2015-04-12
2571
Цель: изучение методов представления цифровых сигналов в виде диаграмм
Отличие цифровых сигналов от аналоговых заключается в том, что параметры аналоговых сигналов меняются непрерывно, а цифровые – дискретно. Эта особенность цифровых сигналов позволяет использовать для их анализа специфические методы. В методологии ЦС широкое распространение получили специальные диаграммы, что определяется дискретной природой сигналов. При проведении измерений используются два класса диаграмм: диаграммы физических параметров цифрового сигнала, к которым относятся глазковые диаграммы, диаграммы состояний, а также алгоритмические, к которым относятся древовидные диаграммы и различные виды диаграмм Треллиса.
Диаграммы физических параметров используются для анализа как простых бинарных цифровых сигналов, так и сложных сигналов современных цифровых телекоммуникаций – многоуровневых (сигналы линейного кодирования ISDN и др.), модулированных сигналов (в радиочастотных системах передачи и системах радиосвязи). Алгоритмические диаграммы используются для анализа сигналов дифференциальных модуляций и современных алгоритмов кодирования информаций.
^ Глазковые диаграммы (ГД)
Для анализа параметров ЦС используются глазковые диаграммы, как при проведении лабораторных измерений (системное оборудование), так и эксплуатационных. ГД являются модификацией осциллограмм, с той разницей, что используют периодическую структуру ЦС. Для построения двухуровневой глазковой диаграммы цифровой битовый поток подается на осциллограф, а синхронизация внешней развертки производится от битового потока с частотой fb. при построении многоуровневых диаграмм сигнал должен проходить, через многоуровневый конвертер, а синхронизация производится от символьного потока с частотой fs (рис 7).Для калибровки глазковой диаграммы сигнал часто подают в обход фильтра, ограничивающего диапазон сигнала. В этом случае возникает диаграмма в виде прямоугольника (рис. 8 слева). Фильтр, ограничивающий полосу передаваемого сигнала, вносит существенные изменения в форму импульса, в результате чего возникает диаграмма в виде «стандартного глаза» (рис.8 справа «бинарный глаз»). ГД используют периодическую структуру ЦС.
Рисунок 7 - Структурная схема измерения глазковой диаграммы
Процесс формирования диаграммы цифрового бинарного сигнала без фильтрации и с фильтрацией на передаваемую полосу (рис 7) позволяет реально продемонстрировать процесс формирования ГД. Реальная осциллограмма сигнала (например двухуровневого ЦС) «разрезается» посимвольно в соответствии с тактовыми импульсами синхрогенератора, а затем ГД «складывается» из полученных кусков. В идеальном случае при отсутствии цепей фильтрации в результате такого сложения получится квадрат «квадратный глаз» (представлен на рис 7 внизу слева). Но ГД реального сигнала значительно отличается от квадрата, поскольку содержит составляющие нарастания и спада фронтов импульса ЦС, прямоугольный импульс имеет форму колокола. В результате получается диаграмма более похожая на глаз (на рис 8 внизу справа)
Рисунок 8 - Глазковая диаграмма сигналов с фильтрацией и без фильрации
Исследование ГД позволяет провести детальный анализ ЦС по параметрам непосредственно связанным с формой волнового фронта: параметру межсимвольной интерференции (ISI), джиттеру (дрожанию) передачи данных и джиттеру по синхронизации.
Пример глазковой диаграммы представлен на рисунке 9.
Рисунок 9 - Глазковая диаграмма цифрового сигнала, проходящего через фильтр с коэффициентом ограничения спектра α=0,3 (компьютерная имитация)
Трасса двухуровневого сигнала на ГД в точках времени, соответствующим точкам отсчета, проходит точно через нормированные значения -1, +1. Следовательно ISI (межсимвольная интерференция) на рисунке 8 отсутствует. В то же время различные трассы пересекаются с временной осью в разные временные промежутки. Максимальная ширина области пересечения с временной осью определяется как пиковое фазовое дрожание или джиттер передачи данных Djpp. Джиттер передачи данных измеряется обычно в единицах времени или как отношение к интервалу передачи символов Djpp/Ts. Джиттер ПД является следствием ограниченной полосы каналов.
^ Диаграммы состояний.
Диаграммы состояний представляют собой диаграммы в полярных координатах с накоплением, ЦС проходит на диаграмме состояний характерные для него точки. Цифровая форма сигнала определяет точечную структуру диаграммы состояний сигнала. Для каждого типа модуляции диаграмма своя и несет информацию о параметрах тракта в целом, работе модемов, эквалайзеров и т.д.
^ Алгоритмические диаграммы
При анализе процессов кодирования и анализе дифференциальных методов модуляции, в которых передача цифровой информации осуществляется не сигналом, а сменой одного сигнала другим, необходимо иметь представление о динамике изменения состояний сигнала. Для этих целей используют диаграмму Треллиса, которая является модификацией диаграммы состояний. На ней показывается кроме состояний ЦС и траектория изменений состояний
^ Методология измерений параметров цифровых каналов
