Измерение параметров выходного импульса

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 t_пш. Через эти моменты естественным образом могут быть выражены интервалы времени запаздывания t_зап, длительности фронта t_ф, спада t_сп и длительности самого импульса t_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 t_зап, t_и,вых, длину подошвы t_пш.

Рис. 4. Соглашения об измерении параметров импульса.

4). Вычислить величину затухания a 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.[3]

 

5.1 Запаздывание импульса t_зап

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

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

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

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

2). Зависит ли t_зап от параметров линии, например, от типа линии (КбЛ«ВЛ), от материала токоведущей жилы, ее диаметра?

3). Зависит ли t_зап от длительности входного импульса?

Если «да, зависит», то охарактеризовать зависимость

Если «нет, не зависит», то почему?

4). Зависит ли t_зап от характера переносчика сигнала (видео- и радиоимпульс)?

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

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

5.2 Затухание импульсного сигнала a_и[4]

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

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

2). Зависит ли затухание a_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 a_и от характера переносчика (видеоимпульс«радиоимпульс, 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.[5] На рис. 5 приведена иллюстрация неприемлемо большой дисперсии в последовательности 10111 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)[6].

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

Для аргументации последующих выводов рекомендуется в соответствии с заданием построить зависимости k_ф(ℓ) и k_ф(t_имп) для одиночных посылок.

Проиллюстрируем рассуждения об определении допустимой длины линии ℓ_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 …010101… t_пш£(1,8¸1,9)t_имп, или k_ф£(1,8¸1,9).[7]

Из суперпозиции процессов (рис. 6б)) видно, что при принятом значении k_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.

[1] Принято говорить «длина усилительного участка», т.е. длина участка линии с одним усилителем.

[2] 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.

[3] 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.

[4] 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 a_и

[5] Большие дисперсионные искажения импульсов, приводящие к влиянию на процессы в соседних тактовых интервалах, резонно относят к внутренним, внутрисистемным шумам.

[6] Если это требуется в соответствии с конкретным вариантом задания к лабораторной работе.

[7] Поскольку подошва измеряется по уровню 0,1 от установившегося, то значение k_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.