Часть 4. Глаз-диаграммы

Предыдущие части эксперимента показали, как искажается сообщение под действием шума. Более того, было наглядно продемонстрировано, что чем больше шум, тем большее искажение приобретает сигнал и тем больше риск неверное обработки данных приемником. Поэтому очень важно знать уровень шума и стараться уменьшить его до минимума.

Визуальный анализ канала с шумом с помощью осциллографа не достаточно информативен для этих целей, т.к. на его экране мы можем наблюдать только напряжение сигнала на протяжении относительно малого числа бит. Более того, разнообразная структура шума может вызывать ложные изменения уровня сигнала, пока вы не смотрите на экран.

Решением этой проблемы является использование глаз-диаграмм. Глаз-диаграммы так называются из-за изображения, которое они воспроизводят на экране осциллографа. Пример на рисунке 9.5.

Рисунок 9.5

Получить глаз-диаграмму с помощью осциллографа можно подав на вход одно из каналов информационное сообщение, но при этом синхронизируя его работу с помощью тактовой частоты цифрового сигнала. Это вызовет нестабильность отображаемой картинки (рассинхронизацию), т.е. состояние, которого обычно стараются избегать. Однако в данном случае именно это нам и нужно – все комбинации гармонических колебаний, которые присутствуют в рассматриваемом цифровом сигнале, будут воспроизводится одновременно одно на другом.

В процессе отображения в местах между логическими «0» и «1» получаются «глаза». Чем больше уровень шума, тем менее отчетливы логические уровни сигнала, и тогда глаза начинают «закрываться».

1. Измените схему, как показано на рисунке 9.6.

Рисунок 9.6

Блок-схема представлена на рисунке 9.7.

Рисунок 9.7

2. Запустите NI ELVIS II Function Generator VI и установите частоту сигнала равной 2кГц.

Теперь на экране осциллографа вы должны наблюдать слабо искаженный сигнал. Установите Timebase осциллографа на значение 200µs/div. Сейчас можно видеть только подобие глаз-диаграммы, т.к. нужен специальный монитор для наблюдения полноценной ее версии. Поэтому для наблюдения глаз-диаграммы мы воспользуемся виртуальным монитором EYE DIAGRAM VI.

3. Закройте осциллограф и запустите DATEx Virtual Diagram VI.

4. Подождите примерно минуту, пока глаз-диаграмма не сформируется.

Небольшой по уровню шум, который добавлен к сигналу, не вызовет сильного искажения сигнала, поэтому «глаза» должны быть широко открыты.

5. Остановите DATEx Eye Diagram VI нажав кнопку СТОП.

6. Увеличьте уровень шума до -6дБ и запустите DATEx Eye Diagram VI заново. Проделайте то же самое с уровнем шума 0дБ.

7. Сравните глаз-диаграммы полученные с тремя разными уровнями шума.

Как вы заметили в ходе эксперимента, шум – не единственный фактор, влияющий на искажения сигнала в канале. Немаловажным фактором является частотный диапазон канала. Это связано с особенностью цифрового сигнала, который состоит из фундаментальной частотной составляющей и множества гармоник, часть из которых может не попасть в диапазон пропускаемых каналом частот. Это неизбежно влечет за собой изменение формы сигнала.

Количество искажений зависит от тактовой частоты следования импульсов и ширины пропускания канала. Чем выше тактовая частота, или чем меньше ширина пропускания канала, тем больше искажения сигнала.

8. Остановите DATEx Eye Diagram VI.

9. Уменьшите уровень шума до -6дБ.

10. Запустите DATEx Eye Diagram VI и дайте сформироваться диаграмме. Запомните ее.

11. Остановите DATEx Eye Diagram VI, увеличьте тактовую частоту сигнала, изменив в настройках Function Generator VI частоту на 4кГц. Увеличивая частоту, мы увеличиваем эффект ограниченности ширины канала.

12. Запустите DATEx Eye Diagram VI и понаблюдайте за глаз-диаграммой.

Каково соотношение между тактовой частотой цифрового сигнала и размером «глаз» диаграммы?