ЛР_кодовые последовательности. Лабораторная работа 2 Прохождение кодовых последовательностей по кабельным цепям Цель работы
 Скачать 464.38 Kb.
|
|
Лабораторная работа № 2 «Прохождение кодовых последовательностей по кабельным цепям» Цель работы: Изучение процессов распространения одиночных импульсов напряжения и кодовых последовательностей импульсов по различным кабельным цепям. Приобретение навыков в получении и анализе глаз-диаграмм и определении по ним качества связи. Подготовка к работе При подготовке к работе изучить следующие вопросы: параметры кабельных цепей во временной области: удельная задержка, конструктивная постоянная и импульсная характеристика кабельной цепи, методы расчета формы сигнала на выходе кабельной цепи, коды, используемые для передачи сигналов в цифровых системах передачи (ЦСП), схему регистрации глаз-диаграммы и ее параметры, оценка качества связи по глаз-диаграмме. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 1. Расчет напряжения на выходе кабельной цепи Импульсы напряжения при распространении по двухпроводной цепи искажаются, они расширяются и уменьшаются по амплитуде. Для характеристики этих искажений вводятся переходная h(t)и импульсная характеристики g(t) цепи [1]. В общем случае для несогласованной, а тем более неоднородной цепи выражения для этих характеристик очень сложны. Для простейшего случая однородной цепи, согласованной по входу и выходу, для переходной характеристики справедливо [1]:  , (1)где t – время,  - постоянная времени цепи длиной l, - удельная конструктивная постоянная цепи,(f1) – коэффициент затухания кабельной цепи в дБ/км на некоторой частоте f1, tз – удельное время задержки сигнала. Для импульсной характеристики справедливо [1]:  (2)Для расчета удельной конструктивной постоянной цепи t0 должна выбираться достаточно высокая частота f1. Рекомендуется выбирать ее из частотного диапазона, в котором коэффициент затухания (f)пропорционален  .В табл. 1 приведены результаты расчетов удельных конструктивных постоянных и удельных времен задержек, а также значения этих величин из [1]. Таблица 2
Для определения формы сигнала на выходе цепи при воздействии на ее вход импульса произвольной формы необходимо найти свертку импульсной характеристики цепи g(t) и входного импульса u1(t):  (3)или воспользоваться переходной характеристикой и интегралом Дюамеля.  (4)2. Типы кодов для цифровых систем передачи Существует большое количество линейных кодов для передачи цифровых сигналов. В данной работе рассмотрены 3 вида простейших бинарных кодов: Униполярный двоичный, в котором логические единицы кодируются положительными импульсами напряжения, а логические нули отсутствием импульса. Биполярный двоичный, в котором логические единицы кодируются положительными импульсами напряжения, а логические нули отрицательными импульсами напряжения. Квазитроичный код, в котором логические единицы кодируются положительными или отрицательными импульсами напряжения, а логические нули отсутствием импульса. Причем каждая последующая единица имеет другую полярность. Такой код называют кодом с чередованием полярности импульсов (ЧПИ). 3. Формирование глаз диаграммы Для оперативного контроля качества цифровой передачи сигналов используют наблюдение на экране осциллографа, так называемой глаз-диаграммы. Ее получают подачей случайного цифрового сигнала на вход Y осциллографа (рис. 1в) в режиме внешней синхронизации, когда на вход синхронизации С поступает последовательность тактовых импульсов. Изменяя цену деления по оси времени можно на экране осциллографа наблюдать стационарную картину, которая содержит несколько тактовых интервалов (рис. 2 и 3). Наблюдаемая осциллограмма одновременно содержит все возможные виды переходов из 1 в 0, 0 в 1, 0 в 0 и 1 в 1 с учетом всех возможных предыдущих состояний кодовых комбинаций. Глаз-диаграмма наглядно иллюстрирует процесс принятия решения в регенераторе, когда в выбранный момент времени (момент стробирования) мгновенное значение сигнала, которое зависит от шумов и от предшествующей последовательности импульсов, сравнивается с некоторым пороговым значением. Это значение выбирается примерно посередине между минимальным напряжением, соответствующим логической 1 и максимальным напряжением, соответствующим логическому 0. Разность этих напряжений характеризует ширину раскрыва глаз-диаграммы. Отношение сигнала к шуму с увеличением ширины глаз-диаграммы растет, а вероятность ошибки падает. Существуют шаблоны глаз-диаграмм, в которые должна вписываться экспериментальная глаз-диаграмма для обеспечения требуемого качества связи. ОПИСАНИЕ моделируемой ЛАБОРАТОРНОЙ установки В лабораторной работе моделируется установка (рис. 1), которая включает: Генератор кодовых последовательностей импульсов. Кабельные цепи. Осциллограф.
Рис. 1. Моделируемая лабораторная установка Генератор позволяет формировать три вида кодов: униполярный двоичный, биполярный двоичный и биполярный троичный. Количество элементов кодовой последовательности можно изменять, выбирая число элементов кода N. Для исследования можно выбрать любую из возможных кодовых комбинаций с номерами от 1 до 2N ‑ 1. Также имеется возможность задать длительность одного такта кодовой последовательности. Импульсы, образующие кодовую последовательность, могут иметь различную амплитуду и форму (прямоугольную, гауссовскую и синусквадратную). Набор кабельных цепей для исследования включает как коаксиальные, так и симметричные однородные цепи различной длины. Осциллограф позволяет наблюдать форму входных (рис. 1а) и выходных (рис. 1б) кодовых последовательностей, а также форму глаз-диаграммы (рис. 1в). Порядок выполнения работы 1. Исследование искажений формы одиночных импульсов при распространении по кабельным цепям 1.1. Получить у преподавателя номер варианта. По таблице 2 определить типы двух исследуемых кабельных цепей, их длины, а также форму импульса и длительность такта последовательности. Таблица 2
1.2. Для получения одиночного входного импульса установите число элементов кода 3, выберите комбинацию 4 (в двоичной системе счисления это соответствует комбинации 100). 1.3. Выберите тип первого кабеля, его длину и форму импульса в соответствии со своим вариантом. Амплитуду импульса Uin для всех вариантов принять равной 5 В. Скважность q установить равной 2. 1.4. Рассчитайте для каждого столбца таблицы 3 длительности тактов, считая, что величина T0 задана вариантом, и номинальную длительность входного импульса tnom по выражению:  (5)1.5. Измерьте по экрану осциллографа с помощью курсора длительность входного импульса tin на уровне половины амплитуды. Результаты измерений занесите в табл. 3. Таблица 3
1.6. Измерьте по экрану осциллографа с помощью курсора амплитуду Uout и длительность tout на уровне половины амплитуды выходного импульса. Результаты измерений занесите в табл. 3. 1.7. По результатам измерений рассчитайте относительное уширение δt и затухание a импульса в кабельной цепи по выражениям:  (6) (7)1.8. Повторить п. 1.3-1.7 для второй заданной вариантом кабельной цепи. Занести результаты в таблицу аналогичную таблице 3. 1.9. Построить два графика. На первом графике показать зависимости a(tin), а на втором - зависимости δt(tin) для двух кабельных цепей. Сделать выводы по полученным результатам. 1.10. Выберите тип первого кабеля, длительность такта и форму импульса в соответствии со своим вариантом. Амплитуду импульса Uin для всех вариантов принять равной 5 В. Скважность q установить равной 2. 1.11. Рассчитайте для каждого столбца таблицы 4 длины L кабельной цепи, считая, что величина L0 задана вариантом, и номинальную длительность входного импульса tnom по выражению (5) при T = T0. 1.12. Измерьте по экрану осциллографа с помощью курсора амплитуду Uout и длительность tout на уровне половины амплитуды выходного импульса. Результаты измерений занесите в табл. 4. 1.13. При проведении измерений по п. 1.12 с L = L0 зарисуйте форму входного и выходного импульсов, соблюдая масштаб по осям напряжения и времени. 1.14. Установите другую форму импульса. Если по варианту вы проводили измерения для прямоугольной формы, установите синусквадратную. В противном случае установите прямоугольную форму. Повторите измерения по п. 1.12 и 1.13. Результаты измерений по п. 1.12 занесите в таблицу, аналогичную по форме табл. 4. При выполнении п. 1.13 для различных форм входных импульсов масштабы по осям напряжения и времени должны быть одинаковыми. Таблица 4
1.15. Постройте два графика. На первом графике покажите зависимости a(L), а на втором - зависимости δt(L) для двух форм входных импульсов. Сделайте выводы по полученным результатам. 2. Исследование искажений формы кодовых последовательностей при распространении по кабельным цепям 2.1. Выберите тип первого кабеля, его длину, длительность такта и форму импульса в соответствии со своим вариантом. Амплитуду импульса Uin для всех вариантов принять равной 5 В. Скважность q установить равной 2. 2.2. Установите число элементов кода 6, выберите комбинацию 45 (в двоичной системе счисления это соответствует комбинации 101101). 2.3. Зарисуйте форму входного и выходного напряжений для трех вариантов кода, используя одинаковые масштабы по осям напряжения и времени. Сделайте выводы по полученным результатам. 3. Исследование искажений формы кодовых последовательностей по глаз-диаграмме 3.1. Выберите тип первого кабеля, его длину, длительность такта и форму импульса в соответствии со своим вариантом. Амплитуду импульса Uin для всех вариантов принять равной 5 В. Скважность q установить равной 2. 3.2. Установите униполярный двоичный код, число элементов кода 7. Получите глаздиаграмму. Это потребует существенно большего времени, чем для расчета выходного напряжения. В некоторых случаях для отображения глаз-диаграммы может понадобиться нажатие какой-нибудь клавиши, например левой клавиши курсора. 3.3. Настройте осциллограф таким образом, чтобы видеть на экране предпоследний тактовый интервал кодовой последовательности, используя установки начала отсчета времени и цен деления по осям времени и напряжения. Измерьте время tm, соответствующее максимальному значению напряжения Um_max в предпоследнем тактовом интервале (рис. 2). Занесите результаты измерения Um_max и tm в табл. 5. Установите начало отсчета t0 » tm‑T0/2, а цену деления по оси времени » T0/10. Старайтесь, чтобы наблюдаемая осциллограмма занимала практически весь экран, как по горизонтали, так и по вертикали. 3.4. Используя приведенные в табл. 5 выражения, рассчитайте значения моментов времени t в нс, для которых нужно провести измерения параметров глаз-диаграммы.  Рис. 2. Глаз-диаграмма при использовании униполярного кода 3.5. Используя вертикальный курсор, последовательно устанавливайте моменты времени t, указанные в табл. 5. Для каждого момента времени t, используя горизонтальный курсор, измерьте напряжения U1_min и U0_max (рис. 2). Результаты измерений занесите в табл. 5. 3.6. По результатам измерений рассчитайте относительные время, соответствующее моменту стробирования t и ширину глаз-диаграммы H по выражениям:  , (8) . (9)Таблица 5
3.7. Повторите настройки, измерения и расчеты по п. 3.3-3.6 для квазитроичного кода (рис. 2). Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу, аналогичную табл. 5.  Рис. 3. Глаз-диаграмма при использовании квазитроичного кода 3.8. Постройте графики зависимости относительной ширины глаз-диаграммы H от относительного момента стробирования t (принятия решения) для двух типов кодов. Определите максимально допустимые относительные сдвиги момента стробирования. Сделайте выводы по полученным результатам. 3.9. Зарисуйте форму глаз-диаграммы для 3-х типов кода, используя одинаковые масштабы по горизонтальной и вертикальной осям. 4. Расчет минимально допустимого отношения сигнала к шуму 4.1. Известно, что при принятии решения в регенераторе о том, что передавалось 1 или 0, возможны ошибки, вероятность pe которых можно определить через интеграл вероятности F(х)  , (10)где  , (11) -отношение напряжения сигнала  к среднеквадратическому значению напряжения шума  .Интеграл вероятности относится к специальным функциям, которые не выражаются через элементарные функции. Для расчета вероятности ошибки при х > 5 можно использовать выражение  (12)4.2. По заданной в табл. 2 вероятности ошибки pe найдите по (12) минимально допустимое значение аргумента xmin и занесите его в табл. 6. 4.3. Используя выражение (11) и данные из табл. 5 для униполярного кода, рассчитайте минимально допустимое отношение сигнала к шуму для различных моментов стробирования τ. Результаты занесите в табл. 6. Таблица 6
4.4. Повторите расчеты по п. 4.2-4.3 для квазитроичного кода. Результаты расчетов занесите в таблицу, аналогичную табл. 6. 4.5. Постройте графики зависимости минимального отношения сигнала к шуму SN от относительного момента стробирования t для двух типов кода. Сделайте выводы по полученным результатам. Содержание отчета 1. Таблицы по форме 3 для 2-х типов кабельных цепей, графики зависимости затухания и длительности одиночных импульсов на выходе кабельной цепи от длительности входного импульса. Выводы. 2. Таблицы по форме 4 для одной кабельной цепи для 2-х форм входных одиночных импульсов напряжения, графики зависимости затухания и длительности одиночных импульсов на выходе кабельной цепи от длины линии. Графические изображения входных и выходных импульсов. Выводы. 3. Таблицы по форме 5 для одной кабельной цепи для 2-х типов кодов, графики зависимости относительной ширины глаз-диаграммы от относительного смещения момента стробирования. Графические изображения глаз-диаграмм для 3-х типов кода. Выводы. 4. Таблицы по форме 6 для 2-х типов кодов, графики зависимости минимального отношения сигнала к шуму от относительного смещения момента стробирования. Выводы. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
