Άσκηση 5 η. Διαμόρφωση/Αποδιαμόρφωση τετραγωνικής μεταλλαγής μετατόπισης φάσης QPSK (Quadratic Phase Shift Keying)

Transcript

1 Άσκηση 5 η Διαμόρφωση/Αποδιαμόρφωση τετραγωνικής μεταλλαγής μετατόπισης φάσης QPSK (Quadratic Phase Shift Keying) Εισαγωγή Πρωταρχικός σκοπός της φασματικά αποδοτικής διαμόρφωσης είναι η μεγιστοποίηση της απόδοσης εύρους ζώνης (bandwidth efficiency), που ορίζεται ως ο λόγος του ρυθμού δεδομένων εκπομπής προς το εύρος ζώνης του εκπεμπόμενου σήματος (σε μονάδες bit ανά δευτερόλεπτο ανά hertz), για μια καθορισμένη πιθανότητα σφάλματος συμβόλων. Ένας δευτερεύων σκοπός είναι να επιτευχθεί αυτή η απόδοση εύρους ζώνης με την ελάχιστη κατανάλωση μέσης ισχύος σήματος ή ισοδύναμα, για δίαυλο που διαταράσσεται από προσθετικό θόρυβο Gauss, να επιτευχθεί με την ελάχιστη μέση τιμή λόγου σήματος προς θόρυβο. Το Σχ.1 δείχνει το δομικό διάγραμμα ενός τυπικού πομπού QPSK. Η δυαδική ακολουθία εισόδου αναπαριστάνεται στην πολική της μορφή, με τα σύμβολα 1 και να παριστάνονται από E και E b volt, αντίστοιχα. Αυτή η δυαδική κυματομορφή διαιρείται μέσω ενός αποπολυπλέκτη σε δύο χωριστές δυαδικές κυματομορφές που αποτελούνται από τα περιττά και άρτια αριθμημένα bit της εισόδου. Αυτές οι δύο δυαδικές κυματομορφές συμβολίζονται με m 1 (t) και m 2 (t) και χρησιμοποιούνται για να διαμορφώσουν ένα ζευγάρι ορθοκανονικών φερόντων. Το αποτέλεσμα είναι ένα ζευγάρι δυαδικών σημάτων PSK τα οποία μπορούν να φωραθούν ανεξάρτητα λόγω της ορθογωνιότητας των φ 1 (t) και φ 2 (t). Τελικά οι δύο δυαδικές κυματομορφές PSK προστίθενται για να παράγουν την επιθυμητή κυματομορφή QPSK. Λόγω του ότι η διάρκεια του συμβόλου, Τ, μιας κυματομορφής QPSK είναι δυο φορές μεγαλύτερη από τη διάρκεια του bit, Τ b, για δοσμένο ρυθμό bit 1/Τ b απαιτείται το μισό εύρος ζώνης μετάδοσης από ότι στην αντίστοιχη δυαδική κυματομορφή PSK. Ισοδύναμα για δοσμένο εύρος ζώνης μετάδοσης, η κυματομορφή QPSK μεταφέρει δυο φορές περισσότερα bit πληροφορίας από την αντίστοιχη δυαδική κυματομορφή PSK. Ο δέκτης QPSK αποτελείται από ένα ζευγάρι συσχετιστών με κοινή είσοδο και τροφοδοτείται από ένα τοπικά παραγόμενο ζευγάρι ομόδυνων σημάτων αναφοράς φ 1 (t) και φ 2 (t) όπως φαίνεται στο σχ. 1.5(β). Οι έξοδοι των συσχετιστών x 1 και x 2 συγκρίνονται η κάθε μια με το κατώφλι των volt. Εάν x 1, παίρνεται η απόφαση υπέρ του συμβόλου 1 για την έξοδο του επάνω συμφασικού διαύλου, ενώ εάν x 1 παίρνεται η απόφαση υπέρ του συμβόλου. Παρόμοια εάν x 2, παίρνεται η απόφαση υπέρ του συμβόλου για την έξοδο του κάτω ή ορθογωνικού διαύλου, αλλά εάν x 2 παίρνεται η απόφαση υπέρ του συμβόλου. Τελικά, αυτές οι δύο δυαδικές ακολουθίες στις εξόδους του συμφασικού και του ορθογωνικού διαύλου συνδυάζονται σε πολυπλέκτη για να αναπαράγουν την αρχική δυαδική ακολουθία στην είσοδο του πομπού. b

2 m 1( t) Δυαδική κυματομορφή εισόδου m(t) Αποπολυπλέκ 2 1( t) cos(2f 1t) T b Σ κυματομορφή QPSK m 2( t) Συμφασικός δίαυλος 2 2 ( t) cos(2f 2t) Tb (α) (α) T dt x 1 Διάταξη απόφασης Λαμβανόμενο σήμα x(t) φ 1(t) Πολυπλέκτης Δυαδική κυματομορφή εξόδου T dt x 2 Διάταξη απόφασης φ 2(t) Ορθογωνικός δίαυλος (β) Σχ.1 Δομικά διαγράμματα για (α) πομπό QPSK και (β) δέκτη QPSK Σε μια κυματομορφή ορθογωνικής μεταλλαγής μετατόπισης φάσης (quadriphase-shift keying, QPSK), η φάση του φέροντος λαμβάνει μια από τις τέσσερις δυνατές τιμές, π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4, όπως φαίνεται από 2E si ( t) cos 2f ct (2i 1), t T T 4 όπου i=1,2,3,4, Ε είναι η ενέργεια του μεταδιδόμενου σήματος ανά σύμβολο, Τ είναι η διάρκεια του συμβόλου και η συχνότητα του φέροντος f c ισούται με n c /T για κάποιο σταθερό ακέραιο n c. Κάθε δυνατή τιμή της φάσης αντιστοιχεί σε ένα μοναδικό ζευγάρι bit που ονομάζεται dibit. Μπορούμε να κάνουμε τις εξής παρατηρήσεις: 1. Υπάρχουν μόνο δύο συναρτήσεις ορθοκανονικής βάσης φ 1 (t) και φ 2 (t) που περιέχονται στην ανάπτυξη του s i (t) και η κατάλληλη μορφή τους είναι: ( t) cos(2f ct), 2( t) sin(2 f ct), t T T T 2. Υπάρχουν τέσσερα σημεία πληροφορίας και τα αντίστοιχα διανύσματα σήματος ορίζονται από:

3 E cos(2i 1) 4 s i, i= 1,2,3, E sin(2i 1) 4 Οι τιμές των προβολών των διανυσμάτων σήματος στους ορθογώνιους άξονες s i1 και s i2 δίνονται στον Πίνακα 1.1. Οι δυο πρώτες στήλες αυτού του πίνακα δίνουν τα αντίστοιχα dibit, χρησιμοποιώντας κώδικα Gray, και την αντίστοιχη φάση του φέροντος. Επομένως, ένα σήμα QPSK χαρακτηρίζεται από ένα διδιάστατο χώρο σημάτων (δηλαδή Ν=2) και τέσσερα σημεία πληροφορίας (δηλαδή Μ=4), όπως απεικονίζεται στο σχ.1.6 Dibit εισόδου Φάση του σήματος Συντεταγμένες σημείων πληροφορίας t T QPSK (rad) s i1 s i2 1 π/4 E / 2 - E / 2 3π/4 - E / 2 - E / 2 1 5π/4 - E / 2 + E / π/4 + E / 2 + E / 2 Πίνακας 1.1 φ 2 Σύνορο απόφασης Περιοχή Ζ 3 Σημείο πληροφορίας 3 (dibit 1) E b /2 Σημείο πληροφορίας 4 (dibit 11) E b /2 E 2 b / Περιοχή Ζ 4 Σύνορο απόφασης φ 1 Περιοχή Ζ 2 Σημείο πληροφορίας 2 (dibit ) Σημείο πληροφορίας 1 (dibit 1) Περιοχή Ζ 1 Σχ. 2 Διάγραμμα χώρου σημάτων για ομόδυνο σύστημα QPSK

4 Σχ. 3 (a) Δυαδική ακολουθία εισόδου 111 η οποία χωρίζεται σε τέσσερις ψηφιολέξεις των δύο bit, (b) Ακολουθία περιττής αρίθμησης (το πρώτο bit κάθε ψηφιολέξης) και το αντίστοιχο BPSK σήμα που την υλοποιεί, (c) Ακολουθία ζυγής αρίθμησης (το δεύτερο bit κάθε ψηφιολέξης) και το αντίστοιχο BPSK σήμα που την υλοποιεί, (d) Η το QPSK σήμα που υλοποιεί την Δυαδική ακολουθία εισόδου και είναι υπέρθεση των δύο προηγουμένων s(t)=s i1(t)φ 1(t) + s i1(t)φ 1(t). Οδηγίες για την εκτέλεση της άσκησης Ζητούμενα Με τη βοήθεια του πακέτου προσομοίωσης Multisim έχουμε το παρακάτω κύκλωμα διαμόρφωσης/αποδιαμορφωσης με την τεχνική QPSK, και θα παρατηρήσουμε τα σήματα στην έξοδο του πομπού και του δέκτη.

5 V2 V 1 V 1usec 2usec V3 1 V 1 V 1usec 2usec 2 V1 8 1 Vpk 1kHz Deg 9 A1 Y X 1 V/V V A2 Y X 1 V/V V C A B 1 11 A3 1 V/V V R1 5Ω 14 L mH IC=A C nF IC=V 15 L mH IC=A C nF IC=V 16 L uH IC=A C nF IC=V 17 L uH IC=A C nF IC=V 24 A4 X Y R2 5Ω 1 V/V V 6 V5 1 Vpk 1kHz Deg V4 1 Vpk 1kHz 9Deg R3 5Ω 13 L mH IC=A C nF IC=V 26 L mH IC=A C nF IC=V 27 L uH IC=A C nF IC=V 28 L uH IC=A C nF IC=V 3 R4 5Ω A5 X Y 1 V/V V 12 7 V6 1 Vpk 1kHz 9Deg Σχ. 3 Κυκλωμα QPSK διαμόρφωσης/αποδιαμόρφωσης 1.Από το Instruments Toolbar τοποθετήσετε τον παλμογράφο 4 Chanell Oscilloscope και συνδέσετε στο κανάλι Α την έξοδο της γεννήτριας παλμοσειράς, στο κανάλι Β το διαμορφωμένο σήμα στο κανάλι C την έξοδο του ενός φίλτρου στον αποκωδικοποιητή και στο κανάλι D την έξοδο του άλλου φίλτρου. 2. Καταγράψτε τις παραμέτρους των δύο παλμοσειρών και των δύο ημιτονικών σημάτων (πλάτος, συχνότητα, χρονική ολίσθηση/διαφορά φάσης). 3. Ανοίξατε τον παλμογράφο (διπλό κλικ πάνω στο εικονίδιο). Ενεργοποιήστε τον προσομοιωτή Simulate Run. Αρχικά ρυθμίστε στη θέση ground τo κανάλι D και καταγράψτε την έξοδο του διαμορφωτή, και τις παλμοσειρές πληροφορίας, ώστε να μπορείτε να τις σχεδιάστε σε μελιμετρέ χαρτί. Πόσες ψηφιολέξεις μπορούμε να παρατήσουμε με τις ρυθμίσεις που έχουμε. Στην κυματομορφή του διαμορφωτή να δείξετε τις ψηφιολέξεις αυτές. 4.Στην συνέχεια ρυθμίστε στη θέση ground τα κανάλια Β,C και την D στη θέση DC και καταγράψτε τις εξόδους των φίλτρων του αποδιαμορφωτή. Τι παρατηρείται για τα σήματα εξόδου; Τι θα περιμένατε και που οφείλεται η διαφορά. Μετρήστε την διαφορά φάσης των σημάτων αυτών. Πως συσχετίζεται με την διαφορά των δύο παλμοσειρών εισόδου. 5. Ορίσατε φέρουσες συχνότητες 2KHz και 3KHz και παλμούς πληροφορίας με χαρακτηριστικά Pulse Width=.33msec, Period 1.1 msec. Επαναλάβετε τα βήμα 2-4 (στο φάσμα είναι χρήσιμο να καταγράψετε τι γίνεται σε μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων). 6. Βρείτε γραφικά την συνάρτηση μεταφοράς του φίλτρο του αποδιαμορφωτή) με την μεθοδολογία που ακολουθήσατε στην άσκηση 3 για την αποδιαμόρφωση ASK. Επεξεργασία α) Από το κύκλωμα του σχήματος προσδιορίστε από τι απαρτίζεται ο πομπός και από τι ο δέκτης. Περιγράψτε την λειτουργία τους. β)απαντήστε στα ερωτήματα των βημάτων 2 έως 6. Τα σήματα να γίνουν σε μελιμετρέ χαρτί με κατάλληλη αρίθμηση και να σημειώνονται οι άξονες και οι κλίμακές των αξόνων.

6

7 Εισαγωγή ΑΣΠΑΙΤΕ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠ/ΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧ. & ΕΚΠ/ΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΗΧ. Άσκηση 6 η Διαμόρφωση Πλάτους Παλμών PΑM (Pulse Amplitude Modulation) Για να επιτύχουμε βέλτιστη χρήση των καναλιών μετάδοσης, έγιναν προσπάθειες για να συμπεριλάβουμε όσα περισσότερα σήματα γίνεται στο ίδιο κανάλι. Εκτός από την πολυπλεξία με χρήση συχνοτήτων, χρησιμοποιείται και η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου. Η διαμόρφωση πλάτους παλμών (PAM Pulse Amplitude Modulation) είναι απαραίτητη για τα συστήματα πολυπλεξίας χρόνου. Από το θεώρημα δειγματοληψίας του Shannon, δεν είναι απαραίτητο να μεταφέρουμε ολόκληρο ένα σήμα. Αρκεί να εξάγουμε και να στείλουμε δείγματα του σήματος (σχ. 1), με συχνότητα δειγματοληψίας (f p ) τουλάχιστον διπλάσια της υψηλότερης συχνότητας του προς μετάδοση σήματος. Πρέπει δηλαδή να ισχύει: f p 2 f s max Σχ1. Σήμα δειγματοληψίας s(t) με συχνότητα f s=1/t s που προκύπτει από το αναλογικό σήμα m(t). Μια περιοδική ακολουθία παλμών διαμορφώνεται κατά πλάτος από τη συχνότητα του σήματος. Η διαμόρφωση πραγματοποιείται από ένα στοιχείο δειγματοληψίας (έναν ηλεκτρονικό διακόπτη), που επιτρέπει στο σήμα να περάσει στην έξοδο για χρονικό διάστημα όσο η διάρκεια του παλμού. Εκτός από το σήμα, αυτή η μέθοδος δειγματοληψίας παράγει ένα διευρυμένο φάσμα συχνοτήτων. s(t) LPF f l f p /2 κανάλι μετάδοσης LPF f l f p /2 s(t) S PAM (t) γεννήτρια παλμών Σχ2. Σχηματικό διάγραμμα διαμόρφωσης/αποδιαμόρφωσης πλάτους παλμών.

8 Εάν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι τουλάχιστον διπλάσια από την υψηλότερη συχνότητα του σήματος, τότε το αυθεντικό σήμα μπορεί να ανακτηθεί πλήρως με χρήση ενός βαθυπερατού φίλτρου. Το φάσμα ενός PAM σήματος είναι ως εξής: f p 2f p Σχ3. Φάσμα σήματος PAM (συνεχόμενη γραμμή) για flat-top δειγματοληψία. Στο σχήμα φαίνεται με διακεκομμένη γραμμή κομμάτι του φάσματος της παλμοσειράς δειγματοληψίας. Παρατηρήστε την μικρή παραμόρφωση των πλευρικών συχνοτήτων και την μείωση του πλάτους του που καθορίζεται από το φάσμα του σήματος δειγματοληψίας. Στα κανάλια φωνής, για να έχουμε αξιόπιστη συνομιλία χρησιμοποιούμε ένα φάσμα 3,1 KHz, με μέγιστη συχνότητα τα 3,4 KHz. Τα πραγματικά φίλτρα που χρησιμοποιούμε, παρουσιάζουν κυματισμούς στα άκρα του φάσματος και γι αυτό η συχνότητα δειγματοληψίας που απαιτείται για αξιόπιστη αναπαραγωγή του σήματος είναι 8 KHz. Έτσι, είναι σίγουρο ότι θα καταστείλουμε μεγαλύτερες συχνότητες από αυτές του μεταδιδόμενου σήματος. Κατά την μετάδοση, το PAM έχει την ίδια ευαισθησία στις παρεμβολές, όπως και το αναλογικό σήμα που θέλουμε να μεταδώσουμε. Σε λειτουργία πολυπλεξίας χρόνου, μπορεί να παρατηρηθεί διομιλία όταν η συχνότητα δειγματοληψίας λαμβάνεται από γειτονικά κανάλια. Έτσι το PAM χρησιμοποιείται μόνο σαν στάδιο εισόδου σε κάποιο ψηφιακό σύστημα. Το στοιχείο δειγματοληψίας πρέπει να τροποποιηθεί ώστε να περιλαμβάνει ένα κύκλωμα κατακράτησης που διατηρεί το σήμα σταθερό κατά την διάρκεια της μετατροπής από αναλογικό σε ψηφιακό. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ Σκοπός της άσκησης Α) Κατανόηση της αρχής λειτουργίας της διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PAM). Β) Δυνατότητα περιγραφής της λειτουργίας ενός διαμορφωτή πλάτους παλμού. Γ) Κατανόηση του πεδίου εφαρμογής της διαμόρφωσης πλάτους παλμού.

9 Συσκευές Όργανα Πάνελ ψηφιακών επικοινωνιών της LN: Διαμορφωτής πλάτους παλμού. Αποδιαμορφωτής πλάτους παλμού. Τροφοδοτικό DC, 15V / 2A Γεννήτρια συχνοτήτων RF σήματος OR-X MODEL 315 Ψηφιακός παλμογράφος EZ Digital Oscilloscope DS-125C Οδηγίες για την εκτέλεση της άσκησης Ζητούμενα 1. Σχεδιάστε το κύκλωμα που βλέπετε στο πάνελ και δώστε μια σύντομη περιγραφή των επιμέρους στοιχείων του. Ρυθμίστε τη γεννήτρια συναρτήσεων σε ημιτονικό σήμα 2Hz και πλάτους 2 V p-p. Τοποθετήστε τη βάση χρόνου του παλμογράφου στα,5 ms/cm. Τοποθετήστε την ευαισθησία για το σήμα εισόδου από τον διαμορφωτή πλάτους παλμών στα,5 V/cm και για το σήμα εξόδου στο 1 V/cm. Σκανδαλίστε τον παλμογράφο από το σήμα εισόδου. Τοποθετήστε τη γεννήτρια χρόνου του διαμορφωτή πλάτους παλμού στα 2 KHz. 2. Σχεδιάστε το παλμογράφημα σε μελιμετρέ χαρτί. 3. Σχολιάστε το δοσμένο παλμογράφημα. 4. Τοποθετήστε τη βάση χρόνου του παλμογράφου στα,5 ms/cm. Τοποθετήστε την ευαισθησία για το σήμα εισόδου από το διαμορφωτή πλάτος παλμών στα,5 V/cm και για το σήμα εξόδου, στα 2 V/cm. Τοποθετήστε τη γεννήτρια χρόνου του διαμορφωτή πλάτους παλμού στα 8 KHz με εύρος παλμών 5μs. 5. Σχεδιάστε το παλμογράφημα. 6. Σχολιάστε το δοσμένο παλμογράφημα. 7. Μεταβάλλετε το εύρος του παλμού και παρατηρήστε το αποτέλεσμα του στο σήμα εξόδου. Με τη βοήθεια του φάσματος (FFT συνάρτηση του παλμογράφου) προσδιορίστε τις συχνότητες που δεν καταπιέζονται ικανοποιητικά και παραμορφώνουν την έξοδο. (Δώστε σχετικό γράφημα). Επεξεργασία Απαντήστε στα ερωτήματα των βημάτων της πορείας της άσκησης και σχεδιάστε τα σχετικά γραφήματα. Στις γραφικές παραστάσεις να σημειώσετε τα μεγέθη που παριστάνονται στου άξονες, τις μονάδες τους και τις κλίμακες.

10 Άσκηση 7 η Παλμοκωδική Διαμόρφωση - PCM (Pulse Code Modulation) Εισαγωγή s(t) Η παλμοκωδική διαμόρφωση είναι μια μέθοδος ψηφιακής μετάδοσης και αποθήκευσης αναλογικών σημάτων στην οποία το φέρων σήμα δεν είναι ένας απλός τόνος (ημίτονο συχνότητας f c ) αλλά μία παλμοσειρά (που παίζει τον ρόλο του ρολογιού το οποίο συγχρονίζει όλα τα κυκλώματα που πραγματοποιούν τις διαδικασίες διαμόρφωσης αποδιαμόρφωσης). Χρησιμοποιείται ευρέως στην διάδοση βίντεο και ήχου, στην εγγραφή και επεξεργασία μετρήσεων στις τηλεπικοινωνίες. Για τη μετάδοση και επεξεργασία τηλεφωνικών σημάτων χρησιμοποιούνται παραλλαγές της μεθόδου όπως η Διαφορική Παλμοκωδική Διαμορφωση (DPCM - Difference Pulse Code Modulation) ή η Προσαρμοσμένη Διαφορική Παλμοκωδική Διαμορφωση (ΑDPCM - Adaptive Difference Pulse Code Modulation). Ένας παλμοκωδικός διαμορφωτής αποτελείται από τα εξής μέρη: ένα φίλτρο για φασματικό περιορισμό (bandwidth limiting) ένα κύκλωμα δειγματοληψίας (τύπου sample and hold) έναν κβαντιστή έναν κωδικοποιητή έναν παράλληλο σε σειριακό μετατροπέα LPF f L =f p /2 κβαντιστής κωδικοποιητής P S s PCM (t) CK Γεννήτρια Ρολογιού Σχ1. Σχηματικό διάγραμμα παλμοκωδικού διαμορφωτή. Το φασματικό εύρος του σήματος μετάδοσης s(t) περιορίζεται από ένα βαθυπερατό φίλτρο και εισάγεται στο sample and hold κύκλωμα από το οποίο ακολουθώντας το θεώρημα δειγματοληψίας το νέο σήμα περνά την διαδικασία κβαντισμού και κωδικοποίησης με αποτέλεσμα να μετατρέπεται σε ψηφιολέξεις τα ψηφία των ποιών πρέπει να μεταδοθούν σειριακά. Έτσι χρησιμοποιούμε ένα κύκλωμα μετατροπέα από παράλληλο σε σειριακό για να πάρουμε το PCM σήμα που μεταδίδεται στον δίαυλο επικοινωνίας.

11 Ο παλμοκωδικός αποκωδικοποιητής αποτελείται από τα εξής μέρη: ένα σειριακό σε παράλληλο μετατροπέα ένα μετατροπέα ψηφιακού σήματος σε αναλογικό και ένα βαθυπερατό φίλτρο s PCM (t) CK S P D A LPF f L =f p /2 s(t) Σχ2. Σχηματικό διάγραμμα παλμοκωδικού απόδιαμορφωτή. Το διαμορφωμένο σήμα που λαμβάνεται στον αποδιαμορφωτή παραλληλοποιείται και οι ψηφιολέξεις μετατρέπονται σε ένα αναλογικό σήμα. Η συχνότητα του ρολογιού καταπιέζεται από το βαθυπερατό φίλτρο με αποτέλεσμα να ανακτάται το αρχικό σήμα s(t). Διάφορες τιμές συχνότητας ρολογιού και χαρακτηριστικά κβαντισμού επιλέγονται ανάλογα με το σύστημα που χρησιμοποιεί την PCM. Η συχνότητα του ρολογιού πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια της υψηλότερης συχνότητας που απαιτεί το σύστημα μετάδοσης. Ο αριθμός των επιπέδων κβαντισμού και η χαρακτηριστική συνάρτηση κβαντισμού καθορίζουν και τον λόγο θορύβου/σήματος που εισάγει το σύστημα διαμόρφωσης πέρα από τον θόρυβο που εισάγει ο δίαυλος διάδοσης. Παράδειγμα χρήσης PCM είναι τα ψηφιακά δίκτυα τηλεφωνίας που ακολουθούν το πρότυπο CCITT. Σε αυτά έχουμε τα εξής χαρακτηριστικά. Εύρος ζώνης 3,1 KHz Άνω όριο συχνότητας 3,4KHz Ευκρίνεια (μήκος ψηφιολέξης) 8bit Συχνότητα ρολογιού Ρυθμός μετάδοσης 64Kbits/s 3 κανάλια μετάδοσης ομιλίας, 1 κανάλι συγχρονισμού, 1 κανάλι σηματοδοσίας Στην άσκηση που ακολουθεί χρησιμοποιούνται οι ίδιες τιμές εύρους ζώνης και ορίων συχνότητας, με μέγιστη συχνότητα ρολογιού στα 8KHz. To σήμα συγχρονισμού μεταδίδεται ξεχωριστά. Ο ρυθμός μετάδοσης είναι 1 MHz. Η PCM έχει τα εξής πλεονεκτήματα: Οικονομική υλοποίηση. Παρεμβολές ή παραμορφώσεις όπως μη-γραμμικά φαινόμενα, απόκριση συχνότητας, θόρυβος, τα οποία εισάγονται στο κανάλι μετάδοσης δεν επηρεάζουν σημαντικά το PCM-σήμα. Υψηλός σηματοθορυβικός διαχωρισμός (περίπου 48dB στα 8bits). Κάθε δείγματολειφθήσα τιμή είναι ανεξάρτητη από την προηγούμενη. Τα PCM-σήματα ανακτώνται εύκολα. Ο σηματοθορυβικός λόγος μπορεί να παραμείνει σταθερός ανεξάρτητα από την απόσταση διάδοσης. Η PCM έχει τα εξής μειονεκτήματα: Ανάγκη για φίλτρα υψηλής τάξης. Στην προσπάθεια να ελαχιστοποιήσουμε τα λάθη που εισάγει ο κβαντισμός έχουμε ανάγκη από μεγαλύτερο εύρος ζώνης.

12 Η υψηλότερη τιμή συχνότητας του καναλιού μετάδοσης πρέπει να είναι διπλάσια της μεγαλύτερης τιμής συχνότητας του σήματος. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ Σκοπός της άσκησης Σκοπός αυτής της άσκησης είναι: 1. Να εξηγήσουμε τις θεμελιώδεις αρχές της παλμοκωδικής διαμόρφωσης. 2. Να περιγράψουμε την κατασκευή ενός διαμορφωτή παλμών, 3. Να καταλάβουμε τις μεθόδους αναλογικής/ψηφιακής και παράλληλης/σειριακής μετατροπής, 4. Να περιγράψουμε εφαρμογές PCM Συσκευές Όργανα Πάνελ ψηφιακών επικοινωνιών της LN: Διαμορφωτής πλάτους παλμού. Αποδιαμορφωτής πλάτους παλμού. Διαμορφωτής PCM Αποδιαμορφωτής PCM Τροφοδοτικό DC, 15V / 2A Γεννήτρια συχνοτήτων RF σήματος OR-X MODEL 315 Ψηφιακός παλμογράφος EZ Digital Oscilloscope DS-125C Οδηγίες για την εκτέλεση της άσκησης Ζητούμενα 1. Σχεδιάστε το κύκλωμα που βλέπετε στο πάνελ και δώστε μια σύντομη περιγραφή των επιμέρους στοιχείων του. Συνδέστε την γεννήτρια συχνοτήτων στην είσοδο του διαμορφωτή παλμών κατά πλάτος. Ρυθμίστε τη συχνότητα ημιτονοειδούς σήματος στο 1 KHz, και 1Vpp. Στον παλμογράφο, παρακολουθείστε το σήμα εισόδου και το σήμα του μορφοποιητή παλμών.[χρησιμοποιείστε τις ρυθμίσεις άξονας χρόνου:,2ms/div, άξονας πλάτους,5 V/div. και για τα δύο κανάλια.] Ρυθμίστε την γεννήτρια ρολογιού στο μέγιστο και στη συνέχεια μεταβάλλετε την συχνότητα μέχρι να αποκτήσετε σταθερό σήμα στην οθόνη. 2. Σχεδιάστε το παλμογράφημα σε μελιμετρέ χαρτί, και εξηγήστε την λειτουργία του διαμορφωτή PAM. 3. Εμφανίστε στον παλμογράφο τα σήματα εξόδου του αποδιαμορφωτή PCM και αποδιαμορφωτή PAM. Σχεδιάστε το παλμογράφημα σε μελιμετρέ χαρτί, συγκρίνετε το σήμα με αυτό της εισόδου του PCM και εξηγήστε τα βήματα της επεξεργασίας σήματος. 4. Εμφανίστε τα σήματα SYN και CK. [Χρησιμοποιείστε τις ρυθμίσεις άξονας χρόνου: 1μs/div, άξονας πλάτους 2 V/div. και για τα δύο κανάλια.] Αν τυχόν χρειαστεί σκανδαλίστε στο σήμα SYN. 5. Σχεδιάστε τα σήματα αυτά σε μελιμετρέ χαρτί. Ποια είναι αυτά τα σήματα και ποιος ο ρόλος τους. Εξηγείστε την καθυστέρηση που παρουσιάζουν μεταξύ τους τα σήματα αυτά.

13 6. Εμφανίστε το σήμα CK και το σήμα εξόδου του PCM διαμορφωτή [Χρησιμοποιείστε τις ρυθμίσεις άξονας χρόνου: 2μs/div, άξονας πλάτους 2V/div. και για τα δύο κανάλια.] Σκανδαλίστε στο σήμα CK. Αντί της γεννήτριας συναρτήσεων συνδέστε μια πηγή DC σήματος με έξοδο 1V. 7. Απενεργοποιείστε τα bits του μετατροπέα A/D και εξηγείστε την επίδραση της στην ποιότητα μετάδοσης. Σχεδιάστε το παλμογράφημα σε μελιμετρέ χαρτί, και εξηγήστε την αρχή λειτουργίας της μετάδοσης. 8. Συγκρίνετε στον παλμογράφο τα σήματα εισόδου και εξόδου ολοκλήρου του συστήματος μετάδοσης. Απενεργοποιείστε τα bits το ένα μετά το άλλο αρχίζοντας με τον άνω διακόπτη (low bit). 9. Παρατηρήστε την επίδραση στην μετάδοση και εξηγήστε την επίδραση στην ποιότητα του επιθυμητού σήματος. Επεξεργασία Απαντήστε στα ερωτήματα των βημάτων της πορείας της άσκησης και σχεδιάστε τα σχετικά γραφήματα. Στις γραφικές παραστάσεις να σημειώσετε τα μεγέθη που παριστάνονται στου άξονες, τις μονάδες τους και τις κλίμακες.