Лабораторная работа по информационным технологиям (Вариант 36)

Цель работы Изучить процессы, происходящие в АЦП. Научиться настраивать блоки, входящие в состав АЦП. Оценить влияние параметров АЦП (шаг дискретизации и интервал квантования) и параметров сигнала на результаты аналого-цифрового преобразования. Задание Создать схему модели АЦП в соответствии с рисунком 1 Настроить параметры блоков и параметры модели в соответствии с вариантом задания (таблица 1). Задать время моделирования 100 сек. Снять следующие зависимости: спектральные характеристики после дискретизатора, квантователя и сумматора с помощью анализаторов спектра (PSPECSCOPE_c); временные характеристики сигнала с помощью осциллографов (CSCOPE, CMSCOPE); Изменить настройки модели (блоков) и проследить, как изменятся спектральные и временные характеристики АЦП. Сделать выводы по проделанной работе. Таблица 1 — Исходные данные для варианта 13 1.1 Параметры блоков при , Рисунок 2  Параметры блока CLOCK_c Блок Clock_c позволяет настроить интервал дискретизации. Здесь полеPeriod содержит значение интервала дискретизации. Блок SAMPHOLD_m содержит один настраиваемый параметр — тип данных Рисунок 3  Параметры блока SAMPHOLD_m Рисунок 4  Параметры блока QUANT_f Блок QUANT_f позволяет настроить интервал квантования. Для того чтобы оценить ошибку (шум) квантования необходимо вычесть из значений одного сигнала (после дискретизатора) значения другого (после квантователя). Для этого используется блок суммирования SUMMATION из раздела Scicos/Linear/ Рисунок 5  Параметры блока SUMMATION Кроме описанных выше блоков в модель АЦП необходимо добавить следующие: GENSIN_f — генератор синусоидального сигнала из раздела Scicos/Sources. Рисунок 6  Параметры блока GENSIN_f CMSCOP — многооконный осциллограф из раздела Scicos/Sinks. Рисунок 7  Параметры блока CMSCOPE PSPECSCOPE_c — анализатор спектра из разделаScicos/Modnum/Sinks Рисунок 8  Параметры блока PSPECSCOPE_c Рисунок 9  Установка параметров симуляции Результаты симуляции при , к 10 — График сигналов: исходного, после s/h, на выходе квантования Рисунок 11 — Спектр исходного сигнала Рисунок 12 — Спектр сигнала после квантователя Рисунок 13 — Спектр сигнала с ошибки квантователя Рисунок 14 — Ошибка квантования 1.2 Параметры блоков при Рисунок 15 — График сигналов: исходного, после s/h, на выходе квантования Рисунок 16 — Спектр исходного сигнала Рисунок 17 — Спектр сигнала после квантователя Рисунок 18 — Спектр сигнала с ошибки квантователя Рисунок 19 — Ошибка квантования 1.3 Параметры блоков при Рисунок 20 — График сигналов: исходного, после s/h, на выходе квантования Рисунок 21 — Спектр исходного сигнала Рисунок 22 — Спектр сигнала после квантователя Рисунок 23 — Спектр сигнала с ошибки квантователя Рисунок 24 — Ошибка квантования 1.4 Выводы При минимальных значениях шага квантования и интервала дискретизации (с увеличением частоты дискретизации) ошибка квантования меньше на порядок. Спектр сигнала после квантователя сужается и уменьшаются высокочастотные всплески сигнала. Интервал дискретизации и частота дискретизации связаны соотношением: . Теорема Котельникова указывает условия, при которых непрерывный сигнал может быть точно восстановлен по соответствующему ему сигналу с дискретным временем. Если непрерывный сигнал имеет спектр, ограниченный частотой , то он может быть полностью и однозначно восстановлен по его дискретным отсчетам, взятым через интервалы времени , т.е. с частотой . Увеличение частоты дискретизации сверх указанного значения допустимо, но дает незначительное повышение точности восстановления сигнала. При этом излишнее количество дискретных отсчетов может привести к ошибкам при кодировании (теоретические сведения, в практической работе восстановление сигнала не рассматривается). Цель работы Исследовать временные и спектральные характеристики методов цифровой фазовой модуляции сигнала. Задание В лабораторной работе необходимо получить временные и частотные характеристики QPSK сигналов, такие как: траектория сигнала (блок VECTORSCOPEXY_c); глазковая диаграмма для оценки межсимвольной интерференции (блок EYESCOPE_c); спектр сигнала (блок PSPECSCOPE_c); принятая информационная последовательность (блок VECTORSCOPE_c). Рисунок 1 — Структурная схема системы связи с QPSK. Исходные данные: количество символов Ns=64, SNR = -2, 0, 20. Блоки, входящие в состав модели, перечислены ниже: 1. Из раздела Scicos/Sources: CLOCK_c — Activation clock; 2.Из раздела Scicos/Others: ENDBLK — End block; 3.Из раздела Scicos/Modnum/Old: GENINT_f — Random Integer Generator block; 4.Из раздела Scicos/Modnum/Sources: GENSYMB_f — Symbol Generator block; 5.Из раздела Scicos/Modnum/Communication: AWGN_f — Additive White Gaussian Noise Channel block; QPSKREC_f — Quaternary Phase Shift Keying receiver block; 6.Из раздела Scicos/Modnum/Sinks: VECTORSCOPE_c — Vectorial scope block; VECTORSCOPEXY_c — XY Vectorial scope block; o EYESCOPE_c — Eye diagram scope block; PSPECSCOPE_c — Spectrum analyzer scope block. Рисунок 2 Контекст модели QPSK Рисунок 3  Настройка параметров блока CLOCK_c Рисунок 4  Настройка параметров блока GENINT_f Рисунок 5  Настройка параметров блока GENSYMB_f Рисунок 6  Настройка параметров фильтра Рисунок 7  Настройка параметров блока VECTORSCOPEXY_c Рисунок 8  Настройка параметров блока EYESCOPE_c Рисунок 9  Настройка параметров блока PSPESCOPE_c Рисунок 10  Настройка параметров блока QPSKREC_f Рисунок 11  Настройка параметров блока AWGN_f Рисунок 12  Параметры симуляции 1.1 Результаты моделирований для SNR=-2дБ Рисунок 13 — Глазковая диаграмма сигнал с модулятора QPSK Рисунок 14 — Векторная диаграмма с выхода QPSK модулятора Рисунок 15 — Спектр сигнала с выхода QPSK модулятора Рисунок 16 — Глазковая диаграмма сигнала после канала AWGN Рисунок 17 — Векторная диаграмма сигнала после канала AWGN Рисунок 18 — Спектр сигнала после канала AWGN 1.2 Результаты моделирований для SNR=0дБ Результаты сигналов на передающей части далее не показаны, т.к. они идентичны. Рисунок 19 — Глазковая диаграмма сигнала после канала AWGN Рисунок 20 — Векторная диаграмма сигнала после канала AWGN Рисунок 21 — Спектр сигнала после канала AWGN 1.3 Результаты моделирований для SNR=20дБ Рисунок 22 — Глазковая диаграмма сигнала после канала AWGN Рисунок 23 — Векторная диаграмма сигнала после канала AWGN Рисунок 24 — Спектр сигнала после канала AWGN. Выводы SNR — отношение сигнал/шум выражается в децибелах (дБ). Чем больше отношение сигнал/шум, тем меньше шум влияет на характеристики системы. Экспериментальные данные подтверждают, что чем больше значение SNR, тем лучше качество сигнала, это особенно заметно на глазковой и векторной диаграммы при значении SNR=-2дБ и SNR=20дБ.