Динамическое распределение памяти

Кафедра: Автоматика и информационные технологии

Лабораторная работа

" ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ В ПРОВОДНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ"

Проводная линия связи как среда распространения сигнала существенным образом влияет на различные характеристики канала, в состав которого она входит. В конечном итоге дело сводится к тому, что выходной сигнал линии (по отношению к входному) уменьшается по уровню (затухает), запаздывает и, в известном смысле, «теряет форму». Для изучения этих явлений и предпринимается данная работа.

Целью лабораторных работ является исследование влияния параметров проводной линии на характеристики ее выходного сигнала. Говоря иначе, целью является изучение сигнала, который незашумленная линия доставляет на вход приемника.

1. Постановка задачи

Известно, что наиболее точное знание характеристик передачи импульсного сигнала можно получить из физического эксперимента с самой линией. Для этого необходимо иметь генератор отправляемых сигналов, линию и какой-либо прибор, например, осциллограф, с помощью которого можно оценить параметры выходного сигнала. Заметим, что при этом будет получена информация, касающаяся только данной конкретной линии.

Для получения обобщенного знания, переносимого на другие ситуации, необходимо располагать «набором изучаемых линий» или иметь возможность изменять электротехнические параметры линии, а также ее длину. Изменение первичных электротехнических параметров линии означает замену используемых материалов и изменение конструктивных размеров «поперечного сечения» линии. Будь то воздушная или кабельная линия, изменение этих параметров в реальных условиях чрезвычайно затруднено, дорого или просто невозможно (например для кабельной линии).

Что касается длины линии, то как известно, на практике длина безусилительного участка Принято говорить «длина усилительного участка», т. е. длина участка линии с одним усилителем. может достигать иногда десятков километров. Это также затрудняет и удорожает эксперимент с физической линией.

Реально изучение влияния характеристик линии на передачу сигналов может быть проведено только на ее модели.

В данной лабораторной работе формирование выходного сигнала производится математической моделью линии LINE2, в основу которой положено приближение к реальной линии с распределенными параметрами в виде цепочки из N четырехполюсников, каждый из которых представляет участок фиксированной длины, малой относительно длины всей исследуемой линии. Параметры четырехполюсника при этом считаются сосредоточенными, что упрощает модель.

2. Необходимый теоретический материал

Обозначим входной и выходной сигналы линии как U_вх(t) и U_вых(t) и запишем их спектральные плотности (прямое преобразование Фурье):

(1)

(2)

Коэффициент передачи, задающий в общем случае амплитудно-частотную характеристику линии (АЧХ), обозначим K(, х). Здесь х — координата длины линии, нулевое значение которой связывается с началом линии. Длину линии обозначим ?.

Спектр сигнала на выходе линии можно представить как входной спектр, на который подействовали коэффициентом передачи.

(3)

Здесь K(, ?) — передаточный коэффициент.

Переходя к функции времени, запишем обратное преобразование Фурье:

(4)

Переписывая и подставляя (1), получим

В лекционном курсе для согласованной линии длины ? было получено в комплексном виде выражение. Здесь U(?) — сигнал в конце линии. Коэффициент распространения () — комплексная величина. ()=()+j() — функция параметров линии и частоты. Для согласованной линии функция K (, ?) принимает значение

(5)

где — затухание в линии, а — коэффициент фазы.

2.1 Линия без потерь

Для простоты изложения временно допустим, что линия идеальна, т. е. в ней нет потерь, затухание =0. Тогда для произвольной точки х напряжение. Переходя к мгновенным значениям, т. е. к функции времени, запишем:

В правой части этого равенства стоит функция времени и длины отрезка линии. Это гармоника той же амплитуды, что и на входе линии, поскольку затухания нет. Аргумент этой функции (t_x) в теории длинных линий принято называть «полной фазой». Видно, что для одного и того же момента времени t значение U (x, t) различно для различных точек по длине линии, и мера этого различия определяется значением величины на данной частоте.

2.2 Понятие фазовой скорости

Проследим движение точки «а», соответствующей некоторому замороженному значению полной фазы (t-x)==const, вдоль линии (см. рис. 1).

Запишем выражение для полной фазы в виде, определим фазовую скорость (путь, деленный на время) следующим образом:

.

В лекционном курсе было показано, что в высокочастотной части спектра, когда можно считать L>>R, C>>G, можно воспользоваться приближением. В этом случае, т. е. фазовая скорость не зависит (слабо зависит) от частоты;

Для низкочастотной части спектра, когда L<<R, C<<G, можно принять. В этом случае фазовая скорость нелинейно зависит от частоты

.

Дальнейшее изложение проведем в два этапа. Сначала рассмотрим систему (линию) без частотной дисперсии и без потерь. Введем величину. Это время, в течение которого некоторая выбранная точка постоянной фазы перемещается от начала к концу линии. Выражение (5) перепишем с учетом и. Значение подставим в (5) и получим

Вернемся к (3), запишем

В области функций времени:

(6)

Это выражение представляет собой прямую иллюстрацию запаздывания на время выходного сигнала относительно входного. Как видно, в линии без потерь выходной сигнал есть точная копия входного. Если сделанное выше допущение об отсутствии затухания в линии снять, то при =сonst0,,; а выражение для выходного сигнала приобретает вид:

(7)

Это выражение отражает уменьшение уровня выходного cигнала (затухание) относительно входного. Учет частотной дисперсии показывает, что в линии могут происходить более сложные изменения сигнала.

2.3 Искажение сигнала вследствие частотной дисперсии. Групповая скорость

На рис. 2а и 2б показаны спектральная плотность для радиоимпульса и фазочастотая характеристика линии. Значения частот _н и _в-это тем или иным способом выбранные нижнее и верхнее граничные значения практически необходимой полосы спектра сигнала. Если в общем случае сonst, то ясно что «спектральные продукты» из ближайшей окрестности точек _н и _в будут распространяться с разной фазовой скоростью. Это неизбежно приведет к определенной (и довольно сложной) «деформации» выходного спектра и, следовательно, соответствующей деформации U_вых (t).

Рис. 1. К понятию фазовой скорости и запаздывания сигнала в линии без потерь

Рис. 2. К понятию групповой скорости в линии с частотной дисперсией.

Понятие «фазовая скорость» с математической точки зрения присуще волне, гармоническому колебанию на бесконечной оси времени.

Известно, что ордината функции интерпретируется как плотность бесконечно малых по уровню и сколь угодно близких по частоте гармоник. Поэтому применительно к различным участкам спектральной плотности принято оперировать понятием не фазовой, а так называемой групповой скорости.

Групповая скорость определяется следующим образом:

. (8)

Узкому участку спектральной плотности сигнала сопоставляется спектральная плотность некоторого «квазигармонического колебания», изменение мгновенных значений которого так медленно, что (см. рис. 2в).

В теории волновых процессов такое колебание принято называть квазигармонической группой. Групповая скорость, понимаемая как выражение (8), не должна интерпретироваться как скорость перемещения в пространстве какого-либо материального объекта. Это не скорость распространения энергии или скорость распространения импульса сигнала в линии.

Любое колебание конечной длительности, например, ограниченный по времени импульс, имеет неограниченный спектр и поэтому групповая скорость не равна скорости перемещения импульса.

Фазовая и групповая скорости связаны следующим образом:

. (9)

Так как фазовая скорость с уменьшением частоты (с возрастанием длины волны) уменьшается, то производная отрицательна. Из этого следует вывод о том, что групповая скорость всегда должна быть больше или равна фазовой.

Вернемся к рис. 2. и подчеркнем следующее:

Пусть вычислены V_{гр, н} для окрестности точки _н и для окрестности точки _в. Тогда абсолютная величина разности времен прихода двух крайних групп к концу линии длиной ? составит:

(10)

Ясно, что искажения импульсного сигнала будут очень велики, если интервал t сопоставим по величине с длительностью импульса _и. Если t<<_и, то дисперсионные искажения малы и, скорее всего, ими можно пренебречь. Видно, что если линия достаточно длинная, то существенные дисперсионные искажения можно получить даже при малой разности групповых скоростей (малой скорости передачи, большой длительности _и).

Результатом проявления дисперсии является «расплывание» импульса во времени. Если в линию отправлены два близко расположенных импульса (на соседних тактовых интервалах), то «отклики» от них на выходе линии могут «накладываться» друг на друга, («интерферировать» в силу принципа суперпозиции) и тем самым дополнительно затруднять процедуру опознавания сигналов на приемной стороне.

3. Моделирующая программа LINE2

Моделирующая программа LINE2 предназначена для наблюдения на экране монитора «отклика» (выходного сигнала U_N(t)) проводной линии связи в ответ на входное воздействие в форме одиночных импульсных сигналов, а также их последовательностей с целью изучения влияния на выходные сигналы параметров линии. Предусматривается возможность исследования воздушных и кабельных линий.

3.1 Программные модули пакета LINE2

В состав пакет LINE2 входят cледующие программные модули, которые должны быть расположены в одной папке на жестком или гибком диске:

Вариант 1 (версия LINE 2.1.):

- line.eхе

- mainpic.bmp (файл экранной заставки);

- test.txt (технологический файл) Вариант 2 (версия LINE 2.2.):

- line.eхе

- mainpic.bmp (файл экранной заставки);

- test.txt (технологический файл)

- сry_drv.com (криптодрайвер)

- gk.db3 (открытый ключ к криптодрайверу)

3.2 Общая методология формирования «отклика» линии

Пользователь должен указать интересующие его параметры проводной линии и параметры сигнала, «специфицировать» их. На основе этой спецификации моделью вычисляется практически необходимая полоса спектра сигнала, на ней некоторым образом выбирается значение частоты, в приведении к которой вычисляются первичные параметры линии R, L, C, G, отнесенные к единице длины. Рассчитываются вторичные параметры:

— коэффициент распространения:

— волновое сопротивление линии Z_в.

Вычисленные значения параметров доступны для наблюдения пользователю.

Проводная линия с распределенными параметрами заменяется цепочечной расчетной эквивалентной схемой, представляющей собой N последовательно соединенных звеньев. Каждое звено рассматривается как пассивный четырехполюсник с сосредоточенными параметрами R(), L(), C, G(). Расчет этих параметров для каждого четырехполюсника производится с использованием спектрального представления сигнала. Модель прохождения сигнала по линии (формирование «отклика») представляет собой систему дифференциальных уравнений, для которых условия на переходе между звеньями расчетной схемы есть граничные условия. Выходной сигнал последнего звена U_N(t) — это и есть наблюдаемый на экране монитора «отклик линии».

3.3 Интерфейс взаимодействия с пользователем модели

После загрузки пакета LINE2 по умолчанию устанавливается заставка с изображением эквивалентной цепной схемы замещения длинной линии последовательностью из N звеньев (четырехполюсников). Щелкнув мышью, можно посмотреть расчетную схему четырехполюсника.

Главное меню имеет три рабочих позиции:

— Файл;

— Параметризация (линии и входного сигнала);

— Просмотр результатов.

3.3.1 Начало работы. Спецификация входных данных

Прежде всего необходимо произвести специфицирование исследуемой линии и сигнала (или открыть какой-либо из файлов *.in, если они были созданы ранее). Необходимо войти в позицию Параметризация главного меню и выполнять требования выпадающих подменю (см. рис. 3).

Спецификация параметров линии:

Предусмотрены две формы задания параметров линии (определяется конкретным вариантом задания):

1). Путем конкретизации в диалоговом окне материала проводников, материала изоляции, геометрических параметров поперечного сечения линии, диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь, описания размерности длины линии, указания самой длины. Это своего рода конструирование линии, «заказ» на её параметры;

2). Путем ссылки на конкретный тип кабеля. Это освобождает от ручного набора параметров линии и позволяет работать с одной из стандартных кабельных линий, которые имеются в небольшой библиотечке.

Модель автоматически осуществляет расчет необходимого для данной линии числа N звеньев эквивалентной расчетной схемы, аппроксимирующей линию с распределенными параметрами. Это имеет отношение к точности моделирования, а не к самой линии.

Спецификация параметров входного сигнала

Предусмотрена возможность моделирования прохождения по линии как одиночного элементарного сигнала в форме видеоимпульса или в форме радиоимпульса с прямоугольной огибающей, так и последовательностей униполярных или биполярных видеоимпульсов.

Выбор типа сигнала для работы с моделью определяется вариантом задания. Для параметризации сигнала необходимо указать ряд параметров:

1). Для видеосигнала — амплитуду сигнала и длительность импульса Поскольку в задачу лабораторных работ, как правило, входит вычисление величины затухания сигнала, то абсолютное значение уровня не является актуальным. Удобным значением амплитуды является единица. Что касается значения длительностей любых параметров, то следует иметь в виду, что модель не воспринимает значений более 999 мкс.;

2). Для радиосигнала — амплитуду сигнала, длительность импульса и длительность периода гармоники (её частоту);

3). Для последовательности униполярных или биполярных сигналов — амплитуду и длительность импульса, длительность тактового интервала, а также последовательность логических значений сигнала (сигналы типа NRZ, у которых _и=₀ (здесь ₀ — длительность тактового интервала) не исключается).

Помимо этого в любом случае необходимо указать время наблюдения Т_наб выходного сигнала, т. е. длительность интервала времени, на котором должны решаться уравнения модели. Как правило, устанавливают Т_наб=(1.53)_и, чтобы с «запасом» просмотреть одиночный импульс или (69)₀, если работают с серией импульсов. Это не значит, что нельзя потребовать Т_наб<_и. Значение Т_наб можно скорректировать после первого же «прогона» модели по виду выходного сигнала в сопоставлении с желаемым.

Созданные спецификации могут быть использованы двояко. Можно немедленно переходить к прогону модели. При этом в нижней части экрана монитора возникают два ярлычка файлов, щелчок по которым возвращает нас в режим редактирования спецификаций. По кругу: «спецификации >моделирование >просмотр результатов >ярлычки и новое редактирование спецификаций» можно ходить неограниченно долго, например, добиваясь заданного вида выходной кривой. При этом промежуточные результаты автоматически сохраняются в «технологическом файле» test.txt. Такой режим позволяет осуществлять многократно коррекцию параметров линии и сигнала без обращения к диску. На любом этапе спецификации могут быть сохранены на диске (клавишами «Сохранить» или «Сохранить как»).

Созданные спецификации могут быть сохранены немедленно после создания, еще до прогона модели. Программа оформит их в единый файл входных данных с расширением *.in. На диске может быть сформирован каталог таких файлов.

Редактирование файла *.in возможно также с помощью текстового редактора за рамками пакета LINE2. При этом изменять можно только цифровые значения параметров.

3.3.2 Позиция «Файл» главного меню

В позиции меню «Файл» осуществляется выбор ранее созданных файлов типа *.in, специфицирующих исходные данные для моделирования (см. рис. 3). Отсюда можно удалять из обихода файлы с расширением *.in, *.grf, *.bmp, *.qrp. Отсюда осуществляется управление распечаткой файлов.

3.3.3. Работа модели

После выбора нужного файла *.in (или после создания новой спецификации исходных данных) производится пуск модели.

Как уже отмечалось, модель вычисляет значения первичных электротехнических параметров, значение волнового сопротивления Z_в и показывает их на экране. По умолчанию решается система уравнений для согласованной нагрузки, т. е. Z_н=Z_в. Пользователю предоставляется возможность изменить значение нагрузочного сопротивления при следующих запусках модели. Как и волновое сопротивление, нагрузочное сопротивление представлено в форме модуля и фазы (аргумента).

Кривые выходного и входного сигналов автоматически записываются в виде файла с расширением (*.grf), название которого совпадает с названием файла входных параметров с расширением *.in (вариант: файл test.grf, см п. 3.3.1). Формируется каталог файлов с расширением *.grf.

3.3.4. Просмотр и обработка результатов моделирования

В этой позиции главного меню может выполняться работа с графиками, с табличными данными, представляющими собой оцифровку этих графиков, а также с «отчетами» (см. ниже), представляющими собой результаты автоматического «обмера» параметров выходного одиночного импульса.

Просмотр графиков входных и выходных сигналов

Возможен одновременный просмотр до трех выбранных файлов *.grf. Это облегчает сопоставление результатов нескольких экспериментов. Для этого, находясь в меню «Результаты Просмотр графиков», необходимо поочередно открыть нужные файлы с расширением *.grf.

Механизм «лупы»

При просмотре графиков предусмотрена возможность масштабирования кривых.

Нормальный масштаб устанавливается по умолчанию так, чтобы максимально использовалась площадь экрана при размещении кривой полученного процесса. Если затухание сигналов большое, то шкала оцифровки координат может оказаться слишком грубой для того, чтобы оценивать количественные характеристики сигналов. Для этого предусмотрен режим увеличения масштаба. При этом вся площадь экрана может быть отдана выделенному фрагменту наблюдаемых кривых. Выделение нужного фрагмента производится рамкой, образуемой указателем мыши, возникающей при перемещении мыши с нажатой левой клавишей по полю кривой. Выделение нужного фрагмента необходимо производить так, чтобы не захватить рамкой-выделителем край окна наблюдения. Выделенный фрагмент займет весь экран, на котором должны появиться новые линии оцифровки, позволяющие более детально оценить количественные характеристики сигналов.

Новую картинку (или картинку в исходном масштабе) можно сохранить нажатием клавиши «Сохранить в *.bmp». Название файла *.bmp совпадает с названием рассматриваемого оцифрованного файла *.grf. Картинка пригодна для импорта в графические и текстовые редакторы при подготовке отчетов о работе.

Режим увеличенного масштаба сохраняется, пока не будет отменен. (это может помешать при прогонах модели с другими характеристиками ЛС и сигналов). Отменить режим можно щелчком левой клавиши мыши в любой точке окна или «выделением» области с захватом края окна. В результате отмены режима картинка возвращается к нормальному (исходному) масштабу.

Просмотр табличных данных

Табличные данные предназначены для просмотра содержимого файлов оцифровки кривых с расширением *.grf. Для этого, находясь в меню «Результаты Просмотр таблиц», необходимо воспользоваться клавишей с символикой открытия файла, в появившемся каталоге файлов выбрать нужный (с расширением *.grf) и щелкнуть клавишу «Открыть». Оцифрованный график должен быть загружен в шаблон таблицы.

Возможен совместный просмотр двух выбранных файлов-таблиц *.grf. Это облегчает сопоставление результатов нескольких экспериментов. Для этого необходимо последовательно выбрать нужные файлы с расширением *.grf для двух таблиц.

В таблицах значения входных и выходных сигналов линии (U₀(t) и U_N(t)) по умолчанию представлены на 5000 точек времени. Такое число отсчетов часто бывает избыточным. Таблицу можно «проредить». Для этого предусмотрена клавиша «+». Каждое нажатие клавиши увеличивает квант времени (уменьшает число отсчетов) вдвое. Клавиша «-» последовательно восстанавливает предшествующее число отсчетов.

Табличные данные могут обрабатываться процессором EXCEL.

Просмотр отчетов

Отчетом названа экранная форма с результатами автоматического расчета значений таких показателей как дисперсия, запаздывание и затухание. Формирование отчетов предназначено только для работы с одиночными «гладкими» сигналами. При работе с последовательностями сигналов, а также при наличии колебаний на вершине или у подошвы одиночного импульса результаты, приведенные в отчете, могут оказаться некорректными. Необходима осмотрительность в использовании отчетов.

Здесь также возможна одновременная обработка до двух выбранных файлов *.grf.

В защищенной версии LINE 2.2 доступ к режиму отчетов обеспечивается инициализацией криптодрайвера. Для использования этого режима и печати отчетов необходимо в рабочем каталоге наличие криптодрайвера и файлов с открытым ключом (на дискете).

4. Измерение параметров выходного импульса

Для измерения параметров выходного импульса напомним соглашение, известное из курса электроники (см. рис. 4). Здесь введены понятия вершины и подошвы импульса. Вершина ограничена точками времени t_вн (начало вершины) и t_вк (конец вершины), которые определены моментами пересечения исследуемой кривой уровня 0.9U_{вых, уст}. Аналогичным образом по пересечениям уровня 0,1U_{вых, уст} определяются моменты времени t_пн и t_пк, определяющие длительность подошвы импульса _пш. Через эти моменты естественным образом могут быть выражены интервалы времени запаздывания _зап, длительности фронта _ф, спада _сп и длительности самого импульса _{и, вых}.

Определение временных параметров с большей точностью может быть сделано по таблице цифровых значений кривой выходного импульса (файл *.grf). В связи с этим:

1). Для данного импульса по таблице значений (файл *.grf) определить U_{вых, уст} в смысле рис. 4;

2). Вычислить 0.1U_{вых, уст} и 0.9U_{вых, уст}. В таблице прочитать соответствующие значения t_вн, t_вк, t_пн, t_пк;

3). Вычислить _{зап, и, вых}, длину подошвы _пш.

Рис. 4. Соглашения об измерении параметров импульса.

4). Вычислить величину затухания в приведении к одному километру длины линии.

Измерение временных параметров может быть сделано с помощью масштабирования кривой выходного процесса (см. п. 3.3.4).

5. Программа лабораторных работ

Вариант конкретного задания на выполнение лабораторной работы должно быть получено от преподавателя перед началом работы. Но вне зависимости от варианта задания в том или ином виде исследованию подвергаются следующие основные параметры. Это не означает, что конкретное задание не может дополнительно ставить задачи, например, о сопоставлении свойств различных линий, определении допустимой длины линии при заданном сигнале и проч.

5.1 Запаздывание импульса _зап

Полученный в процессе выполнения лабораторной работы экспериментальный материал должен помочь ответить на следующие вопросы:

1). Линейна ли зависимость _зап от длины линии?;

Если «да», то какова величина _зап, отнесенная к единице длины?

Если «нет», то почему? Каков диапазон полученных значений _зап?

2). Зависит ли _зап от параметров линии, например, от типа линии (КбЛВЛ), от материала токоведущей жилы, ее диаметра?

3). Зависит ли _зап от длительности входного импульса?

Если «да, зависит», то охарактеризовать зависимость Если «нет, не зависит», то почему?

4). Зависит ли _зап от характера переносчика сигнала (видеои радиоимпульс)?

5). Зависит ли _зап от числа передаваемых импульсных сигналов (одиночный импульс и последовательность)?

Для обоснования выводов рекомендуется построить графики зависимости _зап(?) для двух-трех различных длительностей импульсов.

5.2 Затухание импульсного сигнала _и Напомним, что термин «затухание» многозначен. В ряде задач он означает постепенное уменьшение размахов какого-либо колебательного процесса. В данном случае затухание понимается как соотношение уровней входного и выходного импульсов, как величина, обратная коэффициенту передачи: «большим вошел — малым вышел». Затухание, понимаемое таким образом, количественно несколько отличается от затухания гармонического колебания, вытекающего из формулы, да и считается иначе. Поэтому его обозначили как _и

По результатам измерений нужно вычислить _и, выразив его как отношение величин, а также в логарифмических единицах (децибелах) с тем, чтобы ответить на следующие вопросы:

1). Если затухание _и выражать в dB, то изменяются ли приращения затухания _и прямо пропорционально приращениям длины линии ?? Иными словами: корректно ли вводить в обиход характеристику линии «Х децибел затухания на единицу длины»?

2). Зависит ли затухание _и от длительности входного сигнала (при фиксированной длине линии)?

Если «да, зависит», то опишите характер зависимости.

Если «нет, не зависит», то почему?

3). Зависит ли затухание _и от характера переносчика (видеоимпульсрадиоимпульс, от частоты несущей радиоимпульса)?

Если «да, зависит», то охарактеризуйте зависимость.

Если «нет, не зависит», то почему?

5.3 Искажение формы выходного импульса

Принимая во внимание понятие фазовой и групповой скорости сформулировать выводы относительно причин деформации выходного импульса в зависимости от:

— длительности входного импульса;

— длины линии;

5.4 Влияние дисперсии на условия опознавания импульсов

Уже говорилось, что в зависимости от преследуемых целей величину дисперсии можно оценивать через различные параметры выходного импульса. В наших задачах дисперсия представляет интерес в той мере, в какой она затрудняет опознавание сигналов на приемном пункте в отсутствие внешних шумов. Большие дисперсионные искажения импульсов, приводящие к влиянию на процессы в соседних тактовых интервалах, резонно относят к внутренним, внутрисистемным шумам. На рис. 5 приведена иллюстрация неприемлемо большой дисперсии в последовательности 10 111 сигналов типа RZ. Видно, что при скромном затухании импульсов по уровню подошва первого импульса приблизительно вчетверо длиннее номинальной длительности отправленного импульса и вдвое больше тактового интервала. Три последних импульса на входе опознавателя сигналов стали практически неразличимыми. Значащие моменты времени (ЗМВ) на этих тактах потеряны. Сигналы, отправленные как RZ, какими их ожидает опознаватель на стороне приема, трансформировались настолько, что выглядят как NRZ.

Рис. 5. Иллюстрация неприемлемой дисперсии

Манипулируя двумя факторами — скорость передачи (длительность импульсов), и длина линии (при заданном типе сигнала и параметрах линии), можно получить приемлемую форму выходных сигналов.

Для выяснения зависимости «скорость передачи — допустимая длина исследуемой линии» необходимо принять критерий допустимости дисперсионных искажений для рассматриваемого типа видеосигнала (униполярный или биполярный, NRZ или RZ) Если это требуется в соответствии с конкретным вариантом задания к лабораторной работе.

Примем в качестве оценки величины дисперсионных искажений одиночного видеоимпульса (имея в виду кривую на рис. 5) некий «коэффициент формы» _ф и определим его как отношение подошвы к номинальной длительности импульса _ф=_пш/ _имп.

Для аргументации последующих выводов рекомендуется в соответствии с заданием построить зависимости _ф(?) и _ф(_имп) для одиночных посылок.

Проиллюстрируем рассуждения об определении допустимой длины линии ?_доп для случая, когда применяются униполярные АИМ_сигналы типа NRZ, пороговый опознаватель в «точке времени», а регламентирующим параметром выступает дисперсия, т. к. затухание мало (см. рис. 6). Из рис. 6а следует, что в этом случае можно допустить подошву импульса при передаче меандра …10 101… _пш(1,81,9)_имп, или _ф(1,81,9). Поскольку подошва измеряется по уровню 0,1 от установившегося, то значение _ф=2 приводит к тому, что в середине тактового интервала, несущего «0», оказывается значение сигнала 0,2 от установившегося. Это сужает динамический диапазон значений на входе опознавателя. Разумеется, на практике приходится поинтересоваться и допустимым динамическим диапазоном, и уровнем присутствующих внешних шумов. Наше лабораторное задание «освобождено» от этих аспектов дела.

Из суперпозиции процессов (рис. 6б)) видно, что при принятом значении _ф выходной процесс остается приемлемым и при передаче неограниченно длинной последовательности «1».

На основе подобного анализа можно самостоятельно составить представление о допустимой дальности передачи сигналов заданного типа в исследуемой линии и построить зависимость в координатах «скорость-дальность» для конкретного задания.

6. Порядок выполнения лабораторных работ

Можно избрать различную стратегию выполнения лабораторной работы.

6.1 Стратегия 1

«Раньше накопить результаты по всем экспериментам, затем заниматься измерениями, заполнять протокол и формулировать выводы».

1). В соответствии с версией конкретного задания подготовить файлы исходных данных *.in, записывая их на диск.

2). Из главного меню поочередно запускать модель с каждым из файлов *.in. На диск будут автоматически записаны файлы типа *.grf.

3). Провести необходимые измерения на выходном сигнале для всех экспериментов, заполняя заранее подготовленную таблицу-протокол.

4). Просматривая на экране (порознь или совместно) кривые выходных сигналов, формулировать выводы, сделать копии необходимых файлов для отчета.

6.2 Стратегия 2

«Поочередно доводить до конца каждую автономную серию экспериментов», включая подготовку файлов *.in, наблюдение выходного сигнала, измерение его параметров, заполнение протокола результатов и формулирование выводов.

Стратегия 1 содержит скрытую опасность: если по каким-либо причинам на этапе прогонов модели была допущена какая-либо оплошность (в специфицировании входных данных, в измерениях), то, как правило, она обнаруживается слишком поздно, когда формируется отчет. Требуется большой «откат назад», теряется много времени.

Стратегия 2 предполагает более внимательное отношение к формулированию выводов в процессе выполнения экспериментов и, следовательно, потенциально в большей мере уберегает нас от ошибок.

6.3 Сводные таблицы и графики

Форму таблиц, в которых фиксируются результаты измерений. каждый выбирает самостоятельно. Не загромождайте таблицы цифрами, не относящимися к делу, или многократно повторяющимися. С помощью таблиц формулируются и защищаются выводы к работе. Следует сохранить файлы тех кривых *.grf, которые вы собираетесь поместить в отчет.

6.4 Завершение лабораторного сеанса

По выполнении программы лабораторной работы необходимо удалить из рабочей папки все файлы типа *.in, *.grf, *.bmp, которые были созданы в процессе работы.

В папке должны остаться только файлы:

- line.exe;

- test.txt;

- mainpic.bmp

- cry_drv.com, если использовалась криптоверсия пакета LINE2.

Приведенную в исходный вид папку предъявить преподавателю.

7. Отчет

Содержание отчета — это мотивированные формулировки и ответы на вопросы в соответствии с версией конкретного задания и программой работы, приведенной в п.п. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, с необходимыми иллюстрациями в форме цифрового материала, сигнальных кривых, графиков (иллюстрации к выводам, а не наоборот).

Известно из опыта, что удовлетворительных формулировок выводов не удается добиться без широкого привлечения спектрального представления сигналов и столь же широкого использования принципа суперпозиции.

Не следует приводить в отчете обширных извлечений из методического руководства. На него достаточно ссылаться, сохраняя обозначения величин.

Отчет должен быть сброшюрован, оформлен в соответствии со стандартом и представлен к очередной лабораторной работе для защиты.

Библиографический список

1. Баскаков С.И.

Радиотехнические цепи с распределенными параметрами. М.: Высшая школа, 1980. 150 с.

2. Парфенов Ю. А., Мирошников Д.Г.

Последняя миля на медных кабелях. — М.: Эко-Трендз, 2001. — 220 с.