Файл: Отчет по лабораторной работе по дисциплине Общая теория связи.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 33
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ И РЕГУЛЯРНЫХ СИГНАЛОВ
Отчет по лабораторной работе по дисциплине
«Общая теория связи»
Студент гр. 1А0:
____________
«___» ____________ 2023 г.
Руководитель:
Доцент каф. РТС
________ ____________ В.А. Кологривов
оценка
«___» ____________ 2023 г.
Томск 2023
ВВЕДЕНИЕ
Цель лабораторной работы подтвердить формулы связи мощности с основными параметрами генераторов и установить подобную связь для генератора Repeating Sequence, используя в качестве основного параметра амплитуду треугольного импульса.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В работе предлагается рассмотреть блоки генераторов:
Random Number – генератор псевдослучайной последовательности с Гаусовским распределением. Параметры: Meam – среднее, Variance – дисперсия, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа), Sample time – шаг по времени.
Uniform Random Number - генератор псевдослучайной
последовательности с равномерным распределением. Параметры: Minimum – минимальное значение амплитуды, Maximum - максимальное значение амплитуды, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа), Sample time – шаг по времени.
Band-limited White Noise – генератор ограниченного по полосе белого шума. Параметры: Noise Power – шумовая мощность, Sample time – шаг по времени, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа).
Sine Wave – генератор гармонического сигнала. Параметры: Amplitude – амплитуда, Bias – смещение, Frequency (rad/sec) – круговая частота (иногда удобно задавать кратным пи, чтобы укладывалось целое число колебаний в единицу времени), Phase (rad) – фаза в радианах, Sample time – шаг по времени (прорисовки).
Pulse Generator – униполярный генератор прямоугольных импульсов с заданным периодом повторения и скважностью. Параметры: Amplitude – амплитуда, Period(secs) – период в сек, Pulse Width(% of period) – величина обратная скважности(% от периода), Phese delay(secs) – фазовая задержка(сек).
Repeating Sequence – генератор повторяющейся последовательности. Параметры: Time values – массив временных точек, Output values – массив значений последовательности во временных точках.
Генераторы псевдослучайных последовательностей используются обычно для задания информационных последовательностей с некоторой энтропией, задания помех, например в модели канала распространения радиосигнала и т.д. Гармонические генераторы используются в основном в качестве опорных генераторов при модуляции/демодуляции. Генераторы прямоугольных импульсов обычно используются в качестве задания временных тактов. Генераторы повторяющейся последовательности используются в качестве генераторов нестандартной формы импульсов, коротких обучающих последовательностей и последовательностей синхроимпульсов.
-
ХОД РАБОТЫ
-
Подготовка
Собираем общую функциональную модель системы измерения мощности для разных блоков генераторов, которые перечислены в теоретических сведениях, представлена на рис. 1.1:
Рисунок 1.1 – Общая модель системы измерения мощности
Далее мы собираем функциональную модель подсистемы измерения мощности, которая позволяет измерить нам мощность каждого блока генератора, представлена на рис. 1.2:
Рисунок 1.2 – Функциональная модель подсистемы измерения мощности
Для уменьшения размеров схемы объединяем функциональную модель подсистемы измерения мощности в один блок под названием Subsystem показанный на рис. 1.3:
Рисунок. 1.3 – Блок модели подсистемы измерения мощности
-
Моделирование
Вторым этапом нашей работы было моделирование нашей системы. Мы подключили все наши источники сигналов к одному осциллографу, показанному на рис.1.4:
Рисунок 1.4 – Осциллограмма 6 сигналов
Как видно из рис. 1.4 происходит наложение сигналов друг на друга, поэтому настроим окно вывода и поместим каждый сигнал в отдельный блок, что показано на рис. 1.5:
Рисунок 1.5 – Распределенная осциллограмма сигналов
Также в работе приведен блок отображающий гистограмму псевдослучайной последовательности на рис.1.6:
Рисунок 1.6 – Гистограмма
Гистограмма позволяет зрительно оценить распределение статистических данных, сгруппированных по частоте попадания данных в определенные, заранее установленные интервалы.
А блок Averraging Power Spectral Density - простой прибор отображения усреднённого спектра процесса. Его работа представлена на рис.1.7:
Рисунок 1.7 – Averraging Power Spectral Density
-
Обработка результатов
Цель лабораторной работы подтвердить формулы связи мощности с основными параметрами генераторов и установить подобную связь для генератора Repeating Sequence, используя в качестве основного параметра амплитуду треугольного импульса.
Каждый параметр источника сигнала нам известен и представлен в теоретических сведениях. Для первого определения мощностей параметры заданы.
Пример расчёта мощности для 2 сигнала по формуле 1.1:
1.1
Формулы мощности и результаты для 5 источников сигналов нам известны и посчитаны, они представлены в таблице 1.1:
Таблица 1.1 Представление данных и их обработка для 1 опыта
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ И РЕГУЛЯРНЫХ СИГНАЛОВ
Отчет по лабораторной работе по дисциплине
«Общая теория связи»
Студент гр. 1А0:
____________
«___» ____________ 2023 г.
Руководитель:
Доцент каф. РТС
________ ____________ В.А. Кологривов
оценка
«___» ____________ 2023 г.
Томск 2023
ВВЕДЕНИЕ
Цель лабораторной работы подтвердить формулы связи мощности с основными параметрами генераторов и установить подобную связь для генератора Repeating Sequence, используя в качестве основного параметра амплитуду треугольного импульса.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В работе предлагается рассмотреть блоки генераторов:
Random Number – генератор псевдослучайной последовательности с Гаусовским распределением. Параметры: Meam – среднее, Variance – дисперсия, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа), Sample time – шаг по времени.
Uniform Random Number - генератор псевдослучайной
последовательности с равномерным распределением. Параметры: Minimum – минимальное значение амплитуды, Maximum - максимальное значение амплитуды, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа), Sample time – шаг по времени.
Band-limited White Noise – генератор ограниченного по полосе белого шума. Параметры: Noise Power – шумовая мощность, Sample time – шаг по времени, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа).
Sine Wave – генератор гармонического сигнала. Параметры: Amplitude – амплитуда, Bias – смещение, Frequency (rad/sec) – круговая частота (иногда удобно задавать кратным пи, чтобы укладывалось целое число колебаний в единицу времени), Phase (rad) – фаза в радианах, Sample time – шаг по времени (прорисовки).
Pulse Generator – униполярный генератор прямоугольных импульсов с заданным периодом повторения и скважностью. Параметры: Amplitude – амплитуда, Period(secs) – период в сек, Pulse Width(% of period) – величина обратная скважности(% от периода), Phese delay(secs) – фазовая задержка(сек).
Repeating Sequence – генератор повторяющейся последовательности. Параметры: Time values – массив временных точек, Output values – массив значений последовательности во временных точках.
Генераторы псевдослучайных последовательностей используются обычно для задания информационных последовательностей с некоторой энтропией, задания помех, например в модели канала распространения радиосигнала и т.д. Гармонические генераторы используются в основном в качестве опорных генераторов при модуляции/демодуляции. Генераторы прямоугольных импульсов обычно используются в качестве задания временных тактов. Генераторы повторяющейся последовательности используются в качестве генераторов нестандартной формы импульсов, коротких обучающих последовательностей и последовательностей синхроимпульсов.
-
ХОД РАБОТЫ
-
Подготовка
Собираем общую функциональную модель системы измерения мощности для разных блоков генераторов, которые перечислены в теоретических сведениях, представлена на рис. 1.1:
Рисунок 1.1 – Общая модель системы измерения мощности
Далее мы собираем функциональную модель подсистемы измерения мощности, которая позволяет измерить нам мощность каждого блока генератора, представлена на рис. 1.2:
Рисунок 1.2 – Функциональная модель подсистемы измерения мощности
Для уменьшения размеров схемы объединяем функциональную модель подсистемы измерения мощности в один блок под названием Subsystem показанный на рис. 1.3:
Рисунок. 1.3 – Блок модели подсистемы измерения мощности
-
Моделирование
Вторым этапом нашей работы было моделирование нашей системы. Мы подключили все наши источники сигналов к одному осциллографу, показанному на рис.1.4:
Рисунок 1.4 – Осциллограмма 6 сигналов
Как видно из рис. 1.4 происходит наложение сигналов друг на друга, поэтому настроим окно вывода и поместим каждый сигнал в отдельный блок, что показано на рис. 1.5:
Рисунок 1.5 – Распределенная осциллограмма сигналов
Также в работе приведен блок отображающий гистограмму псевдослучайной последовательности на рис.1.6:
Рисунок 1.6 – Гистограмма
Гистограмма позволяет зрительно оценить распределение статистических данных, сгруппированных по частоте попадания данных в определенные, заранее установленные интервалы.
А блок Averraging Power Spectral Density - простой прибор отображения усреднённого спектра процесса. Его работа представлена на рис.1.7:
Рисунок 1.7 – Averraging Power Spectral Density
-
Обработка результатов
Цель лабораторной работы подтвердить формулы связи мощности с основными параметрами генераторов и установить подобную связь для генератора Repeating Sequence, используя в качестве основного параметра амплитуду треугольного импульса.
Каждый параметр источника сигнала нам известен и представлен в теоретических сведениях. Для первого определения мощностей параметры заданы.
Пример расчёта мощности для 2 сигнала по формуле 1.1:
1.1
Формулы мощности и результаты для 5 источников сигналов нам известны и посчитаны, они представлены в таблице 1.1:
Таблица 1.1 Представление данных и их обработка для 1 опыта
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ И РЕГУЛЯРНЫХ СИГНАЛОВ
Отчет по лабораторной работе по дисциплине
«Общая теория связи»
Студент гр. 1А0:
____________
«___» ____________ 2023 г.
Руководитель:
Доцент каф. РТС
________ ____________ В.А. Кологривов
оценка
«___» ____________ 2023 г.
Томск 2023
ВВЕДЕНИЕ
Цель лабораторной работы подтвердить формулы связи мощности с основными параметрами генераторов и установить подобную связь для генератора Repeating Sequence, используя в качестве основного параметра амплитуду треугольного импульса.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В работе предлагается рассмотреть блоки генераторов:
Random Number – генератор псевдослучайной последовательности с Гаусовским распределением. Параметры: Meam – среднее, Variance – дисперсия, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа), Sample time – шаг по времени.
Uniform Random Number - генератор псевдослучайной
последовательности с равномерным распределением. Параметры: Minimum – минимальное значение амплитуды, Maximum - максимальное значение амплитуды, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа), Sample time – шаг по времени.
Band-limited White Noise – генератор ограниченного по полосе белого шума. Параметры: Noise Power – шумовая мощность, Sample time – шаг по времени, Initial seed – число, определяющее новую уникальную последовательность (рекомендую использовать простые числа).
Sine Wave – генератор гармонического сигнала. Параметры: Amplitude – амплитуда, Bias – смещение, Frequency (rad/sec) – круговая частота (иногда удобно задавать кратным пи, чтобы укладывалось целое число колебаний в единицу времени), Phase (rad) – фаза в радианах, Sample time – шаг по времени (прорисовки).
Pulse Generator – униполярный генератор прямоугольных импульсов с заданным периодом повторения и скважностью. Параметры: Amplitude – амплитуда, Period(secs) – период в сек, Pulse Width(% of period) – величина обратная скважности(% от периода), Phese delay(secs) – фазовая задержка(сек).
Repeating Sequence – генератор повторяющейся последовательности. Параметры: Time values – массив временных точек, Output values – массив значений последовательности во временных точках.
Генераторы псевдослучайных последовательностей используются обычно для задания информационных последовательностей с некоторой энтропией, задания помех, например в модели канала распространения радиосигнала и т.д. Гармонические генераторы используются в основном в качестве опорных генераторов при модуляции/демодуляции. Генераторы прямоугольных импульсов обычно используются в качестве задания временных тактов. Генераторы повторяющейся последовательности используются в качестве генераторов нестандартной формы импульсов, коротких обучающих последовательностей и последовательностей синхроимпульсов.
-
ХОД РАБОТЫ
-
Подготовка
-
Собираем общую функциональную модель системы измерения мощности для разных блоков генераторов, которые перечислены в теоретических сведениях, представлена на рис. 1.1:
Рисунок 1.1 – Общая модель системы измерения мощности
Далее мы собираем функциональную модель подсистемы измерения мощности, которая позволяет измерить нам мощность каждого блока генератора, представлена на рис. 1.2:
Рисунок 1.2 – Функциональная модель подсистемы измерения мощности
Для уменьшения размеров схемы объединяем функциональную модель подсистемы измерения мощности в один блок под названием Subsystem показанный на рис. 1.3:
Рисунок. 1.3 – Блок модели подсистемы измерения мощности
-
Моделирование
Вторым этапом нашей работы было моделирование нашей системы. Мы подключили все наши источники сигналов к одному осциллографу, показанному на рис.1.4:
Рисунок 1.4 – Осциллограмма 6 сигналов
Как видно из рис. 1.4 происходит наложение сигналов друг на друга, поэтому настроим окно вывода и поместим каждый сигнал в отдельный блок, что показано на рис. 1.5:
Рисунок 1.5 – Распределенная осциллограмма сигналов
Также в работе приведен блок отображающий гистограмму псевдослучайной последовательности на рис.1.6:
Рисунок 1.6 – Гистограмма
Гистограмма позволяет зрительно оценить распределение статистических данных, сгруппированных по частоте попадания данных в определенные, заранее установленные интервалы.
А блок Averraging Power Spectral Density - простой прибор отображения усреднённого спектра процесса. Его работа представлена на рис.1.7:
Рисунок 1.7 – Averraging Power Spectral Density
-
Обработка результатов
Цель лабораторной работы подтвердить формулы связи мощности с основными параметрами генераторов и установить подобную связь для генератора Repeating Sequence, используя в качестве основного параметра амплитуду треугольного импульса.
Каждый параметр источника сигнала нам известен и представлен в теоретических сведениях. Для первого определения мощностей параметры заданы.
Пример расчёта мощности для 2 сигнала по формуле 1.1:
1.1 Формулы мощности и результаты для 5 источников сигналов нам известны и посчитаны, они представлены в таблице 1.1:
Таблица 1.1 Представление данных и их обработка для 1 опыта
| Источник | | Параметры | | Формула мощности | Результат, Вт | |||||
| Random Number | 0 | 1 | 1 | 1 | | ???????????????? | 1 | |||
| Uniform Random Number | -2 | 2 | 13 | 1 | |  | 1,3 | |||
| Band-limited White Noise | [0.2] | 0.1 | [17] | | | ???????? ???? ⁄???????? | 1.9 | |||
| Sine Wave | 2 | 0 | 5 | 0 | 0.05 |  | 2 | |||
| Pulse Generator | 1 | 2 | 50 | 0 | |  | 0.5 | |||
| Repeating Sequence | [0 1 2] | [0 1 0] | | | | | 0.3 | |||
Проверим работу нашего измерителя мощности и сравним значение мощности на Uniform Random Number источнике с рассчитанным, рис 1.8:
Рисунок 1.8 – Полный график мощности Uniform Random Number
Для большей наглядности расширим график чтобы увидеть диапазон точных значений, показан на рис.1.9:
Рисунок 1.9 – Расширенный график мощности Uniform Random Number
Как видим рассчитанное значение приближенно равно 1.33 из графика, можно полагать что формула для расчёта мощности правильная.
В таблице 1.1 параметры были внесены последовательно, так как они отображаются в блоке параметров программы, то есть сверху вниз, это можно увидеть из рисунка 1.10:
Рисунок 1.10 – Блок параметров синусоидального сигнала Изменим параметры наших сигналов для проверки корректности формул для определения мощности и проделаем расчет, результат показан в таблице 1.2:
Таблица 1.2 Представление данных и их обработка для 2 опыта
| Источник | | Параметры | | Формула мощности | Результат, Вт | ||
| Random Number | 0 | 3 | 1 | 1 | | ???????????????? | 3 |
| Uniform Random Number | -3 | 5 | 10 | 2 | |  | 5,3 |
| Band-limited White Noise | [0.5] | 0.1 | [15] | | | ???????? ???? ⁄???????? | 4.81 |
| Sine Wave | 8 | 0 | 2 | 0 | 0.025 |  | 32 |
| Pulse Generator | 3 | 1 | 50 | 1 | |  | 4.5 |
| Repeating Sequence | [0 1 2] | [0 2 0] | | | | | 1.3 |
Расчёт мощности для 2 сигнала по формуле 1.1:
Подтвердим рассчитанное значение из графика, отображен на рис.1.11:
Рисунок 1.11 – Графическое представление мощности Uniform Random Number
Определение формулы мощности для Repeating Sequence, как видно из рис.1.12 и рис.1.13:
Рисунок 1.12 – Графическое представление мощности Repeating Sequence по
первым параметрам
Рисунок 1.13 – Графическое представление мощности Repeating Sequence по
вторым параметрам
Из рисунков видно, что дробная часть указывает на то, что в формуле происходит деление 3, проверим формулу 1.2:
1.2 Расчёт для первых параметров:
Расчёт для вторых параметров:
Подтвердим формулу последним расчетом и графическим представлением, рис.1.14:
Рисунок 1.14 – Графическое представление мощности Repeating Sequence с
амплитудой равной 3 Расчёт для вторых параметров:
ВЫВОД
Результатом проделанной работы стало:
-
Знакомство с средой Matlab Simulink, в точности изучение основных видов сигналов, блоков отображения результатов, настройка окон отображения и прочего функционала программы. -
Подтвердили формулы мощности для основных видов сигналов, но была замечена погрешность на рис.1.11 и результатов таблицы 1.2, графическое отображение показало мощность 6,7 Вт, а рассчитанное по формуле 5,3 Вт, погрешность значительная, можно сделать вывод, что на результат мощности влияет не только параметр амплитуды. -
Логическим и практическим подтверждением была выведена формула для Repeating Sequence: