным электромагнитным радио излучениям, называемым ШУМОМ. Некоторые такие излучения возникают естественным путем, генерируются солнечной и атмосферной активностями, такими как освещение. Многие излучения имеют антропогенный характер, либо возникают нечаянно (от работы электрических машин или электронной аппаратуры) или создаются специально.
Большое количество шума добавляется к сигналу в канале связи. Он изменяет форму сигнала, которая в свою очередь, изменяет звуковой сигнал при демодуляции на приеме. Если шум достаточно значительный (по сравнению с размером сигнала), сигнал может быть настолько изменен, что его невозможно будет демодулировать.
EmonaDATEx позволяет произвести добавление модели шума к сигналу в канале связи.
Соедините как показано на рисунке 1, но НЕ ОТСОЕДИНЯЙТЕ существующие провода.
Данное соединение может быть представлено блок-схемой, представленной на рисунке 2. Она моделирует поведение реального канала, добавляя шум к сигналам, таким как BPSK.
Количество шума может быть различным – 20 dB (отношение сигнал/шум как 1/10), - 6 dB( ½) или 0 dB (шум=сигнал)
Отсоедините провод от вывода модуля Умножителя, который расположен на верхней половине платы DATEx и соедините его со входом канала с помехами.
Соедините выход канала с помехами со входом модуля Умножителя, который расположен в нижней половине платы Datex.
Примечание: После этого, сигнал передатчика (выход верхнего модуля Умножителя) поступает на вход приемника (вход ниже модуля Умножителя) через модель канала с помехами.
Сравните первоначальный и восстановленный сигналы. Если они не совпадают, отрегулируйте положительный вывод Регулируемого Источника Питания, регулируя его Voltage контроль, пока они не станут одинаковыми.
Отсоедините вход второго канала осциллографа от вывода компаратора и соедините его с выводом модуля сумматора для исследования сигнала, искаженного шумом.
Соедините вывод Noise модуля сумматора с вывод -6dB модуля генератора шума.
Исследуйте влияние, которое это оказывает на BPSK сигнал.
Снова соедините вход второго канала осциллографа с выводом компаратора.
Сравните первоначальный и восстановленный сигналы. Если они не совпадают, отрегулируйте положительный вывод Регулируемого Источника Питания, регулируя его Voltage контроль, пока они не станут одинаковыми.
Повторите все действия для шума 0dB.
Примечание: Возможность восстановления данных может быть невозможной.
Включите ПК и дайте ему загрузиться.Лабораторная работа 20
Квадратурная фазовая манипуляция (QuadraturePhaseShiftKeying)
Краткая теория
Как следует из названия, квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) является вариантом бинарной фазовой манипуляции(BPSK). Напомним, что BPSK по существу есть DSBCS модуляция только с цифровым сигналом. Отметим, что цифровая информация передается количеством 1 бит в единицу времени. QPSK также является формой DSBSC модуляции, но при этом передается 2 бита информации в единицу времени (без использования другой несущей частоты).
Передача 2 битов информации в единицу времени при QPSK заставляет ошибочно полагать, что QPSK в два раза быстрее, чем BPSK. Преобразование цифровой информации, состоящей из последовательности отдельных битов в последовательность «бит-пар», грубо говоря, требует полвины «битрейта», поэтому преимущество в скорости передачи отпадает.
Так зачем же вообще нужна QPSK? Данный вид манипуляции имеет одно значительное преимущество – для передачи сигналов требуется вдвое меньший радиочастотный спектр, чем для передачи BPSK сигналов. Это дает возможность использовать один канал большему числу пользователей.
На рисунке 1 один приведена блок-схема математической модели QPSK.
На
входе модулятора, четные биты цифровой
информации (т.е. биты 0, 2, 4, и т.д.) удаляются
из потока данных с помощью «бит-разветвителя»
и перемножаются с несущей, чтобы
сгенерировать BPSK
сигнал (называемый
).В
то же время, нечетные биты информации
(1, 3, 5 и т.д.) удаляются из потока данных
и перемножаются с той же несущей для
генерирования второго сигнала BPSK
(называемого
).
Однако, несущая полученного
сигнала сдвинута по фазе на 90º перед
началом модулирования. В этом и состоит
секрет работы QPSK.
Два BPSK сигнала просто складываются друг с другом для передачи и, так как их несущие частоты одинаковы, они занимают одинаковый радиочастотный спектр. В то же время это предполагает, что два набора сигналов были бы безвозвратно смешаны, требуемые 90° разделения фаз между несущими позволяет боковым полосам быть разделенными приемником, с помощью фазового дискриминатора, рассмотренного в лабораторной работе 8.
На рисунке 2 приведена блок-схема математической модели демодуляции QPSK.
Заметьте, что используются два детектора произведения для одновременной демодуляции двух BPSK сигналов, что по сути является одновременным восстановлением пар битов в исходный сигнал. Для «очистки» двух сигналов используется компаратор или же другой восстановитель сигналов, затем биты информации передвигаются в обратном порядке с помощью 2-битного последовательно-параллельного преобразователя.
Чтобы понять, каким образом каждый детектор выбирает только один BPSK сигнал, а не оба, вспомните, что детектор произведения DSBSC сигнала фазочувствительный, то есть восстановление сообщения является оптимальным, если передаваемая и местная несущие частоты находятся в одной фазе друг с другом, в противном случае восстановление будет не точным. Если сдвиг по фазе составляет 90º, то амплитуда восстановленного сигнала будет равна 0. Другими словами, сообщение полностью отклоняется (этот вопрос рассмотрен в 4 части Лабораторной работы 9).
В этом отношении, QPSK демодулятор имеет преимущество. Запомните, что детекторы произведения на рисунке 2 делят несущую, но одна из них сдвинута по фазе на 90º. Это, как в случае, когда фаза местной несущей одного детектора произведения совпадает с фазой передаваемой несущей одного из BPSK сигналов, автоматически возникает фазовая ошибка 90° между местной несущей детектора и передаваемой несущей другого BPSK сигнала. Итак, детектор восстанавливает данные BPSK сигнала, с которым он совпадает, и отклоняет другой BPSK сигнал.
Экспериментальная часть
В данной лабораторной работе EmonaDATEx генерируется QPSK сигнал путем реализации математической модели QPSK. Генерированный сигнал изучается с помощью осциллографа, затем вы изучите как используется детектор произведения при фазовой дискриминации.
Проведение опытов должно занять около 1 часа.
Порядок выполнения