Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Інформаційна безпека
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Методи та засоби захисту інформації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
М і н і с т е р с т в о о с в і т и та н а у к и У к р а ї н и
Львівський державний інститут новітніх технологій
та управління ім.В.Черновола’
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ
МОДУЛЯЦІЇ СИГНАЛІВ
Методичні вказівки
до лабораторної роботи
з к у р с у
“Методи та засоби захисту інформації”
для студентів напряму підготовки 1601
“Інформаційна безпека”
Затверджено
на засіданні кафедри
,,Комп’ютерні системи і мережі’’
Протокол № 1 від 29.08 .2007р.
Львів 2007
“Дослідження методів модуляції сигналів”. Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу ,,Методи та засоби захисту інформації’’ для студентів напряму підготовки 1601 “Інформаційна безпека” /Упорядник: З.А.Шандра. - Львів: ДІНТУ, 2007. –10 с.
1. ВСТУП
1.1. Мета
Лабораторна робота (ЛР) “Дослідження методів модуляції сигналів” виконується за робочою програмою навчального курсу “Методи та засоби захисту інформації” з метою:
- ознайомлення з модуляцією сигналів як методом передачі інформаційних
повідомлень;
- дослідження основних видів аналогової та імпульсної модуляції ;
- дослідження спектральних характеристик модульованих сигналів;
1.2. Завдання ЛР
Студентам потрібно виконати наступні завдання:
1) ознайомитись з основами теорії модуляціїсигналів (див. [1-4] );
ознайомитись з основними прийомами роботи з документами MathCAD ( див.[5] );
дослідити характерні особливості гармонічних модульованих коливань, їх ширину спектра при різних видах модуляції;
дослідити характерні особливості імпульсних модульованих коливань
встановити залежнісь між шириною спектра повідомлення і видом модуляції.
1.3. Засоби для виконання роботи
Для виконання ЛР використовують:
- персональний комп’ютер під керуванням операційної системи Windows;
- аналізатор спектрів С4-25;
- генератор сигналів Г4-18;
- генератор імпульсів Г5-15;
- звуковий генератор Г3-34
- методичні вказівки по виконанню ЛР.
2. Короткі теоретичні відомості
Одним із методів захисту інформації є виявлення технічних каналів витоку інформації при несанкціонованому зніманні інформації. Утворення каналів витоку інформації може відбуватись шляхом паразитної модуляції сигналів, що не є інформаційними і які мають вихід за межі контрольованої зони. Це можуть бути сигнали в мережах пожежної та охоронної сигналізації, системах електроживлення та інш. Побічне електро-магнітне випромінювання пристроїв обробки та передачі інформації впливає на ці мережі, в результаті при наявності відповідної апвратури може бути здійснений несанкціонований доступ до закритої інформації. Тому важливо добре уявляти процеси переносу інформаційного сигналу на інші (неінформативні) сигнали та наступного їх виділення
Модуляцією сигналу u(t) називають операцію, що пов’язана зі зміною одного чи кількох його параметрів відповідно до модулюючого сигналу x(t), тобто сигналу повідомлення. Сигнал u(t) називають несучим сигналом, або сигналом-переносником інформації. Операцію модуляції можна подати наступною схемою:
s(t) + x(t) = sx(t)
Після модуляції сигнал набуває інформативності – стає носієм інформації. Основним призначенням модуляції є перетворення або перенос інформаційного сигналу із області низьких частот в область більш високих частот для передачі за допомогою радіозв’язку або багатоканальних кабельних ліній. При передачі повідомлень операція модуляції вмкористовується з метою формування сигналу, який найкраще відповідає характеристикам каналу зв’язку. Модуляція використовується також для підвищення ефективності передачі інформації, підвищення відношення сигнал/шум та інш. Для виділення повідомлення з прийнятого модульованого сигналу використовують зворотну операцію – демодуляцію.
Окрім модуляції, яка цілеспрямовано здійснюється з метою передачі інформації (корисна модуляція), може відбуватися й небажана (паразитна) модуляція.
Сигнали-переносники інформації (несучі сигнали) характерезуються набором певних параметрів. Так, для гармонічного сигналу це є амплітуда, частота, фаза, послідовність імпудьсів визначається амплітудою, частотою та фазою виникнення імпульсів, тривалістю, щільністю імпульсів та незкою інших параметрів. Параметр несучого сигналу, що зазнає змін при модуляції (модульований параметр) можна виразити часовою залежністю вигляду:
П(t)=По + ΔП(t) = По + k·x(t)
Де k – чутливість модулятора, що показує, як змінюється модульований параметр несучого сигналу при зміні сигналу повідомлення.
Відповідно до типу несучого сигналу розрізняють модуляцію гармонічних коливань та імпульсну модуляцію. У першому випадку несучим сигналом є гармонічний сигнал з частотою більшою в 6-8 разів від максимальної частоти сигналу повідомлення. У другому випадку несучим сигналом є періодична послідовність імпульсів. Залежно від параметра несучого сигналу, що зазнає змін и відповідно до сигналу повідомлення, існують різні види модуляції періодичних сигналів і імпульсних послідовностей.
2.1. Модуляція гармонічних коливань
Гармонічний сигнал s(t)=A cos(ω t + φ) характеризується амплітудою A, циклічною частотою ω=2π f t ( f – частота коливань ) і фазою φ. Кожний з цих параметрів може бути промодульованим інформаційним сигналом. Відповідно розрізняють три основні види модуляції гармонічної несучої – амплітудну модуляцію (АМ), частотну модуляцію (ЧМ) і фазову модуляцію (ФМ). Частотна і фазова модуляція пов’язані між собою і тому часто разом подаються як кутова модуляція.
Для амплітудної модуляції (АМ):
де ;
(А –частина амплітуди несучого гармонічного коливання, що піддається зміні при модуляції інформаційним сигналом;
x(t) – сигнал інформаційного повідомлення;
- глибина модуляції.
Властивості спектрів АМ – коливань зручно розглядати для випадку, коли модуляція здійснюється також гармонічним сигналом: , де F – частота гармонічного коливання модулюючого сигналу. Тоді:
Перший доданок - несуче коливання, другий та третій доданки з частотами (f0 + F) і (f0 – F) - відповідно верхнє і ниж нє бічні коливання (рис. 1, а). Якщо носій інформації x(t) характеризується кількома частотами, то будуть спостерігатися кілька верхніх і нижніх бічних частот (рис1, б). Загалом можна відзначити, що ширина смуги частот спектра АМ-коливання дорівнює подвоєній смузі частот носія інформації (рис.1, в; ( f = 2F).
S(f) S(f) S(f)
F f Fmax f Fmax f
S(f)AM S(f)AM S(f)AM
f0 –F f0 f0+F f f0 – Fmax f0 f0+Fmax f f0 –Fmax f0 f0+Fmax f
а) б) в)
Рис1. Спектри інформаційного (модулюючого) і модульованого коливань для частоти несучого гармонійного коливання f0 та різних спектрів інформаційного сигналу.
а) – монохромний інформаційний сигнал; б) – інформаційний сигнал містить три гармоніки; в) – інформаційний сигнал з неперервним спектром.
Потужність модульованих коливань. Середня потужність періодичного коливання, що поглинається одиничним опором R= І Ом дорівнює:
де спектр періодичного коливання.
Звідси середня потужність АМ – коливання:
Потужність бічних коливань, які несуть інформацію, дорівнює:
Потужність бічних коливань не більша половини потужності несучого коливання (m<1) і різко зменшується при зменшенні m. Отже, при передачі АМ-сигналів незначна частина потужнос ті сигналу переносить інформацію, і тому в системах радіозв’язку часто передаються не повний спектр модульованого сигналу, а тільки частину спектру, в якій міститься інформація про повідомлення. Очивидно, що із спектру модульованого коливання можна виключити частоту несучого коливання, це дозволить зменшити потужність передавального пристрою. Такий вид модуляції отримав назву амплітудної модуляції з пригніченою несучою ( АМ-ПН ). Кожне з бічних коливань має однаковий спектр, тобто несе однакову інформацію, тому можна передавати тільки одну бічну смугу частот. Такий вид модуляції називається односмуговою модуляцією ( ОАМ )
Для частотної модуляціцї для фазової модуляції де ( f – девіація частоти, (( - девіація фази.
Якщо , то індекс частотно-модульованого сигналу МЧМ=( f / F, а девіація частоти для фазово-модульованого сигнал .
Спектр сигналу для кутової модуляції
Для малого індексу модуляції:
тобто такий самий, як і для амплітудної модуляції, різняться тільки спектри фаз (фази бічних коливань зсунуті на (/2). Ши рина спектрів обох сигналів однакова. Якщо індекс кутової моду ляції М>1, то можна показати, що ширина спектра сигналу з куто вою модуляцією дорівнює
2.2. Модуляція періодичної послідовності імпульсів
Методи модуляції періодичних імпульсних послідовностей неперервним сигналом повідомлення належать до імпульсної модуляції.Різні види імпульсної модуляції широко використовуються в багатоканальних системах передачі інформації. В якості несучого сигналу переважно використовується послідовність прямокутних імпульсів з періодом повтору імпульсів Т0, тривалістю імпульсів τ0 і амплітудою А0. Кожен з цих параметрі може зазнавати змін при модуляції, в результаті існує кілька варіантів імпульсної модуляції.
Якщо переносник - імпульсна послідовність, то
де f(t) - функція, що описує окремий імпульс з одиничною амплітудою;
ti - момент часу, що відповідає початку переднього фронту k-го імпульсу; , k- ціле число.
Для амплітудно-імпульсної модуляції ( АІМ ) при тривалості імпульсів (i значно меншою за тривалість періоду Ti ( (і((Ti ) модульований сигнал записується як:
де mAIM – коефіцієнт (глибина) АІМ.
Для широтно-імпульсної модуляції ( ШІМ ) характерно, що при сталих амплітуді і періоді слідування імпульсів їх тривалість міняється відповідно за законом зміни модулюючого сигналу. При односторонній ШІМ (ОШІМ) зміна тривалості імпульсів супроводжується зміною положення одного фронту імпульсів, при двосторонній ШІМ (ДШІМ) змінюється положення обох фронтів. При ((і(( Tі) тривалість k-го імпульсу:
де - коефіцієнт ШІМ; ((max- максимальна зміна (i при ШІМ.
Для фазово-імпульсної модуляції ( ФІМ ) моменти виникнення імпульсів tk визначаються виразом:
де (tmax - максимальне зміщення імпульсів.
При частотно-імпульсній модуляції ( ЧІМ ) інформаційний сигнал впливає на частоту слідування імпульсів. Моменти виникнення імпульсів визначаються як
,
де ((max - максимальна девіація частоти імпульсів; t0- стала для всіх імпульсів величина часового зсуву.
3. Лабораторний стенд
Дослідження спектрів сигналів здійснюється на стенді, який містить аналізатор спектра С4-25, генератор стандартних сигналів Г4-18А, генератор звукових частот Г3-І8, осцилограф С1-49, генера тор прямокутних імпульсів Г5-15. Схема з’єднання приладів зображе на на рис. 6.
Г3-18 Г4-18А С4-25
Г5-15
С1-49
Рис.2. Блок-схема лабораторного стенда
4. Порядок виконання роботи
1. Скласти схему дослідження спектрів модульованих на амп літуді гармонічних коливань, для чого на вхід “Внеш. модуляц.” генератора Г4-І8А подати сигнал від звукового генератора ГЗ-І8. Встановити частоту інформативного сигналу , часто ту несучого сигналу глибину модуляції Повторити вимірювання для частот і Зарисувати спектри для всіх випадків. За допомогою осцилографа С1-49 спостерігати форму модульованого коливання.
2. Скласти схему дослідження модульованої на амп літуді імпульсної послідовності, для чого на вхід “Внеш. модуляц.” генератора Г5-І5 подати сигнал від звукового генератора. Встановити частоту інформаційного сигналу , часто ту прямокутних імпульсів fi =10 kГц, тривалість імпульса Дослідити вплив глибини модуляції форму модульованого сигналу.
3. За допомогою програми Modulation.mcd (Папка LR-2 Modulation) встановити, як впливає на модуляцію сигналів глибина модуляції.
5. Зміст звіту
Мета роботи.
Схема екперименту.
Картини спектрів модульованих сигналів.
Теоретичні розрахунки.
Висновки.
6. Контрольні запитання
1. У чому полягає суть операції модуляції сигналів?
2. З якою метою здійснюється модуляція сигналів?
3. Які параметри сигналу змінюються при модуляції видів АМ, ЧМ, ФМ?
4. Чому можна передавати не повний спектр модульваного сигналу?
5. Що означає модуляція видів АМ-ПН, ОАМ?
6. Який зміст має величина m - глибина модуляції?
7. Що означає девіація частоти, фази?
8. Який тип модуляції дає більш широкий спектр?
9.Чому при АМ-модуляції доцільно використовувати одну бічну смугу частот для передачі інформації?
7. Список літератури
Теория передачи сигналов / А.Г. Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М.Фінк. –М.: Связь, 198О.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 1983.
Пенин П.И., Филиппов Л.И. Радиотехнические системы передачи информации. – М.: Радио и связь, 1984.
Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Сов. Радио, І971.
Дьяконов В.П. MathCAD 8/2000: специальный справочник – СПб: Питер, 2001.
Додаток 1
Інструкція для роботи з аналізатором спектра С4 - 25
1. Поставити ручки регулювання в положення:
“Обзор” - 3 5О МГц;
“Полоса пропускания” - 300 МГц ;
“Верт.масштаб” - логарифм.;
“Развертка” - 0,1;
“Т –детектор” - 0,1;
“Метки” - выкл.;
“Чувствительность” – мінімальна.
2. Увімкнути прилад, прогріти І5 хв.
3. Ручкою регулювання “Центральная частота” виставити на екрані аналізатора центральний пік, відносно якого будуть відрахову ватись інтервали частот спектрів.
4 Під’єднати кабель від генератора сигналів в гніздо “Вход”, по дати на вхід сигнал відповідної частоти амплітудою не більше 1 В. Ручкою “Чувствительность” виставити на екрані спектральну характеристику, що за масштабом є зручною для досліджень.
5. Визначити за допомогою генератора “Метки” частотний масштаб, в якому спостерігаються характеристики.
6. Під час аналізу модульованих сигналів у зв’язку з тим, що час тота сигналу модуляції відносно мала, регулятор “Полоса пропус кання” перемкнути в положення 3-70 МГц, ручку плавного регулю вання поставити в ліве положення. Перемикач “Обзор” поставити в ліве положення 0-3 МГц. Ручкою регулювання “Плавно” виставити на екрані спектр модульованого коливання, для чого регулятором “Центральная час тота” зсунути пік центральної частоти праворуч так, щоб спектральна лінія немодульованого гармонічного коливання знаходилась в центрі екрана. Перемикач “Масштаб” поставити в положення “Линейн.”
УВАГА ! Забороняється діяти з силою на будь-який переми кач, особливо на ручки плавного регулювання. Під час пошуку спект ральних ліній ручки плавних регулювань обертати повільно, щоб не пропустити відповідний пік. Доцільно заздалегідь теоретично визна чити місце знаходження відповідної спектральної лінії, для чого потрібно ознайомитись з основами спектральної теорії сигналів.
Навчальне видання
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ МОДУЛЯЦІЇ СИГНАЛІВ
Методичні вказівки
до лабораторної роботи з курсу
“Методи та засоби захисту інформації”
для студентів напряму підготовки 1601 “Інформаційна безпека”
Укладач Шандра Зеновій Антонович
Редактор
Тиражування здійснене на кафедр КСМ.
Відповідальний
23.05.2013 20:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора