16282

Анализатор спектра DL-4. Работа со спутником

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа №1 Анализатор спектра DL4. Работа со спутником 1 Цель работы: 1.1 Получить навыки работы с прибором DL4. 1.2 Научиться настраиваться на нужную программу и фиксировать её в памяти прибора. 1.2 Научиться заносить данные прибора в компьютер при помощи

Русский

2013-06-20

1.3 MB

7 чел.

Лабораторная работа №1

Анализатор спектра DL-4. Работа со спутником

1 Цель работы:

1.1 Получить навыки работы с прибором DL-4.

1.2 Научиться настраиваться на нужную программу и фиксировать её в памяти прибора.

1.2 Научиться заносить данные прибора в компьютер при помощи программы “S.M.A.R.T”.

2. Литература:

2.1 Приложение А.

2.2 Приложение Б.

2.3 Приложение В.

3. Подготовка к работе:

3.1

3.2

3.3

4. Основное оборудование:

4.1 Анализатор спектра DL-4.

4.2 Конвертор диапазона Ku.

4.3 Монитор CTX.

4.4 Параболическая антенна.

4.5 ПК с ПО “S.M.A.R.T”.

5. Задание:

5.1 Научиться работать с анализатором спектра DL-4.

5.2 Получить навыки работы с программой “S.M.A.R.T”.

6. Порядок выполнения работы:

6.1 При выполнении лабораторной работы соблюдать ОТ и ТБ.

6.2 Включить ПК.

6.3 Включить анализатор спектра и произвести все настройки, необходимые для работы прибора с сигналами спутникового телевидения (приложение Б).

6.4 Перевести анализатор спектра в режим BARS SCAN (приложение Б) и оценить количество несущих частот сигнала в спектре. Сделать распечатку данных этого режима при помощи программы “S.M.A.R.T.” (приложение В).

6.5 Сохранить полученное меню следует согласно следующего маршрута: Рабочий стол→Эксперт→папка с №группы (например, Р-33)→папка с номером подгруппы (её нужно создать самостоятельно).

6.6 Перевести анализатор спектра в режим MEAS, произвести настройку на какой-либо пакет и зафиксировать его в памяти прибора под номером 25(приложение Б).

6.7 Вывести меню этого режима, а также меню сохранения программы на монитор компьютера (в ПО “S.M.A.R.T.”) и сохранить его в своей папке.

6.8 Перевести анализатор спектра в режим SPECT и вывести спектр сигнала на монитор компьютера. Сохранить полученное меню.

6.9 Следуя приложению Б, открыть программный поток, в который входит данный пакет. Оценить количество программ ТВ или радио, а затем также сохранить меню в программе S.M.A.R.T.).

6.10 На основе сохранённых данных создать электронный отчёт в программе “Microsoft Word”.

6.11 Выключить аппаратуру.

7. Содержание отчёта:

7.1 Наименование работы.

7.2 Цель работы.

7.3 Основное оборудование.

7.4 Содержание работы:

7.4.1 Основные схемы.

7.4.2 Формулы для расчёта.

7.4.3 Таблицы.

8. Контрольные вопросы:

8.1 Какие антенны используются в спутниковых системах?

8.2 В чём состоит отличие осесимметричной антенны от осенесимметричной?

8.3 Назначение конвертора, находящегося в фокусе антенны и принцип его работы.

8.4 Как изменить поляризацию принимаемого сигнала?

8.5 Почему в конверторах диапазона Кu применяется 2 частоты гетеродина?

8.6 Какой стандарт используется в цифровом спутниковом вещании?

8.7 Назначение демультиплексора в ресивере.

8.8 Рассчитайте скорость многопрограммного транспортного потока на основе полученных данных.


Приложение А

(информационное)

Структура наземной станции для приема сигналов спутникового телевизионного вещания показана на рисунке А.1.

Рисунок А.1- Наземная станция для приема сигналов телевизионного вещания. Схема электрическая структурная

В ее состав входят зеркальная антенна, конвертор, кабель снижения и спутниковый ресивер.

Для вещания используются спутники, расположенные на геостационарной орбите. При этом упрощается состав антенной системы. Она может не содержать системы наведения (при работе с одним спутником). Высота геостационарной орбиты около 38000 км. Мощность спутниковых передатчиков ограничена мощностью солнечных батарей, расположенных на борту ИСЗ. Уровень сигнала в точке приема крайне мал. Именно поэтому в спутниковых системах используются зеркальные антенны с большим коэффициентом усиления. Чаще всего применяются параболические антенны осесимметричные и осенесимметричные (офсетные) рисунок А.2а и 2б соответственно.

а)                                                        б)

Рисунок А.2- Параболическая антенна:

а) осесимметричная; б) осенесимметричная (офсетная)

В таблице 1 представлены диапазоны частот, выделенные для спутниковых систем связи.

Таблица1- Диапазоны частот, выделенные для спутниковых систем связи

Диапазон

Полоса частот, ГГц

L

0,930 - 1.5 и 1.61 – 2.15

S

1.93 – 2.7

C

3.40 – 5.25 и 5.725 – 7.075

Ku

10.68 – 12.75 и 12.75 – 14.8

Ka

14.40 – 26.5 и 27.0 – 50.2

K

84 - 86

Для спутникового вещания отведены нижние части диапазонов С (3.40 – 5.25ГГц) и Ku (10,70 – 12,75ГГц). Спутниковые ресиверы рассчитаны на входной сигнал в диапазоне L с полосой 0,93 – 2,150 ГГц. Для согласования по частоте и для компенсации затухания в кабеле используется конвертор, расположенный в фокусе антенны. В нем происходит перенос принимаемого спектра в рабочий диапазон частот ресивера. Учитывая низкий уровень сигнала на входе конвертора, он должен обладать низким уровнем собственных шумов. Поэтому его международная аббревиатура LNB (Low Noise Block) – малошумящий блок. Конвертор представлен на рисунке А.3.

Простейшая структурная схема конвертера приведена на рисунке А.3.

Рисунок А.3- Конвертор. Схема электрическая структурная

В состав конвертора входит смеситель, гетеродин и фильтр боковой полосы, который выделяет из выходного спектра смесителя одну из боковых полос (обычно разностную) fпч= fс-fг. Промежуточная частота должна оказаться в полосе пропускания ресивера. Это выполняется правильным выбором частоты гетеродина. Поэтому для работы на разных диапазонах частот, отведенных для спутниковых систем связи необходимо выбирать соответствующий конвертор. При приеме сигналов со спутника, работающего в диапазоне L, в фокус антенны устанавливается не конвертор, а малошумящий усилитель. Питание на конвертор подается по кабелю снижения с ресивера.

В спутниковом вещании в одной полосе частот могут передаваться два сигнала с противоположной поляризацией. Например, используются вертикальная и горизонтальная поляризации. На рисунке А.4 показаны спектры сигналов со спутника Hot Bird в одной полосе частот, но с разной поляризацией: а) – вертикальной; б) – горизонтальной.


а)                                                          б)

Рисунок А.4- Спектры сигналов со спутника Hot Bird:

а) с вертикальной поляризацией; б) с горизонтальной поляризацией

Для уменьшения взаимного влияния в сигналах разных поляризаций, частоты транспондеров смещены относительно друг друга.

Изменяя напряжение питания конвертера можно переключать принимаемую поляризацию. При Uп = 12 В, конвертер работает с сигналами, поляризованными вертикально, а при Uп = 18 В – с сигналами, поляризованными горизонтально.

Для полного охвата диапазона частот, частота гетеродина в конвертере должна меняться. Например, ширина диапазона Ku составляет 12,75-10,70=2,05 ГГц. При постоянной частоте гетеродина, например 10 ГГц, на выходе конвертера будет действовать сигнал со спектром от 0,7 до 2,75 ГГц. Этот спектр не согласуется с входными частотами ресивера 0,93 – 2,150. Верхняя и нижняя часть диапазона будут потеряны. Для охвата всего диапазона в конверторах есть возможность изменения частоты гетеродина. Широкополосные конверторы диапазона Ku могут использовать две частоты гетеродина 9,75 ГГц и 10,600 ГГц (рисунок А.5).

Рисунок А.5- Преобразование частот диапазона Ku с использованием двух частот гетеродина

При включении частоты гетеродина 9,75 ГГц в полосу частот ресивера переносится часть диапазона 10,680 – 11,900 ГГц, а при включении частоты 10,600 ГГц – 11530 – 12750 ГГц. Таким образом, при использовании двух частот гетеродина охватывается весь диапазон Ku. Частоты гетеродина в конвертере переключаются согласно управляющим сигналам, подаваемым с ресивера по кабелю снижения.

Ресивер производит прием выбранного сигнала, его детектирование, исправление ошибок, демультиплексирование транспортного потока, декодирование источника и цифро-аналоговое преобразование (рисунок А.6).

Рисунок А.6- Ресивер. Схема электрическая структурная

Каждый «бугор» на рисунке А.4 – пакет данных, который представляет собой несущую (центральная частота), промодулированную цифровым потоком. Он состоит из данных нескольких программ и некоторого количества проверочных символов. Такой пакет характеризуется частотой несущей, поляризацией, частотой следования символов FS и скоростью внутреннего кодирования FEC. Эти данные можно найти в специализированной литературе (журнал «Телеспутник»).

В смесителе входной сигнал ресивера смешивается с частотой перестраиваемого внутреннего гетеродина. Частота гетеродина выбирается таким образом, чтобы разностная частота (fПЧ2= fBХ - fГ2 = 70 МГц) попала в полосу пропускания полосового фильтра. Для этого частота внутреннего гетеродина должна быть на 70МГц выше частоты несущей выбранного пакета. Полоса пропускания полосового фильтра соответствует ширине одного пакета. Таким образом, на вход детектора попадает только сигнал выбранного пакета (рисунок А.7).

Рисунок А.7- Селекция выбранного канала с помощью изменения частоты гетеродина

Продетектированный цифровой поток подается на декодер канала для исправления ошибок. В начале исправляются одиночные ошибки во внутреннем декодере, затем восстанавливается исходный порядок данных в блоке перемежения, и в окончании исправляются пакетные ошибки. После этого происходит процесс дерандомизации («вычитание» из принятого цифрового потока квазислучайной последовательности). Этот процесс обратный процессу рандомизация на передающей стороне. Таким образом, на демультиплексор подается многопрограммный транспортный поток, скорость S1 которого можно определить, зная характеристики принятого пакета, по следующему выражению:

 S1=FS *2*FEC*188/204 (1)

где S1 – скорость многопрограммного транспортного потока на выходе декодера канала;

 FSsym rate (символ рейт);

 2 – коэффициент, учитывающий количество переносимых бит на интервале одного символа (модуляция QPSK);

 FEC – коэффициент, учитывающий скорость внутреннего кодирования;

188/204 – коэффициент, учитывающий скорость внешнего кодирования.

В цифровом спутниковом вещании используется стандарт DVB-S. Согласно ему используется модуляция QPSK, при которой на интервале одного символа передается 2 бита информации. Скорость внутреннего кодирования может соответствовать одному из следующих вариантов: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8. Скорость внешнего кодирования всегда постоянна и равна 188/204, т.е. на передающем конце к 188 байтам транспортного пакета добавляется 18 байт кода Рида-Соломона.

Демультиплексор выделяет из многопрограммного транспортного потока транспортные пакеты, относящиеся к выбранной программе. Грубо можно узнать битрейт этой программы, разделив скорость многопрограммного транспортного потока на количество программ в этом потоке.

В качестве декодера канала используется декодер MPEG-2, на выходе которого действует цифровой сигнал с форматом разложения 4:2:2; 4:2:0 или 4:1:1.

АЦП преобразует цифровой сигнал в аналоговый.

Ресивер снабжен и цифровым и аналоговым композитными или компонентными выходами, к которым можно подключить монитор, или телевизор в режиме «Видео».


Приложение Б

(информационное)

Анализатор спектра DL-4

Прибор DL-4 - это новый высокотехнологичный прибор для ТВ, CATV, SAT измерений аналоговых и цифровых сигналов. Прибор представлен на рисунке Б.1.

Рисунок Б.1- Анализатор спектра DL-4. Передняя панель

Портативный анализатор спектра с аккумуляторным питанием, удобен для пользователя благодаря двойному экрану и клавишам прямого доступа. Анализатор спектра имеет черно – белую ЭЛТ (электронно – лучевая трубка) с высоким разрешением, которая позволяет просматривать демодулированное изображение. Одновременно имеется дисплей для отображения графической информации, на который выводятся результаты измерений или спектры измеряемых сигналов.

Б.1 Работа с прибором в режиме спутникового телевизионного вещания

1.1 Подключите к анализатору спектра кабель спутникового телевидения.

1.2 Задайте режимы работы:

- кнопка SAT/TV должна находиться в положении SAT;

- кнопка DIGITAL/ANALOG - в положении DIGITAL.

1.3 При измерении уровня можно воспользоваться режимом MEAS, BARS SCAN или SPECT.

При измерениях в режиме BARS SCAN дисплей отображает гистограмму. Возможный вариант гистограммы представлен на рисунке Б.2. Каждая вертикальная линия соответствует телевизионному каналу, а ее величина – уровню несущей изображения этого канала.

Цифрами обозначены следующие элементы изображения:

  1.  уровень максимальной несущей спектра;

  1.  уровень текущей несущей;

  1.  центральная частота (ЖК дисплее);

  1.  частота текущей несущей;

5 масштаб по горизонтали;

6 масштаб по вертикали.

Рисунок Б.2–Анализатор спектра DL-4. Гистограммы на экране дисплея в режиме BARS SCAN

В этом режиме удобно оценивать неравномерность АЧХ спутникового сигнала.

Управление прибором осуществляется ручкой «Кодер» в правой части лицевой панели. Перемещение по позициям – вращение ручки. Вход в позицию – нажатие на ручку. Изменение позиции – вращение ручки.

Для перестройки по каналам необходимо войти в позицию 4 и вращением ручки «Кодер» изменять несущую частоту.

В этом режиме необходимо добиться оптимального изображения: отображения на экране максимального количества каналов; в позиции 1 установить круглое значение (70, 80 и т.д.) таким образом, чтобы уровни каналов не превышали максимальный отображаемый уровень. Это изображение должно быть в электронном отчете!

1.4 Для работы в режиме MEAS необходимо нажать кнопку SPECT/MEAS, чтобы не горел индикатор. При измерении в режиме MEAS на дисплее отображается информация, показанная на рисунке Б.3.

Пункты меню имеют следующие значения:

PLAN-план сетки частот;

PROGRAM-показывает номер программы с 1 по 100;

LNB POL- поляризация (горизонтальная или вертикальная), верхний диапазон, 18В;

LNB OSC- частота гетеродина LNB;

FREQ- частота принимаемого пакета;

SYM. RATE- скорость символов;

STANDARD- DVB- для Европы, DSS- для США.

Рисунок Б.3 – Анализатор спектра DL-4. Меню измерений

POWER- средняя мощность мультиплексированного цифрового потока;

F.E.C- скорость внутреннего кода;

S.N.R- измерение отношения сигнал/шум после демодуляции цифрового пакета;

NOISE MAR-превышение сигнала над шумовым порогом в dB;

FREQ.ERR.- отклонение частоты настройки от центральной частоты мультиплексированного потока.

Это изображение должно быть в электронном отчете!

Запись пойманного пакета в память прибора:

1.5 После приема выбранного пакета, его необходимо зафиксировать в памяти прибора. Это действие производится при помощи нажатия кнопки PROG STORE. При этом на монитор прибора будет выведено следующее меню (рисунок Б.4).

Рисунок Б.4- Анализатор спектра DL-4. Меню сохранения программы

В PROG. STORE MENU все пункты меню аналогичны пунктам меню MEAS. Все значения в них автоматически заполняются значениями из предыдущего меню MEAS. Необходимо изменить единственный пункт меню - это номер программы. Её следует сохранить под номером 25. После установки в пункте меню PROGRAM. числа 25 необходимо установить звездочку на пункт меню STORE ? и нажать на ручку кодера. При этом исходные параметры вашего пакета запишутся в память прибора под номером 25. Это можно проверить при переходе обратно в режим MEAS. Можно изменить любой параметр в верхней части этого меню, но при наборе в пункте меню PROGRAM. числа 25, в верхней части этого меню появятся исходные параметры вашего пакета.

Определение ширины полосы частот заданного пакета:

Для определения полосы частот заданного пакета необходимо в режиме MEAS. настроится на заданный пакет (выбрать программу 25) и перейти в режим SPECT.

Режим SPECT включается нажатием на кнопку SPECT/MEAS, включение данного режима сигнализируется включением красного индикатора. При этом на дисплее отображается графическое изображение спектра, в центре которого находится частота, заданная в режиме MEAS. Возможный вариант спектра представлен на рисунке Б.5.

Цифрами обозначены следующие элементы спектра:

1- уровень, соответствующий самой верхней пунктирной линии (дБ/мкВ);

2- уровень, измерительной линии (сплошная горизонтальная линия);

3- центральная частота показываемого спектра, МГц (частота, на которую настроен прибор в данный момент);

4- частота частотной метки МГц (вертикальная пунктирная линия);

5- полоса частот, показываемых на экране;

6- масштаб по вертикали (разность уровней между соседними горизонтальными пунктирными линиями дБ/мкВ).

Рисунок Б.5 - Анализатор спектра DL-4. Спектр на экране дисплея в режиме SPECT

Все пункты кроме второго в этом меню можно изменять с помощью ручки кодера. Измерительная линия всегда совмещается с уровнем сигнала, на котором находится частотная метка.

Если все предшествующие операции были выполнены правильно, то в центре показываемого спектра будет находиться ваш пакет. Для увеличения точности измерения, необходимо уменьшить показываемый диапазон частот. Для этого уменьшите пункт 5 таким образом, чтобы на экране был только ваш пакет. После этого переведите частотную метку (пункт 4) на правый край пакета, это будет fmax. Затем на левый край пакета – fmin. Полоса частот определяется по выражению:

Δf = fmaxfmin

Определение отношения сигнал/шум:

Производится в режиме MEAS. Определите уровень несущей вашего пакета Nc (пункт 2, когда частотная метка находится в центре пакета) и уровень шумов Nш, (пункт 2, когда частотная метка находится на краю пакета). Отношение сигнал/шум определяется:

с/ш = Nc - Nш , дБ

Изображение спектра должно быть в электронном отчете!

Открытие транспортного потока и определение количества программ, входящих в данный поток:

Открытие транспортного потока производится при нажатия кнопки PROG STREAM. После некоторого времени, необходимого для нахождения таблицы PAT на экране монитора появится меню, изображённое на рисунке Б.6.

Рисунок Б.6 - Анализатор спектра DL-4. Меню программного потока

1.7 Меню программного потока содержит следующие пункты:

PAGE N.- номер страницы, которая высвечивается в нижней части графического дисплея, и общее число страниц;

PROG.SEL- номер демультиплексируемого канала;

SOUND S.- номер демультиплексируемого сигнала звукового сопровождения в этом канале.

В нижней части этого меню представлены названия каналов, входящих в ваш транспортный поток и количество сигналов звукового сопровождения для соответствующих каналов.

Вместе с появлением этого меню, на экране ЭЛТ появляется изображение канала, представленного в списке под номером 0, а на встроенный звуковой монитор прибора подается сигнал первого звукового сопровождения №1 данного канала.

Пункты меню PAGE N., PROG.SEL и SOUND S. можно выбирать с помощью ручки кодера.

Для определения количества программ, входящих в данный транспортный поток, необходимо определить количество каналов в последней странице и сложить с количеством каналов на предыдущих страницах, с учетом того, что на каждой из предыдущих было записано по 7 каналов (от 0до 6).

Изображение меню PROG STREAM на последней странице должно быть в электронном отчете!


Приложение В

(информационное)

Работа с программой S.M.A.R.T.

Программа S.M.A.R.T. предназначена для подготовки электронных отчётов по проведённым измерениям. Она поставляется вместе с анализатором спектра DL-4 и служит для работы в среде Windows 98, 2000, XP.

Соединение прибора с системным блоком осуществляется по интерфейсу RS-232.

Запомните!!! Подключение прибора к системному блоку можно производить только при отсутствии питания на обоих устройствах.

В.1 Алгоритм работы с программой

1.1 Двойным щелчком мыши запустить программу. Интерфейс программы указан на рисунке В.1.

1.2 Установить соединение между компьютером и анализатором спектра DL-4, нажав кнопку «Set Up connection».

Рисунок В.1- Интерфейс программы S.M.A.R.T.

1.2 На мониторе компьютера появится диалоговое окно «Instrument type»- тип прибора (рисунок В.2), в котором следует установить DL-4 и нажать кнопку ОК.

1.3 В следующем окне (рисунок В.3) рекомендуется согласиться со всеми настройками.

Рисунок В.2 – Программа S.M.A.R.T. Диалоговое окно выбора типа прибора.

Рисунок В.3- Программа S.M.A.R.T. Диалоговое окно настроек соединения

1.4 После выполнения этих операций на мониторе компьютера появится окно установки соединения. Этот процесс требует немного времени…

1.5 Как только программа завершит настройку соединения, на мониторе может появиться предупреждение (рисунок В.4), с которым тоже следует согласиться (ОК).

Рисунок Ж.4- Программа S.M.A.R.T. Диалоговое окно «Предупреждение»

Взаимодействие прибора с компьютером может осуществляться в двух режимах: «Get screen» и «Print Instrument». В первом режиме на дисплей компьютера будет выведена информация с жидкокристаллического дисплея анализатора. Во втором – результат измерений, произведенных в реальном времени в виде таблицы. Для формирования отчета необходимо воспользоваться только первым режимом.

Для захвата любого изображения с экрана ЖКД требуется нажать вкладку «Get screen» (рисунок В.5). На экране отобразятся данные дисплея DL-4.

Рисунок В.5- Программа S.M.A.R.T. Расположение кнопки «Get screen»

Все свои измерения сохранять согласно следующего маршрута: Рабочий стол→папка Эксперимент→папка с №группы (например, Р-33)→папка с номером подгруппы (её нужно создать самостоятельно).

Все «захваченные» данные необходимо в программе Microsoft Word расположить на одном листе, как показано на рисунке В.6, и распечатать.

Рисунок В.6- Пример электронного отчёта


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4378. Основы языка Java 1.36 MB
  Основы языка Java Задание Установка Java Runtime Environment и интегрированной среды разработки Eclipse. Введите jre в поисковой системе и выберите первую сверху ссылку. Выберите Download JRE. Примите лицензионное соглашение и выбери...
4379. Язык программирования Си. Лекции 580 KB
  Язык Си создан в начале 70х годов Дэнисом Ритчи в Bell Telephone Laboratories для ОС UNIX. Предшественником Си является язык Би, созданный Кэном Томпсоном, который в свою очередь имеет корни в языке Мартина Ричардсона BCPL. В 1978 г. Брайн Керниган ...
4380. Введение в программирование на С++ 427 KB
  Введение в программирование на С++ Цель: получить основы программирования на С++ ознакомится с созданием простейшей программы в консольном режиме понять что такое переменная и её назначение, научится выводить информацию на экран. Теоретический мат...
4381. Переменные. Константы. Типы данных. Операции в С++ 74.5 KB
  Переменные. Константы. Типы данных. Операции в С++ Цель: понимать, что такое типы данных, уметь правильно выбрать тип данных для используемой переменной, знать какой объем памяти приходится на каждый тип данных знать, что такое константы уметь пра...
4382. Программирование арифметических выражений на С++ 176.5 KB
  Программирование арифметических выражений на С++ Цель: усвоить, что такое линейные алгоритмы научиться создавать блок-схемы ознакомиться с математическими функциями. Теоретический материал В С++ можно делать различные математические расчёты, поэто...
4383. Операторы выбора в С++ 96 KB
  Операторы выбора в С++ Цель: понимать как работают операторы выбора, для чего используются и какой их синтаксис написания. Теоретический материал Операторы выбора — это операторы управления потоком выполнения программы. К операторам выбора отно...
4384. Основные понятия программирования на С++. Алгоритмы 67.87 KB
  Основные понятия программирования на С++. Алгоритмы Языки программирования Компьютер работает по программам, которые составляет для него человек. Человек пишет программы, пользуясь языками программирования. За последние несколько десятилетий языки п...
4386. Введение в синтаксис языка С++ 66.5 KB
  Введение в синтаксис языка С++ Использование ключевого слова using Если операторы cout и cin применяются очень часто, то использование идентификатора std:: перед ними становится обременительным. Эту проблему можно решить двумя способами. Первы...