62438 (Информационные сети и телекоммуникации)
Документ из архива «Информационные сети и телекоммуникации», который расположен в категории » «. Всё это находится в предмете «коммуникации и связь» из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе «лабораторные работы», в предмете «коммуникации и связь» в общих файлах.
Онлайн просмотр документа «62438»
Текст из документа «62438»
Федеральное агентство по образованию РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет» ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по дисциплине: «Информационные сети и телекоммуникации» Выполнил Студент гр. ЗПИЭу-107 Соколова В.Р. Принял: Преподаватель Галас В.П. Владимир 2009 г Лабораторная работа №1. Исследование моделей распределенных линий связи вычислительных сетей Цель работы: Ознакомление с процессом моделирования распределенных линий связи. Получение навыков работы с моделями систем и их экспериментального исследования. Аппаратура: компьютер, принтер. Программное обеспечение: ОС MS Windows, программа Electronics Workbench. Длина линии – 75 метров Погонное сопротивление – 0.5 Ом/м Напряжение источника питания – 5В Частота источника питания – 300 кГц Общие сведения Проводные линии связи вычислительных сетей являются цепями с распределенными параметрами, которые характеризуются тем, что в них индуктивность, емкость, сопротивление и проводимость распределены в пространстве — чаще вдоль двух проводников, образующих линию связи для обмена информацией между различными объектами. Если названные параметры распределены вдоль линии (на единицу длины) равномерно (например, для двухпроводной линии в виде параллельных проводников), то такая линия называется однородной, в противном случае линия является неоднородной. Линии связи (ЛС) могут быть представлены двумя моделями: идеальной двухпроводной ЛС без потерь (рис. 1, а) и с потерями (рис. 1, б). Математическая модель ЛС с потерями состоит из набора одинаковых звеньев (сегментов), схема которого (рис. 1, в) содержит (в обозначениях EWB 5.0): R — активное (омическое) сопротивление проводников ЛС, отнесенное к единице длины (погонное сопротивление), Ом/м; L — погонная индуктивность проводников ЛС, Гн/м; G — погонная проводимость между проводниками ЛС, См/м; для реальных ЛC к этой проводимости добавляются проводимости, вызванные диэлектрическими потерями изоляционных материалов; С — погонная емкость между проводниками, Ф/м. 
Рис. 1. Графические обозначения ЛС без потерь (а), с потерями (б) и звено математической модели ЛС с потерями (в). Значения параметров ЛС в EWB 5.0 задаются с помощью диалоговых окон (рис 2, рис3). Зададим сразу параметры для линии связи с потерями согласно варианту работы. 1. Найдем С. С = 11.11 * 10 -18 / L C =11.11*10 -18 / 11.11*10 -6 = 1*10 -12 Фарад 2. Найдем Z0 Z0 = (L/C)1/2 = (11.11*10 -6 / 10 -12 ) 1/2 = 3333.33 Ом 3. Найдем G G = R*C /L = 9 * 10 -7 
Рис. 2 Диалоговое окно установки параметров ЛС с потерями 
Рис. 3 Диалоговое окно установки параметров ЛС без потерь В окне, изображенном на рис. 2, задаются значения параметров эквивалентной схемы (рис.1,в), где, кроме перечисленных выше параметров, указаны длина ЛС (LEN , м). В диалоговом окне для идеальной ЛС (R = 0, G = 0) (рис. 3) обозначено: ZO -волновое сопротивление, Ом; TD — время задержки распространения сигнала. Процессы, происходящие в ЛС, описываются так называемыми телеграфными уравнениями [51]: ∂u/∂х + L(∂i/∂t) + Ri = 0; ∂i/∂х + C(∂u/∂t) + Gu = 0 (1) где ∂u/∂х , ∂i/∂х, ∂u/∂t, ∂i/∂t) — частные производные от напряжения и тока i по расстоянию х и времени t. Решение уравнений (1) дает следующий набор характеристик (вторичных параметров) однородной ЛС: 1. Волновое (характеристическое) сопротивление ZO = [(R + j(ωL)/(G + jωC)] 1/2 . (2) 2. Коэффициент распространения γ = [(R + jωL)(G + jωC)] 1/2 = β + jα, (3) где коэффициент затухания β = (RG) 1/2 , коэффициент фазы α = ω(LC) 1/2 . Если выполнить условие R/L=G/C, называемое условием неискажающей ЛС, то из (2) получим ZO=(L/C) 1/2 , (4) т. е. волновое сопротивление, как и в случае идеальной ЛС, не будет зависеть от частоты. При тех же условиях скорость распространения электромагнитного поля вдоль ЛС v = ω/α. = 1/(LC) 1/2 , а время задержки сигнала при прохождении ЛС длиной I TD = 1/v. (5) Для воздушных ЛС скорость распространения v принимается равной скорости света с = 3 . 10 8 м/с, тогда LC = 1/c 2 = 11,11 . 10 -18 . (6) ЛС могут работать в следующих режимах : Режим согласованной линии характерен для ЛС, на выходе которой включено активное сопротивление, равное волновому сопротивлению ZO. Для такого режима мгновенное значение напряжения в любой точке ЛС описывается выражением U = Ui . exp(-βl)cos (ωt — αl), (7) где 1 — расстояние от начала ЛС до точки, в которой определяется значение напряжения; ω — частота входного сигнала Ui. Из формулы (7) видно, что амплитуда бегущей волны напряжения убывает вдоль линии по экспоненциальному закону. Для моделирования ЛС в режиме согласованной линии используется схема рис. 4. Рекомендуемые значения параметров ЛС LT1: LEN = 50 м, R = 10 Ом/м. Входной сигнал Ui напряжением 7.5v и частотой f=500кГц. Значения ZO, С и G находятся из формул (4), (6) при условии, что R/L=G/C. 
Рис. 4 ЛС в режиме согласованной линии Из осциллограмм на рис. 5, полученных в результате моделирования, можно определить запаздывание α выходного сигнала относительно входного на длину линии в режиме бегущей волны ( α = 2πf(Т2-Т1)), а из индикаторных окон – амплитуды входного Uim=VA1 и выходного Uom=VB2 напряжений. 
Рис. 5. Осциллограммы сигналов на входе (А) и выходе (В) ЛС Эти же величины можно получить теоретически α – по формуле (3), Uom – по формуле (7). Режим несогласованной линии характеризуется тем, что на ее выходе включено сопротивление Z, не равное волновому сопротивлению ZO. Наиболее ярко этот режим проявляется при разомкнутой (Z = ) или замкнутой (Z = 0) линии. При разомкнутой линии бегущая волна тока достигает конца линии, и заряды дальше двигаться не могут: ток должен прекратиться. Но убывание тока создает по правилу Ленца ЭДС самоиндукции, направленную попутно с убывающим током. Появление же этой ЭДС приводит к повышению напряжения на конце линии, что в свою очередь вызывает движение зарядов в обратном направлении. 
Рис 6 ЛС в режиме несогласованной линии Следовательно, дойдя до разомкнутого конца линии, волны вынуждены двигаться в обратном направлении. Это явление называется отражением волны от конца линии. Энергия отраженных волн возвращается к началу линии. Электрические заряды прямой и обратной волн у конца провода складываются, в результате чего в этом месте в каждый момент времени получается удвоенное напряжение. Для характеристики линии в рассматриваемом режиме используется коэффициент отражения: р = (Z — ZO)/(Z + ZO). (8) При Z = ZO коэффициент р = 0 и в линии наступает режим бегущей волны. При разомкнутой линии Z = и р = 1. При этом в конце линии амплитуды напряжения и тока определяются выражениями: Uм = Un(1 + р) = 2Un; Im = In(1 — p) = 0. (9) Следовательно, при разомкнутой линии ток в ее конце равен нулю, а амплитуда напряжения равна двойной амплитуде падающей волны Un. При этом падающие и отраженные волны напряжения имеют одинаковую фазу, а волны тока — противоположную. Схема для исследования короткозамкнутой ЛС содержит (рис.8) источник входного напряжения Ui частотой 200 КГц (длина волны 75 м), амперметры Al, A2 для измерения тока на входе и выходе ЛС и ЛС, по параметрам аналогичную на рис.6 для разомкнутой ЛС, но составленную из трех компонентов: LI (LEN = 75 м), L2 и L3 (LEN = 75 м). 
Рис 8 Схема для исследования короткозамкнутой несогласованной ЛС Заметим, что для этих компонентов нужно создать отдельную библиотеку, а для амперметра A2 установить минимальное внутреннее сопротивление для имитации короткого замыкания выхода ЛС. Пример осциллограмм, полученных для данного режима, приведен на рис.9 
Рис.9 Осциллограммы сигналов на входе и выходе ЛС в режиме короткозамкнутой линии. В процессе моделирования можно наблюдать, что после его запуска входной ток постепенно (по синусоиде и в зависимости от быстродействия ПК) возрастает, в то время как выходной ток остается нулевым до тех пор, пока волна (верхняя осциллограмма) не достигнет конца линии Лабораторная работа №2. Исследование устройств частотного преобразования сигналов информационных сетей Цель работы: Ознакомление с устройством и работой модуляторов и демодуляторов частотных сигналов. Получение навыков моделирования и экспериментального исследования этих устройств. Аппаратура: компьютер, принтер. Программное обеспечение: ОС MS Windows, программа Electronics Workbench. 1. Значение несущей – 10 кГц 2. Значение несущей – 5 кГц 3. Сопротивление фильтра -50 Ом 4. Модулирующее напряжение – 1.5 В. Общие сведения Основными элементами модемов, т.е. устройств, позволяющих обмениваться информацией между РС через аналоговые каналы, являются модулятор и демодулятор. Модулятор. Различают амплитудные, импульсные, фазовые и др. виды модуляции сигнала. Наиболее простая модуляция — амплитудная сводится к перемножению модулирующего сигнала Y(t) = Ео + Ym . cosωt и несущего X(t) = Xm . cosωt. После перемножения и тригонометрических преобразований получим результирующее колебание в следующем виде: Z(t) = Em, — ω)t + cos (Ω + ω)t]>, (1) где М = Ym/Em — коэффициент модуляции; Em = Eo . Xm. Схема амплитудного модулятора (рис.1) содержит двухвходовой суммирующий усилитель на ОУ, к одному входу которого подключен источник постоянного напряжения Ео, а к другому — источник модулирующего напряжения Y'(t). На выходе усилителя формируется сигнал Y(t) = Ео + Y'(t) = Ео + Ym . cosωt, который поступает на Y-вход перемножителя М с коэффициентом передачи 1. На Х-вход перемножителя подается сигнал несущей X(t). 
Рис.1. Амплитудный модулятор 
Рис. 2. Осциллограммы амплитудно-модулированного сигнала и несущей По осциллограммам, полученным в результате исследования модели (рис.1) можно определить коэффициент модуляции М = Ам/Ас, где Ам = |VB2 — VBl|/2 В; Ac = Ам + |VB2| и расчетный параметр (Em), который измеряется вольтметром на выходе перемножителя М при отключенном воздействии модулирующего сигнала. Пример результатов моделирования показаны на рис.2, откуда видно, что амплитуда несущей равна среднему значению Ас амплитудно-модулированного колебания. Кроме рассмотренной амплитудной модуляции с гармонической несущей, в системах управления и многоканальных устройствах связи широко используются разнообразные виды импульсной модуляции. Наиболее простой из них является амплитудно-импульсная (АИМ), которая чаще всего используется при реализации более сложных видов импульсной модуляции (время-импульсной, фазоимпульсной, частотно-импульсной и т.п.). Рассматриваемая схема амплитудно-импульсного модулятора (рис. 3) 
Лабораторная работа: Информационные сети и телекоммуникации
Цель работы: Ознакомление с процессом моделирования распределенных линий связи. Получение навыков работы с моделями систем и их экспериментального исследования.
Аппаратура: компьютер, принтер.
Программное обеспечение: ОС MSWindows, программа ElectronicsWorkbench.
Погонное сопротивление – 0.5 Ом/м
Напряжение источника питания – 5В
Частота источника питания – 300 кГц
Проводные линии связи вычислительных сетей являются цепями с распределенными параметрами, которые характеризуются тем, что в них индуктивность, емкость, сопротивление и проводимость распределены в пространстве — чаще вдоль двух проводников, образующих линию связи для обмена информацией между различными объектами. Если названные параметры распределены вдоль линии (на единицу длины) равномерно (например, для двухпроводной линии в виде параллельных проводников), то такая линия называется однородной, в противном случае линия является неоднородной.
Линии связи (ЛС) могут быть представлены двумя моделями: идеальной двухпроводной ЛС без потерь (рис. 1, а) и с потерями (рис. 1, б). Математическая модель ЛС с потерями состоит из набора одинаковых звеньев (сегментов), схема которого (рис. 1, в) содержит (в обозначениях EWB 5.0):
R — активное (омическое) сопротивление проводников ЛС, отнесенное к единице длины (погонное сопротивление), Ом/м;
L — погонная индуктивность проводников ЛС, Гн/м;
G — погонная проводимость между проводниками ЛС, См/м; для реальных ЛC к этой проводимости добавляются проводимости, вызванные диэлектрическими потерями изоляционных материалов;
С — погонная емкость между проводниками, Ф/м.
Рис. 1. Графические обозначения ЛС без потерь (а), с потерями (б) и звено математической модели ЛС с потерями (в).
Значения параметров ЛС в EWB 5.0 задаются с помощью диалоговых окон (рис 2, рис3).
Зададим сразу параметры для линии связи с потерями согласно варианту работы.
C =11.11*10 -18 / 11.11*10 -6 = 1*10 -12 Фарад