71706

Модуляция

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Определить зависимость качества модуляции сигнала от уровня шума. Исходные данные На рисунке 1 представлена Sмодель: Модуляция гармонических колебаний которая позволяет изменять тип модуляции ее параметры например частоту а также параметры канала связи...

Русский

2014-11-11

602 KB

1 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра информационных технологий автоматизированных систем

Лабораторная работа №7

«Модуляция»

Выполнила

студентка гр. 120603

Довнар М.А.

Проверил

Стригалев Л.С.

Минск 2013

  1.   Цель работы

Изучить различные виды модуляции. Определить зависимость качества модуляции сигнала от уровня шума.

  1.  Исходные данные

На рисунке 1 представлена S-модель: «Модуляция гармонических колебаний», которая позволяет изменять тип модуляции, ее параметры (например, частоту), а также параметры канала связи (например, отношение сигнал – шум) и получать следующие виртуальные осциллограммы:

  •  моделирующего гармонического колебания (осциллограмма 1);
  •  моделированного гармонического колебания (осциллограмма 2);
  •  моделированного колебания на выходе канала связи (осциллограмма 3);
  •  демодулированного колебания, прошедшего через канал связи (осциллограмма 4).

Рисунок 1 – Исходная S-модель

  1.  Ход работы
    1.  Краткие теоретические сведения

Под модуляцией понимают процесс изменения одного или нескольких параметров физического процесса по закону передаваемого сообщения.

Как правило, физический процесс (несущее  колебание) является высокочастотным, а передаваемое сообщение (модулирующее колебание) - низкочастотным. Такое соотношение частот позволяет реализовать одно из важнейших свойств  модуляции: управляемый переноc спектра низкочастотного колебания в область высоких частот.

Модуляция осуществляется в устройствах модуляторах. При модуляции на вход модулятора подаются сигналы:

  •  u(t) — модулирующий, данный сигнал является информационным и низкочастотным;
  •  S(t) — модулируемый (несущий), данный сигнал является неинформационным и высокочастотным;
  •  Sм(t) — модулированный сигнал, данный сигнал является информационным и высокочастотным.

В данной работе в качестве несущего сигнала используется гармоническое колебание. При этом модуляция называется аналоговой или непрерывной.

При модуляции гармонических колебаний по закону передаваемого сообщения c(t) изменяется один из параметров гармонического колебания

так что в данном случае возможны три вида модуляции:  

  •  амплитудная модуляция (АМ): изменяется пропорционально c(t) амплитуда A гармонического колебания;

Особенностью модулированного сигнала в данном случае является наличие в спектре двух боковых полос несущих одинаковую информацию. Подавление одной из полос позволяет уменьшить спектр модулированного сигнала. Модуляция, при которой формируется модулированный сигнал с одной боковой полосой (верхней или нижней) называется однополосной.

  •  частотная модуляция (ЧМ): изменяется частота ;
  •  фазовая модуляция (ФМ): изменяется начальная фаза.  

В ходе выполнения лабораторной работы будем изучать свойства модуляции гармонических колебаний путем изменения типа гармонической модуляции, частоты и отношения сигнал – шум и последующего анализа полученных результатов.

  1.  Амплитудная модуляция
    1.  Двухполосная амплитудная модуляция

Схема двухполосной амплитудной модуляции представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема двухполосной амплитудной модуляции

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Осциллограммы для двухполосной амплитудной модуляции при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 0

Из сравнения осциллограмм 2 и 3 на рисунке 3 видно, что сигнал на выходе канала связи заметно искажён, поэтому после демодуляции мы получили сигнал, сильно отличающийся от исходного моделирующего сигнала, а также от моделированного сигнала (см. осциллограммы 1, 4 и 2 на рисунке 3). Искажение сигнала на выходе канала связи вызвано действующими на него помехами.

  1.   Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Осциллограммы для двухполосной амплитудной модуляции при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 50

Осциллограммы 2 и 3 на рисунке 4 идентичны. Это означает, что сигнал на выходе канала не искажён, влияние помех незначительно. Однако после демодуляции мы получили сигнал, близкий по форме к моделированному (см. осциллограммы 4 и 2 на рисунке 4), но отличающийся от исходного моделирующего сигнала (см. осциллограмму 1 на рисунке 4), так как в спектре модулированного сигнала в данном случае присутствуют две боковые полосы, несущие одинаковую информацию.

 

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 5. Они аналогичны осциллограммам, представленным на рисунке 3. 

Рисунок 5 – Осциллограммы для двухполосной амплитудной модуляции при частоте 100 и отношении сигнал – шум - 0

Из сравнения осциллограмм на рисунках 3 и 5 видно, что моделированный сигнал на выходе канала связи не зависит от частоты, наблюдается лишь незначительное изменение демоделированного сигнала.

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Осциллограммы для двухполосной амплитудной модуляции при частоте 10 и отношении сигнал – шум – 50

Осциллограммы 2 и 3 на рисунке 11 идентичны. Это означает, что сигнал на выходе канала связи не искажён. Однако после демодуляции мы получили сигнал, отличный от исходного моделирующего сигнала (см. осциллограмму 1 на рисунке 6).

Анализ осциллограмм, представленных на рисунках 4 и 6, показывает, что сигнал на выходе канала связи остается неискажённым вне зависимости от выбора частоты при постоянном достаточно большом отношении сигнал-шум. В обоих случаях демодулированный сигнал близок по форме к моделированному, однако отличен от исходного моделирующего сигнала.

  1.  Однополосная амплитудная модуляция

Схема однополосной амплитудной модуляции представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема однополосной амплитудной модуляции

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 – Осциллограммы для однополосной АМ при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 0

Получили результаты, аналогичные результатам для двухполосной амплитудной модуляции при тех же самых параметрах.

Из сравнения осциллограмм 2 и 3 на рисунке 8 видно, что сигнал на выходе канала связи заметно искажён, поэтому после демодуляции мы имеем сигнал, сильно отличающийся от исходного моделирующего сигнала, а также от моделированного сигнала (см. осциллограммы 1 и 4 на рисунке 8). Искажение сигнала на выходе канала связи вызвано действующими на него помехами.

  1.   Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 9.

Рисунок 9 – Осциллограммы для однополосной АМ при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 50

Осциллограммы 2 и 3 на рисунке 9 идентичны. Это означает, что сигнал на выходе канала связи не искажён, влияние помех незначительно. Поэтому после демодуляции мы получили сигнал, близкий к исходному моделирующему сигналу (см. осциллограмму 1 на рисунке 9).

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 100.

Рисунок 10 – Осциллограммы для однополосной АМ при частоте 100 и отношении сигнал – шум – 0

Анализ осциллограмм на рисунках 8 и 10 показывает, что изменение частоты приводит к изменению моделированного сигнала, но при этом сигнал на выходе канала связи остается искажённым.

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 – Осциллограммы для однополосной АМ при частоте 100 и отношении сигнал – шум – 50

Осциллограммы 2 и 3 на рисунке 11 идентичны. Это означает, что сигнал на выходе канала связи не искажён. Однако после демодуляции мы получили сигнал, отличный от исходного моделирующего сигнала (см. осциллограмму 1 на рисунке 11).

Анализ осциллограмм, представленных на рисунках 9 и 11, показывает, что сигнал на выходе канала связи остается неискажённым вне зависимости от выбора частоты при постоянном достаточно большом отношении сигнал-шум, однако при высокой частоте демодулированный сигнал близок к исходному, а при низкой – нет.

  1.  Частотная модуляция

Схема частотной модуляции (ЧМ) представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Схема ЧМ

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 13.

Рисунок 13 – Осциллограммы для ЧМ при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 0

Из сравнения полученных осциллограмм 2 и 3 на рисунке 13 видно, что сигнал на выходе канала связи заметно искажён, поэтому после демодуляции мы имеем сигнал, сильно отличающийся от исходного моделирующего сигнала (см. осциллограммы 1 и 4 на рисунке 13). Искажение сигнала на выходе канала связи вызвано действующими на него помехами.

  1.   Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 14.

Рисунок 14 – Осциллограммы для ЧМ при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 50

Осциллограммы 2 и 3 на рисунке 14 идентичны. Это означает, что сигнал на выходе канала связи не искажён, влияние помех незначительно. Поэтому в результате демодуляции мы получили сигнал, близкий к исходному моделирующему сигналу (см. осциллограмму 1 на рисунке 14).

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 15.

Рисунок 15 – Осциллограммы для ЧМ при частоте 100 и отношении сигнал – шум - 0

Анализ осциллограмм на рисунках 13 и 15 показывает, что изменение частоты приводит к изменению моделированного сигнала, но при этом сигнал на выходе канала связи остается искажённым.

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 16.

Рисунок 16 – Осциллограммы для ЧМ модуляции при частоте 100 и отношении сигнал – шум – 50

Осциллограммы, представленные на рисунках 14 и 16, показывают, сигнал на выходе канала связи остается неискажённым, а демодулированный сигнал совпадает с исходным модулирующим сигналом, вне зависимости от выбора частоты, если при этом установлено достаточно большое отношение сигнал-шум.

  1.  Фазовая модуляция

Схема фазовой модуляции (ФМ) представлена на рисунке 17.

Рисунок 17 – Схема ФМ

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 18.

Рисунок 18 – Осциллограммы для ФМ при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 0

Из сравнения полученных осциллограмм 2 и 3 на рисунке 18 видно, что сигнал на выходе канала связи заметно искажён, поэтому после демодуляции мы имеем сигнал, сильно отличающийся от исходного моделирующего сигнала (см. осциллограммы 1 и 4 на рисунке 18). Искажение сигнала на выходе канала связи вызвано действующими на него помехами.

  1.   Установим следующие параметры:
  •  Частота – 300;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 19.

Рисунок 19 – Осциллограммы для ФМ при частоте 300 и отношении сигнал – шум - 50

Осциллограммы 2 и 3 на рисунке 19 идентичны. Это означает, что сигнал на выходе канала связи не искажён, влияние помех незначительно. В результате демодуляции мы получили сигнал, близкий по форме к исходному моделирующему сигналу.

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 0.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 20.

Рисунок 20 – Осциллограммы для ФМ при частоте 100 и отношении сигнал – шум - 0

Анализ осциллограмм на рисунках 18 и 20 показывает, что изменение частоты приводит к изменению моделированного сигнала, но при этом сигнал на выходе канала связи остается искажённым.

  1.  Установим следующие параметры:
  •  Частота – 100;
  •  отношение сигнал – шум - 50.

Получим виртуальные осциллограммы, которые представлены на рисунке 21.

Рисунок 21 – Осциллограммы для ФМ модуляции при частоте 100 и отношении сигнал – шум – 50

Анализ осциллограмм, представленных на рисунках 19 и 21, показывает, что сигнал на выходе канала связи остается неискажённым вне зависимости от выбора частоты при постоянном достаточно большом отношении сигнал-шум, однако при высокой частоте демодулированный сигнал более близок к исходному, чем при низкой.


  1.  Анализ полученных результатов

Демодулированный сигнал по форме приближается к исходному модулирующему сигналу при увеличении отношения сигнал-шум.

При установке достаточно высокого постоянного отношения сигнал-шум сигнал на выходе канала связи остается неискажённым вне зависимости от выбора частоты во всех видах модуляции. В ЧМ и ФМ демодулированный сигнал близок к исходному на любых частотах, однако его качество улучшается при увеличении частоты. В однополосной АМ при высокой частоте демодулированный сигнал близок к исходному, а при низкой – нет.


  1.  Вывод

В данной лабораторной работе мы рассмотрели представленные виды модуляции и проанализировали изменение формы исходного моделирующего сигнала после демодуляции в зависимости от частоты и отношения сигнал – шум. Оценили действие помех и искажений при прохождении сигналом канала связи.

Выбор типа модуляции зависит от решаемой задачи и от характеристик канала (полосы пропускания, ослабления сигнала и т.д.). Для получения нужных выходных характеристик канала изменяем тип модуляции сигнала и отношение сигнал – шум.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36312. Стадии и этапы проектирования систем автоматизации 15.92 KB
  Исследование и обоснование создания АСУТП. На этой стадии формируют цель создания АСУТП требования к системе в целом перечень автоматизируемых функций а также определяют источники эффективности системы. На этой стадии проводят анализ известных случаев применения АСУТП для аналогичных объектов и техникоэкономическое обследование существующего ТехОбУпр. Результатом работ на этой стадии являются техникоэкономическое обоснование ТЭО создания АСУТП и результаты обследования и анализа ТОУ в виде отчета.
36313. Исполнительное устройство – силовое устройство, которое изменяет величину регулируемого параметра в соответствии с сигналом, подающимся от регулирующего устройства 30.48 KB
  Исполнительное устройство силовое устройство которое изменяет величину регулируемого параметра в соответствии с сигналом подающимся от регулирующего устройства. Схема исполнительного устройства: Исполнительное устройство должно иметь вспомогательные средства управления. На входе исполнительного устройства ставят блоки усиления БУ которые усиливают командный сигнал для передачи от регулирующего устройства к исполнительному.
36314. Виды и типы схем. Их назначение. Примеры 76.8 KB
  Виды и типы схем При разработке схем автоматического управления и технологического контроля применяют различные приборы и средства автоматизации соединяемые с объектом управления и между собой по определенным схемам. В зависимости от используемых приборов и средств автоматизации электрических пневматических гидравлических и линейной связи в проектах автоматизации разрабатывают схемы которые различают по видам и типам. Наибольшее распространение в практике автоматизации технологических процессов получили электрические приборы и средства...
36315. Выбор типа исполнительного механизма 11.96 KB
  ИМ выбирают в зависимости от величины усилия необходимого для перестановки регулирующего клапана или величины момента для поворотных заслонок. Для поворотных заслонок величину момента Нм необходимого для их вращения определяют по формуле М=кМрМт где Мр реактивный момент; к 2 ÷ 3 коэффициент учитывающий затяжку сальников и загрязненность трубопровода; Мт момент трения. Момент на валу ИМ д б равен или больше момента необходимого для вращения заслонки. Реактивный момент обусловленный стремлением потока закрыть заслонку равен:...
36316. Задачи расписания и упорядочения 12.1 KB
  Задачи расписания и упорядочения Задачи распределения и упорядочения возникают тогда когда требуется установить последовательность выполнения операций на различных агрегатах и определить время начала и окончания этих операций. Рассмотрим схему прокатки металла на сортовом стане отражающую производственную структуру участка для которой требуется определить расписание работы: В этом случае задача состоит в определении расписания и выполнения операций при которых некоторый критерий оценки эффективности работы объекта принимает экстремальное...
36317. Импульсные характеристики статических объектов. Определение параметров объекта по импульсным характеристикам 16.59 KB
  Определение параметров объекта по импульсным характеристикам. При снятии кривых разгона приходится вносить длительные и достаточно существенные возмущения в работу объекта. При этом возмущение в работу объекта вносят на сравнительно короткое время но при этом его величина может быть значительно больше чем при ступенчатом. Для объекта без самовыравнивания Коб=.
36318. Информационное обеспечение САПР 13.94 KB
  Совокупность данных используемых всеми компонентами САПР математическое программное информационное обеспечение составляет информационный фонд. Существует несколько способов ведения информационного фонда: использование файловой системы построение библиотек использование банков данных создание специализированных программадаптеров. Она обеспечивает начальный ввод крупных массивов данных хранение текстовых документов но малопригодны при обеспечении быстрого доступа к справочным данным хранении меняющихся данных ведении текущей...
36319. Методология построения ИАСУ 33.15 KB
  Подготовки производства АСТПП На 2 уровне гибкие автоматизированные производства ГАП На 3 уровне ГА участки ГАУ Уровни ИСУП. Решаются задачи текущего перспективного календарного и оперативного планирования производства также выполнение предприятиями производственной программы по объёму номенклатуре и колву выпуска продукции. Решаются задачи проектирования новых изделий организации технологического процесса для производства этих изделий выбор материалов инструмента комплектующих изделий технологической подготовки производства....
36320. Назовите и дайте определение динамических характеристик САУ. Приведите формулы аналитической связи между ними 39.43 KB
  Динамическая характеристика это зависимость связывающая между собой приращения входной и выходной величин в переходном режиме. К динамическим характеристикам относятся: 1.Частотные: комплексная передаточная функция Wjw амплитудночастотная характеристика Ww фазочастотная характеристика w логарифмическая характеристика Lw.