ЦИКЛ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ТЕМЕ: «ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ И ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ С РЕГУЛЯРНОЙ СТРУКТУРОЙ»

ЦИКЛ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ТЕМЕ: «ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ И ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ С РЕГУЛЯРНОЙ СТРУКТУРОЙ»

Целью выполнения цикла практических занятий является закрепление навыков расчета параметров, характеризующих свойства сигналов с регулярной структурой (индекса модуляции, ширины спектра сигнала и т.д.), приобретение практических навыков в измерении временных и спектральных характеристик сигналов с регулярной структурой.

КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Как правило, для передачи информации используется высокочастотное колебание промодулированное относительно низкочастотным информационным сигналом. Под модуляцией понимается процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного. Передаваемая информация заложена в управляющем сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. В результате модуляции спектр низкочастотного управляющего сигнала переносится в область высоких частот.

В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т.д.), однако чаще всего применяются гармонические колебания (рис. 1). В зависимости от того, какой из параметров гармонического несущего колебания изменяется, различают следующие виды аналоговой модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ), фазовую (ФМ).

Рис. 1 Виды модуляции сигналов

Если в качестве несущего колебания применяется последовательность импульсов, то такую модуляцию называют импульсной. При этом в зависимости от изменяемого параметра несущего колебания различают следующие виды импульсной модуляции:

• амплитудно-импульсная модуляция (АИМ);
• частотно-импульсная модуляция (ЧИМ);
• широтно-импульсная модуляция (ШИМ);
• фазово-импульсная модуляция (ФИМ).

Для модулированных сигналов обычно выполняется условие узкополосности F/f₀<0.1, где F – ширина спектра сигнала; f₀ – средняя частота сигнала.

Кроме того, сигналы принято делить по форме на аналоговые и дискретные. К аналоговым сигналам относят сигналы, уровень (амплитуда) которых может принимать произвольные значения в определенном для сигнала интервале. У дискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определенный набор значений.

Модуляция дискретным сигналом называется цифровой модуляцией или манипуляцией.

Несущим сигналом, также как и в случае аналоговой модуляции, является гармоническое колебание.

Выделяют следующие виды цифровой модуляции (манипуляции): амплитудная, частотная, фазовая и амплитудно-фазовая манипуляции (рис. 2).

Следует отметить, что квадратурная амплитудная манипуляция является частным случаем амплитудно-фазовой манипуляции (АФМ, APSK – Amplitude Phase Shift Keying). Распространенность QAM обусловлена удобством в реализации, хотя в плане помехоустойчивости известны и более эффективные не квадратные сигнальные созвездия, относящиеся к APSK. При этом во многих зарубежных источниках не различают APSK и QAM, используя лишь обозначение QAM.

Рис. 2 Основные виды цифровой модуляции сигналов

Любые электрические сигналы можно анализировать во временной области с помощью осциллографов и в частотной области с помощью анализаторов спектра (рис. 3). Два режима анализа связаны друг с другом преобразованием Фурье (обозначаемым обычно оператором Ф или F), поэтому каждый сигнал, изменяющийся во времени, имеет характерный частотный спектр.

Рис. 3 Сигналы, наблюдаемые во временной и частотной области

Приведенные выше сведения дают первичные знания о видах модуляции радиосигналов и областях их анализа. При выполнении практических занятий необходимо подробно изучить особенности временной и частотной структуры аналоговых видов модуляции в рекомендованной в методических указаниях литературе (или аналогах). 

Содержание цикла практических занятий приведено в табл. 1.

Для каждого ПЗ оформлены методические рекомендации по порядку выполнения и подготовлена симулинк модель.

При первом запуске ПО Матлаб рекоменуется посмотреть видео:

https://youtu.be/DmMYssiOD18