Widma częstotliwościowe



Pobieranie 251,55 Kb.
Strona3/3
Data14.02.2018
Rozmiar251,55 Kb.
1   2   3

2.6. Współczynnik szumu

Na wejściu systemu lub jego podsystemu działa sygnał oraz szum i dlatego wejściu temu można przypisać określoną wartość SNRwe. Zarówno sygnał jak i szum przechodzą przez system i podlegają takiemu samemu wzmocnieniu lub tłumieniu przez każdy jego stopień. Można więc oczekiwać, że SNRwy będzie równy wejściowemu, a więc nie będzie ani lepszy ani gorszy od SNRwe. W rzeczywistości jednak szumy wnoszone przez każdy kolejny stopień powodują stopniowe pogarszanie się stosunku sygnał-szum w miarę jak sygnał przechodzi przez system.

Szum wprowadzany przez system opisuje się za pomocą współczynnika szumów F,
3. MODULACJA

Modulacją nazywamy proces nakładania informacji będącej w postaci sygnału informacyjnego m(t) na inny przebieg o wyższej częstotliwości, tzw. fali nośnej

Liczny systemy modulacji:

1). Harmoniczne (sinusoidalne) – są to systemy, w których rozdział kanałów odbywa się na podstawie położenia na skali częstotliwości (sygnał nośny jest harmoniczny).



    1. Modulacja amplitudy (AM)

    2. Modulacja częstotliwości (FM)

    3. Modulacja fazy (PM)

2). Impulsowe – systemy o rozdziale czasowym (sygnał nośny jest impulsowy)

2.1. Modulacja amplitudy impulsów (PAM)

2.2. Modulacja położenia impulsów (PPM)

2.3. Modulacja szerokości impulsów (PWM)

2.4. Modulacja impulsowo-kodowa (PCM)

2.5. Modulacja delta (DM)



  1. Modulacja amplitudy

Amplituda A może być w pewien sposób modulowana, przez co uzyskujemy modulację amplitudy (AM)

Kąt może być także modulowany, co stanowi alternatywę w stosunku do modulacji amplitudy fali nośnej. Modulacja kąta może zostać zrealizowana na dwa sposoby, a mianowicie jako modulacja fazy (PM), gdy modulujemy kąt w taki sposób, że faza chwilowa jest proporcjonalna do amplitudy sygnału informacyjnego zwanego inaczej sygnałem modulującym, oraz modulacja częstotliwości (FM), gdy częstotliwość jest zmieniana proporcjonalnie do amplitudy chwilowej sygnału modulującego.

Stosunek Um/Uc jest nazywany głębokością modulacji m:



3.2. Moc sygnału zmodulowanego

Można przesyłać sygnały zmodulowane jako:



  1. dwie wstęgi boczne i falę nośną

  2. jedną wstęgę boczną i falę nośną

  3. jedną wstęgę boczną.


3.3. Układy modulatorów

Modulacja amplitudy dokonywana jest za pomocą elektronicznego układu mnożącego lub mieszacza

Modulacja amplitudy w tym przypadku polega na sumowaniu sygnału nośnego z sygnałem modulującym. Fala uzyskana w ten sposób jest następnie podawana na element nieliniowy, jak np. wzmacniacz, przy czym amplituda tej fali musi być na tyle duża, aby zapewnić nieliniowy zakres jego pracy. Proces ten jest znany pod nazwą mieszania.

Ze względu na istnienie czynnika kwadratowego w charakterystyce elementu nieliniowego stosowanego do generacji fali AM, opisane modulatory są też znane pod nazwą modulatorów kwadratowych.



3.3.1. Modulator zrównoważony

W przypadku przesyłania dwu wstęg bocznych i fali nośnej (pełna modulacja AM) jest możliwość zastosowania w odbiorniku prostego i taniego układu detekcyjnego. Większa część mocy jest tu jednak przesyłana na częstotliwości nośnej co jest nieekonomiczne, ponieważ fala nośna nie niesie informacji. Dla wytwarzania jedynie dolnej i górnej wstęgi bocznej, bez fali nośnej, stosuje się modulator zrównoważony. Modulacja taka jest znana pod nazwą modulacji dwuwstęgowej ze stłumioną falą nośną (DSBSC – Double Sideband with Suppressed Carrier).



Podwójny modulator zrównoważony

Można zbudować tzw. modulator pierścieniowy jeżeli w układzie przedstawionym na rys. 3.15 zastosujemy diody o charakterystyce liniowo łamanej.

Każda ze wstęg bocznych przy pełnej modulacji AM zawiera całą informację sygnału z pasma podstawowego. Z punktu widzenia informacji można osiągnąć zadowalającą transmisję używając modulacji jednowstęgowej (SSB). Pozwala to na dwukrotne zmniejszenie szerokości pasma lub podwojenie pojemności kanału przy zachowaniu pasma. Ponadto możliwe jest zredukowanie mocy nadawanej. Jedną z metod uzyskiwania SSB jest zastosowanie modulatora zrównoważonego lub podwójnie zrównoważonego. Wytwarzana na jego wyjściu fala DSBSC poddana zostaje filtracji, celem wyeliminowania dolnej lub górnej wstęgi bocznej.

3.4. Demodulacja

3.4.1. Demodulacja pełnej fali AM

Jedna z metod uzyskiwania tego iloczynu polega na użyciu elementu nieliniowego o charakterystyce kwadratowej. Czynnik kwadratowy tej charakterystyki spowoduje mnożenie składowej o częstotliwości nośnej przez sygnał zmodulowany. W efekcie powstanie składowa z pasma podstawowego. W odróżnieniu od procesu modulacji, nie jest do tego potrzebny oddzielny przebieg o częstotliwości nośnej.

Najczęściej używanym przy demodulacji pełnej fali AM elementem o charakterystyce kwadratowej jest dioda wielkiej częstotliwości. Aby układ z diodą działał w sposób wcześniej opisany, dioda musi pracować jako element małosygnałowy, tzn. pozostawać cały czas w stanie przewodzenia.

Na rys.3.19 zilustrowano inną metodę demodulacji pełnego sygnału AM, w której dioda pracuje jako element wielkosygnałowy. Napięcie wejściowe przesuwa punkt pracy diody w tak dużym zakresie, że przechodzi ona w każdym okresie od stanu przewodzenia do stanu zaporowego i z powrotem. Układ odtwarza obwiednię (dodatnie lub ujemne półokresy zależą od sposobu podłączenia diody) i dlatego jest nazywany detektorem obwiedni.


3.4.2. Detekcja koherentna

Sygnał DSBSC
Detektor obwiedni nie jest w stanie odtworzyć sygnału DSBSC za pomocą detekcji diodowej, gdyż jak widać na rys. 3.14 i 3.18 kształt obwiedni się do tego nie nadaje. Odbiór jest natomiast możliwy za pomocą innego modulatora zrównoważonego. Odbierany sygnał zmodulowany zostaje pomnożony przez sygnał będący wersją oryginalnej fali nośnej, który powinien być zgodny w fazie z odbieranym sygnałem DSBSC. Detekcja tego typu znana jest pod nazwą detekcji koherentnej. Przebieg nośny musi być wytworzony w odbiorniku lub przesłany nadajnikiem. Istnieją dwa sposoby przesyłania przebiegu nośnego nadajnikiem:

  1. Przesyłanie fali nośnej za pomocą oddzielnego kanału.

  2. Wytwarzanie w nadajniku fali nośnej o zredukowanej amplitudzie, znanej pod nazwą pilota. Daje to istotną oszczędność mocy w porównaniu z pełną modulacją AM i nie wymaga oddzielnego kanału do przesyłania sygnału nośnego.

Sygnał SSB

Modulacja SSB, tak jak DSBSC, wymaga zastosowania detektora koherentnego w odbiorniku. Analiza wpływu przesunięcia fazy sygnału nośnego używanego do detekcji w odbiorniku tym różni się od przeprowadzonej dla fali DSBSC, iż faza ta nie ma wpływu na amplitudę demodulowanego sygnału


3.5. Modulacja kąta

Zamiast amplitudy, można modulować także sygnałem informacyjnym kąt fazowy fali nośnej. Taka fala modulowana, w przeciwieństwie do fali AM gdzie informacja jest zawarta w amplitudzie, ma amplitudę stałą. Modulacja kąta, a szczególnie modulacja częstotliwości FM, jest lepsza od AM, gdyż przy zastosowaniu ogranicznika przed demodulacją pozwala na znaczącą redukcję wpływu szumów powodujących zmiany amplitudy sygnału zmodulowanego. Powszechnie znanym tego przykładem jest częste występowanie zakłóceń statycznych w odbiorze radiowym AM. Odbiór FM jest natomiast odporny na tego rodzaju zakłócenia związane z amplitudą.


3.5.1. Modulacja fazy PM

Modulacja fazy jest rzadko używana w systemach analogowych, gdyż modulacja częstotliwości pozwala na zastosowanie prostszych dyskryminatorów częstotliwości w odbiornikach. Demodulacja sygnału PM jest bardziej złożona. Wymaga przykładowo układu zawierającego demodulator FM oraz integrator. Modulacja fazy jest natomiast szeroko stosowana w transmisji cyfrowej.


. Modulacja częstotliwości FM

PM i FM stanowią przykłady modulacji kąta, przy której modulowany jest kąt fazowy fali nośnej. Porównując wyrażenia (3.53) (3.56) zauważamy, że są one podobnego typu. Dla fali PM dewiacja fazy jest proporcjonalna do amplitudy sygnału modulującego Um. W przypadku fali FM dewiacja fazy jest proporcjonalna do Um/fm

Wartość szczytowa wskaźnika modulacji, gdy dewiacja częstotliwości i częstotliwość modulująca przybierają wartości maksymalne, nosi nazwę wskaźnika dewiacji i stanowi parametr systemów FM podawany często w normach międzynarodowych ustanowionych dla systemów radiofonicznych
Wąskopasmowa modulacja FM

W poprzednim rozdziale był opisany ogólny przypadek modulacji FM. Gdy M>1, powstaje wiele prążków bocznych i taki sygnał zwany jest szerokopasmowym sygnałem FM. Jeśli natomiast M<1, mamy do czynienia z wąskopasmowym sygnałem FM. Wynika stąd, że wąskopasmowy sygnał FM ma znacznie węższe pasmo, niż sygnał szerokopasmowy. Ponadto, z uwagi na stosunkowo wąskie pasmo, wpływ szumów zewnętrznych jest bardziej znaczący. Wąskopasmowa modulacja FM wymaga dlatego większych wartości SNR, niż modulacja szerokopasmowa.

Demodulatory FM są często określane mianem dyskryminatorów wytwarzających sygnał wyjściowy, którego amplituda jest w idealnym przypadku liniowo proporcjonalna do częstotliwości odbieranego sygnału. W przypadku demodulacji FM, dyskryminator ten jest poprzedzony ogranicznikiem dla wyeliminowania zmian amplitudy będących skutkiem szumów i dlatego następuje polepszenie stosunku SNR na wyjściu odbiornika.
Zwielokrotnianie z podziałem częstotliwościowym

Klasycznym przykładem zastoso-wania FDM jest linia telekomunikacyjna zwana systemem telekomunikacji nośnej.

Filtry kanałowe są umieszczone po każdym modulatorze i służą także do ochrony przed interferencją pomiędzy kanałami, zanim zastaną one dodane do siebie i podane na wejście modulatora grupowego

Stosuje się tu filtry kwarcowe, gdyż wykazują one dużą selektywność



Filtry kanałowe są tak zaprojektowane, że wybierana jest dolna wstęga boczna każdego z kanałów
Porównanie metod modulacji

Dwa najważniejsze parametry używane dla porównywania różnych typów modulacji to szerokość pasma i SNR

Dokładna wartość SNR, przy którym pojawia się ten efekt progowy jest nieokreślona i można ją wyznaczyć jedynie sposobem doświadczalnym. Szum multiplikatywny pojawiający się przy małym SNR występuje we wszystkich detektorach niekoherentnych, takich jak demodulatory pełnej fali AM i demodulatory kąta.

Tablica 3.1. Porównanie różnych technik modulacji



Typ modulacji

Pasmo

Efekt progowy

Polepszenie SNR

(wzgl. DSBSC)

Odbiór

Uwagi

Pełna AM

2B

Tak

-7 do –10dB

Detektor obwiedni lub kwadratowy

Prosta i tania. Transmisja fali nośnej powoduje straty mocy. Zastosowanie - radiofonia

DSBSC

2B

Nie

Nie

Koherentny

Detekcja synchroniczna. SSB prefe-rowane ze względu na węższe pasmo

SSB

B

Nie

Nie

Koherentny

Detekcja synchroniczna. Efektywna widmowo. Szeroko używana w telefonii.

FM

>>B

Tak (po-lepszenie

>10dB)

Tak

Dyskrymi-nator często-tliwości

Zwiększona szerokość pasma. Lepszy SNR. Stosowana w mikrofalowej komunikacji naziemnej i satelitarnej

PM

>>B

Tak

Tak

Nieliniowy

Jakość podobna jak FM. Bardziej złożony odbiór.


TELEKOMUNIKACJA CYFROWA
Zwielokrotnianie z podziałem czasowym

TDM jest procesem polegającym na cyklicznym przełączaniu pewnej liczby źródeł sygnału lub kanałów względem pojedynczego wyjścia

Nowoczesne systemy TDM są z natury cyfrowe i zwielokrotnianiu podlegają sygnały binarne generowane zwykle przez komputer. Inne typy sygnałów, takie jak telefoniczne lub wideo będące z natury analogowymi, poddaje się przed zwielokrotnianiem zamianie na cyfrowe za pomocą przetworników A/D. Multipleksery mają zazwyczaj cztery kanały wejściowe, aby efektywniej wykorzystać dwie linie sterujące. Decydują one, które konkretne wejście zostaje dołączone do wyjścia w danym przedziale czasowym.

Multipleksery zbudowane są ze standardowych cyfrowych układów logicznych i dlatego są tanie. Odbiornik musi spełniać funkcję odwrotną w stosunku do zwielokrotniania i do tego celu służy demultiplekser. Zegar odbiornika sterujący pracą demultipleksera musi być dokładnie zsynchronizowany z przychodzącym sygnałem TDM. Przełączanie musi się bowiem odbywać dokładnie w przerwach pomiędzy odbieranymi elementami sygnałów, aby sygnały ani ich fragmenty nie przenosiły się z jednego kanału do drugiego. Tego typu zniekształcenia są znane jako przesłuchy



4.2. Modulacja kodowo-impulsowa

Modulacja kodowo-impulsowa (PCM) jest najprostszym sposobem konwersji sygnału analogowego na sygnał cyfrowy przed jego nadaniem. Sygnał jest próbkowany w regularnych przedziałach czasowych i przekształcany do postaci cyfrowej za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego (A/D). Każda próbka jest następnie transmitowana szeregowo za pomocą pojedynczego kanału w formie ciągu bitów. Każdy ciąg bitów reprezentujący pojedynczą próbkę może być uważany za kod impulsu i dlatego mówimy, że sygnał został poddany modulacji kodowo-impulsowej

Otrzymany sygnał z modulowaną amplitudą impulsów (PAM) przychodzi na wejście kodera, w którym każda próbka zostaje zakodowana na 8-bitowe słowo, czyli kod impulsu, za pomocą przetwornika A/D. Mamy więc 256 różnych poziomów napięcia, zwanych poziomami kwantowania
4.3. Sieci plezjochroniczne PDH

Zaletą zwielokrotniania pewnej liczby systemów PCM było początkowo efektywne wykorzystanie istniejącej międzymiastowej sieci kabli współosiowych, dostosowanej do ruchu telefonicznego opartego na zwielokrotnianiu z podziałem częstotliwości. Jej przestawienie z telefonii analogowej na cyfrową doprowadziło do znacznej redukcji kosztów i wzrostu jakości transmisji związanego z przekazem cyfrowym. Wynikiem tego stało powstanie plezjochronicznego systemu zwielokrotnienia PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) i transportu sygnałów cyfrowych, opartych na modulacji kodowo-impulsowej PCM.

Hierarchia plezjochroniczna PDH – zwana również prawie synchroniczna – określa sposób tworzenia strumienia zbiorczego 2048kb/s z sygnałów elementarnych o podstawowej przepływności 64kb/s oraz sposób zwielokrotnienia tych strumieni (2Mb/s lub większych) na kolejnych poziomach multipleksacji

Ograniczenia systemów teletransmisyjnych opartych na plezjochronicznej hierarchii cyfrowej spowodowały, że od 1996r. nowe PDH nie są już praktycznie instalowane. Równocześnie następuje szybki wzrost nowszej cyfrowej transmisji synchronicznej objętej międzynarodowym standardem SDH (Synchronous Digital Hierarchy), bez wad i ograniczeń występujących w PDH



4.4. Transmisja w paśmie podstawowym

Sygnały mogą być przesyłane za pomocą przewodów metalowych, światłowodów lub drogą radiową. Choć we wszystkich trzech rodzajach kanałów jest stosowana modulacja, transmisja w paśmie podstawowym jest możliwa tylko w kanale przewodowym.


4.4. 1. Kanały o ograniczonym paśmie

Amplitudy sygnału w poszczególnych momentach decyzji są różne. Wskazuje to na obecność interferencji międzysymbolowej (ISI), spowodowanej zniekształceniami, szumami, zakłóceniami oraz ograniczonym pasmem kanału.


4
Amplituda (U)
.4. 1. Oddziaływanie szumów na odbiornik

Prawdopodobieństwo takiego błędu Pe jest po prostu prawdopodobieństwem tego, że amplituda szumu przekracza +UB i jest znane jako prawdopodobieństwo ogona PDF,

Prawdopodobieństwo błędu jest znane też pod nazwą bitowej stopy błędu (BER) i jeśli przykładowo BER wynosi 10-6, to oznacza po prostu, że jeden błędny bit przypada na każdy milion bitów nadanych

Aby dokonać obliczeń numerycznych związanych z BER można użyć różnych metod. Najczęściej stosuje się funkcję błędu


4.4. 2. Przepływność kanału

Maksymalna szybkość transmisji, z jaką można przesyłać informację przez kanał z dowolną małą stopą błędu, nosi nazwę przepływności kanału



Twierdzenie Shannona o przepływności kanału odnosi wymienione czynniki do przepływności kanału

Wielkość ta nosi czasem nazwę granicy Shannona

1   2   3


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna