ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Transcript

1 Σκοπός Σκοπός του παραδοτέου είναι η δημιουργία και η επίδειξη ενδεικτικών εργαστηριακών περιπτώσεων στο αντικείμενο της σηματοδοσίας των αναλογικών τηλεπικοινωνιών που αποτελούν τη βάση για τη μελέτη πιο προηγμένων διαμορφώσεων. Στόχος είναι η επίδειξη παραγωγής σημάτων και λήψης μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας τον προηγμένο υπολογιστικό εξοπλισμό και την υπηρεσία απομακρυσμένου εργαστηρίου (Remote Lab). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Στο παραδοτέο, ως πρακτική επίδειξη, περιγράφεται η δημιουργία εργαστηριακών περιπτώσεων στο αντικείμενο της πραγματικής σηματοδοσίας των αναλογικών τηλεπικοινωνιών. Στόχος είναι η επίδειξη παραγωγής σημάτων τύπου AM και FM και λήψης μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας τον προηγμένο υπολογιστικό εξοπλισμό και την υπηρεσία απομακρυσμένου εργαστηρίου (Remote Lab). Πιο συγκεκριμένα, περιγράφεται η διεξαγωγή εργαστηριακών πειραμάτων πραγματικού χρόνου για: 1. Παραγωγή, αποδιαμόρφωση και λήψη μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο σηματοδοσίας διαμόρφωσης πλάτους ΑΜ με διάφορα ποσοστά διαμόρφωσης και DSBsc. 2. Παραγωγή, αποδιαμόρφωση και λήψη μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο σηματοδοσίας διαμόρφωσης συχνότητας FΜ με διάφορους δείκτες διαμόρφωσης. Οι παραπάνω περιπτώσεις συνδυάζονται και με προηγούμενα παραδοτέα στα οποία είχε εξεταστεί το θεωρητικό υπόβαθρο, με στόχο την πληρέστερη κατανόηση των περιπτώσεων που παρουσιάζονται παρακάτω.

2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ... 2 ΣΚΟΠΟΣ... 1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ... 1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΠΛΑΤΟΥΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΟΡΕΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ AM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 50% ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ AM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 100% ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ AM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 200% ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ DSBsc ΜΕ ΣΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΑ 10 KHz ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ DSBsc ΜΕ ΣΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΑ 5 KHz ΚΑΙ 10 KHz 34 2 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΓΩΝΙΑΣ FM ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΟΡΕΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ FM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ FM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ FM ΜΕ ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 59

3 ΑΝΑΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ 1 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΠΛΑΤΟΥΣ 1.1 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΔΙΑΤΑΞΗ Σκοπός είναι η επίδειξη της παραγωγής και της λήψης σημάτων, διαμορφωμένων με σχήματα αναλογικών διαμορφώσεων πλάτους, και μεταδιδόμενων μέσω ομοαξονικού καλωδίου. Αρχικά πραγματοποιείται η κλασσική διαμόρφωση πλάτους AM, και παρουσιάζονται παραδείγματα για διάφορους δείκτες παραμόρφωσης. Στη συνέχεια ακολουθεί διαμόρφωση πλάτους με κατασταλμένο φέρον DSBsc. Η παραγωγή του σήματος επιτυγχάνεται με χρήση της γεννήτριας ψηφιακών σημάτων TEKTRONIX AWG 7122C. Πιο συγκεκριμένα, για την παραγωγή του διαμορφωμένου σήματος με ΑΜ χρησιμοποιείται η εφαρμογή RFXpress, ενώ για την παραγωγή του διαμορφωμένου σήματος με DSBsc χρησιμοποιείται η εφαρμογή AWG7122C. Η λήψη των σημάτων, καθώς και οι μετρήσεις του εύρους ζώνης και της ισχύος, επιτυγχάνεται με χρήση του αναλυτή ψηφιακών σημάτων AEROFLEX SVA-13. Επίσης, για την απεικόνιση του μεταδιδόμενου σήματος στο πεδίο του χρόνου χρησιμοποιείται ο παλμογράφος TEKTRONIX DPO 7354C.

4 Σχήμα 1-1: Εξοπλισμός για αναλογικές διαμορφώσεις πλάτους. TEKTRONIX AWG 7122C αριστερά, TEKTRONIX DPO 7354C επάνω δεξιά και AEROFLEX SVA-13 κάτω δεξιά. Στο πείραμα πραγματοποιείται, αρχικά, η AM διαμόρφωση μέσω της εφαρμογής RFXpress της γεννήτριας. Η συχνότητα του φέροντος είναι 10 MHz και η συχνότητα του σήματος της πληροφορίας 10 KHz. Δοκιμάζονται τρεις τιμές για τον δείκτη διαμόρφωσης, σε 50%, 100% και 200%. Ο τελικός στόχος είναι η απεικόνιση της κυματομορφής του διαμορφωμένου σήματος στον παλμογράφο TEKTRONIX DPO 7354C, η απεικόνιση του φάσματος του διαμορφωμένου σήματος στον αναλυτή ψηφιακών σημάτων AEROFLEX SVA-13, και ο προσδιορισμός του δείκτη διαμόρφωσης τόσο από την κυματομορφή όσο και από το φάσμα. Στη συνέχεια πραγματοποιείται η DSBsc διαμόρφωση μέσω της εφαρμογής AWG7122C της γεννήτριας. Η συχνότητα του φέροντος είναι επίσης 10MHz και η συχνότητα του σήματος της πληροφορίας 10 KHz. Πραγματοποιείται απεικόνιση της κυματομορφής και του φάσματος του διαμορφωμένου σήματος. Τέλος, επαναλαμβάνεται η DSBsc διαμόρφωση με το σήμα της πληροφορίας να αποτελείται από δύο φασματικές συνιστώσες στα 5 KHz και 10 KHz.

5 1.2 ΠΟΡΕΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ AM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 50% Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Η γεννήτρια λειτουργεί με το λογισμικό AWG7122C, το οποίο παρέχει ένα πλήρες σύνολο ρυθμίσεων για τη λειτουργία του μηχανήματος, καθώς και ένα περιορισμένο αριθμό έτοιμων σημάτων για παραγωγή. Για οποιαδήποτε λειτουργία της γεννήτριας, όπως παραγωγή σήματος από άλλη εφαρμογή, το λογισμικό AWG7122C πρέπει να παραμένει σε λειτουργία. Για την παραγωγή της AM διαμόρφωσης χρησιμοποιείται η εφαρμογή RFXpress. H εφαρμογή επιτρέπει την παραγωγή ενός σήματος μέσα από ένα πλήθος διαμορφώσεων, και με ποικίλους τρόπους.

6

7 Για τη ρύθμιση της εφαρμογής, αρχικά, επιλέγονται στην μπάρα ρυθμίσεων οι επιλογές Generic Signal και IF/RF.

8

9 Στη συνέχεια στο πεδίο Carriers επιλέγεται Single Carrier. Στο πλαίσιο δεξιά από το πεδίο Carriers εμφανίζεται λίστα που καταγράφει όλες τις παραμέτρους που αφορούν το σήμα.

10 Στις παραμετροποιήσεις Single Carrier της καρτέλας Setup, συμπληρώνεται στο πεδίο Frequency η τιμή της συχνότητας του φέροντος σε 10MHz, και στο πεδίο Amplitude συμπληρώνεται η επιθυμητή τιμή μέγιστης ισχύος του σήματος σε 0 dbm. Επισημαίνεται ότι εάν χρειαστεί, η εφαρμογή κανονικοποιεί το τελικό σήμα που θα παραχθεί έτσι ώστε η μέγιστη τιμή της τάσης με τη μικρότερη τιμή της τάσης στην έξοδο να μην έχουν διαφορά μεγαλύτερη το 0.5 Volts.

11 Στις παραμετροποιήσεις Modulation της καρτέλας Setup, επιλέγεται στο πεδίο Modulation η διαμόρφωση AM και στο πεδίο Modulating Frequency η συχνότητα του σήματος πληροφορίας σε 10 KHz. Ο δείκτης διαμόρφωσης AM Mod Index επιλέγεται σε 50%.

12 Στη συνέχεια επιλέγεται το κουμπί Compile στην μπάρα ρυθμίσεων, και μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία, επιλέγεται το κουμπί Run. Επισημαίνεται ότι η εφαρμογή καθορίζει αυτόματα την συχνότητα δειγματοληψίας σε 6 φορές τη συχνότητα του φέροντος.

13

14 Παράλληλα, στο λογισμικό AWG7122C, το σήμα που δημιουργήθηκε φαίνεται ότι έχει φορτωθεί στο κανάλι 1, ενώ απεικονίζεται και η κυματομορφή του. Το πλάτος του σήματος είναι 0.5 Vpp. Στην καρτέλα CH1 και στο πεδίο Amplitude, στο κάτω μέρος της οθόνης, είναι συμπληρωμένη αυτόματα η τιμή 0.5 Vpp, η οποία είναι η μέγιστη τιμή τάσης που είναι κανονικοποιημένο το σήμα από τη γεννήτρια. Αυτή η τιμή είναι η μικρότερη που παρέχει η γεννήτρια για κανονικοποίηση της τάσης του σήματος, ενώ η μέγιστη είναι 1 Vpp.

15 Απεικόνιση σε παλμογράφο Tektronix DPO7354C Στον παλμογράφο απεικονίζεται η κυματομορφή του σήματος. Διακρίνεται η περιβάλλουσα, διότι είναι πολύ μικρότερη η συχνότητα της από το φέρον. Η περίοδος της περιβάλλουσας αντιστοιχεί σε 100 μs div 1 div = 100 μs. Το μέγιστο πλάτος της περιβάλλουσας αντιστοιχεί σε70 mv div 1 div = 70 mv. Ο δείκτης διαμόρφωσης που προκύπτει είναι m = 3 div = 210 mv και το ελάχιστο πλάτος σε70 mv div 210 mv 70 mv 210 mv+70 mv = 0.5, δηλαδή 50%. Το μέγιστο πλάτος, το οποίο είναι 210 mv, είναι μικρότερο σε σχέση με το μέγιστο 250 mv που παράγει η γεννήτρια, λόγω απωλειών του ομοαξονικού καλωδίου.

16 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, μπορούν να πραγματοποιηθούν αναλύσεις σε ψηφιακά σήματα, καθώς και αποδιαμορφώσεις σε ένα πλήθος από ψηφιακές διαμορφώσεις και σήματα από τηλεπικοινωνιακά πρότυπα. Για τις αναλογικές διαμορφώσεις πλάτους χρησιμοποιείται για την απεικόνιση του φάσματος. Για την απεικόνιση του φάσματος στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, αρχικά, από την κρυφή καρτέλα στην αριστερή πλευρά της αρχικής οθόνης επιλέγεται η λειτουργία Spectrum Analyzer.

17 Στην περιοχή RF και στο πεδίο RF Frequency συμπληρώνεται η τιμή της συχνότητας του φέροντος σε 10 MHz και στο πεδίο Level συμπληρώνεται η αναμενόμενη τιμή μέγιστης ισχύος του σήματος σε 0 dbm. Στο πεδίο Span επιλέγεται το εύρος συχνοτήτων που είναι επιθυμητό να απεικονιστούν σε 40 KHz και στο πεδίο RBW συμπληρώνεται η τιμή με την οποία θα γίνεται η ανάλυση στο φάσμα σε 100 Hz. Πατώντας το κουμπί Measurement πραγματοποιείται η απεικόνιση του φάσματος.

18 Για τη μέτρηση της ισχύος σε κάθε φασματική συνιστώσα, ενεργοποιούνται οι Markers, και τοποθετούνται στις φασματικές κορυφές. Η διαδικασία γίνεται επιλέγοντας το μπλε βέλος πάνω δεξιά στην οθόνη, και ακολουθώντας τη διαδικασία που απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα. Κάτω από το γράφημα εμφανίζονται οι συντεταγμένες για τους Markers, δηλαδή συχνότητα ισχύς. Ο Marker 1 τοποθετείται στο φέρον, και οι Markers 2 και 3 τοποθετούνται στις συμμετρικές φασματικές συνιστώσες της πληροφορίας. Οι συχνότητες στις οποίες είναι τοποθετημένοι οι Marker 1, 2 και 3 είναι 10 MHz, 9.99 MHz και MHz. Συμμετρικά δηλαδή -10 KHz και +10 KHz από το φέρον. Αντίστοιχα οι λαμβανόμενες ισχύεις είναι dbm, dbm και dbm. Η ισχύς του φέροντος είναι περίπου 12 db μεγαλύτερη από τις συνιστώσες της πληροφορίας. Αυτό σημαίνει ότι έχει 4 φορές μεγαλύτερο πλάτος από τις συνιστώσες της πληροφορίας, το διπλάσιο δηλαδή για κάθε 6 db. Επομένως, έχει 2 φορές μεγαλύτερο πλάτος από το άθροισμα των συνιστωσών της πληροφορίας, από το οποίο συνεπάγεται ότι ο δείκτης διαμόρφωσης προκύπτει σε 0.5, δηλαδή 50%.

19

20 1.2.2 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ AM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 100% Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Για την αλλαγή του δείκτη διαμόρφωσης σε 100%, συμπληρώνεται στην εφαρμογή RFXpress της γεννήτριας, στις παραμετροποιήσεις Modulation της καρτέλας Setup και στο πεδίο AM Mod Index η τιμή 100%. Στη συνέχεια, επιλέγεται το κουμπί Compile στην μπάρα ρυθμίσεων, και μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία, επιλέγεται το κουμπί Run για την εκπομπή του σήματος.

21

22 Απεικόνιση σε παλμογράφο Tektronix DPO7354C Στον παλμογράφο απεικονίζεται η κυματομορφή του νέου σήματος. Η περίοδος της περιβάλλουσας παραμένει σταθερή σε 100 μs. Το μέγιστο πλάτος της περιβάλλουσας παραμένει σε 210 mv, ενώ το ελάχιστο πλάτος έχει μηδενιστεί. Ο δείκτης διαμόρφωσης που προκύπτει είναι m = 210 mv 0 mv 210 mv+0 mv = 1, δηλαδή 100%.

23 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, χωρίς να χρειάζεται επιπλέον κάποια ρύθμιση, οι Markers δείχνουν τις ισχύεις των φασματικών συνιστωσών, καθώς δεν έχουν αλλάξει οι συχνότητες. Οι λαμβανόμενες ισχύς για τους Markers 1, 2 και 3 είναι dbm, dbmκαι dbm. Η ισχύς του φέροντος είναι 6 db μεγαλύτερη από τις συνιστώσες της πληροφορίας, επομένως έχει 2 φορές μεγαλύτερο πλάτος από τις συνιστώσες της πληροφορίας. Επομένως, είναι ίσο το πλάτος με το άθροισμα των συνιστωσών της πληροφορίας, το οποίο σημαίνει ότι ο δείκτης διαμόρφωσης προκύπτει σε 1, δηλαδή 100%.

24 1.2.3 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ AM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 200% Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Όμοια με το προηγούμενο βήμα, για την αλλαγή του δείκτη διαμόρφωσης σε 200%, συμπληρώνεται στην εφαρμογή RFXpress της γεννήτριας, στις παραμετροποιήσεις Modulation της καρτέλας Setup και στο πεδίο AM Mod Index η τιμή 200%. Στη συνέχεια, επιλέγεται το κουμπί Compile στην μπάρα ρυθμίσεων, και μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία, επιλέγεται το κουμπί Run για την εκπομπή του σήματος.

25 Απεικόνιση σε παλμογράφο Tektronix DPO7354C Στον παλμογράφο απεικονίζεται η κυματομορφή του νέου σήματος. Η περίοδος της περιβάλλουσας παραμένει σταθερή σε 100 μs, ενώ φαίνεται και η επικάλυψη της άνω με της κάτω περιβάλλουσας. Το μέγιστο πλάτος της περιβάλλουσας παραμένει σε 210 mv, ενώ το ελάχιστο πλάτος είναι υπό το μηδέν, λόγω της επικάλυψης, σε 70 mv ( 1) div = 70 mv. Ο δείκτης διαμόρφωσης που προκύπτει είναι m = 200%. div 210 mv ( 70 mv) 210 mv+( 70 mv) = 2, δηλαδή

26 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, οι Markers παραμένοντας στις ίδιες συχνότητες. Δείχνουν τις ισχύεις των φασματικών συνιστωσών σε dbm, dbm και dbm. Η ισχύς του φέροντος είναι ίση με τις συνιστώσες της πληροφορίας, επομένως έχει ίσο πλάτος από τις συνιστώσες της πληροφορίας και μισό πλάτος σε σχέση με το άθροισμα των συνιστωσών της πληροφορίας. Αυτό σημαίνει ότι ο δείκτης διαμόρφωσης προκύπτει σε 2, δηλαδή 200% ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ DSBsc ΜΕ ΣΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΑ 10 KHz Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Για την παραγωγή της DSBsc διαμόρφωσης χρησιμοποιείται η κύρια εφαρμογή της γεννήτριας, η AWG7122C. Η εφαρμογή αυτή, έχει σκοπό να ελέγχει πλήρως όλες τις λειτουργίες και τις δυνατότητες της γεννήτριας, και να παράγει σήματα τα οποία τα εισάγει ως δείγματα όπου έχουν δημιουργηθεί από άλλες εφαρμογές, π.χ. RFXpress, Matlab, κτλ. Με άλλα λόγια, η εφαρμογή δεν είναι η κατάλληλη για τη δημιουργία σημάτων, παρόλα αυτά επιτρέπει την παραγωγή απλών σημάτων, όπως ημιτονικά σήματα. Για τη ρύθμιση της εφαρμογής, επιλέγεται η καρτέλα CH1 στην περιοχή Settings στο κάτω μέρος της οθόνης, και συμπληρώνεται το πλάτος 1 Vpp στο πεδίο Amplitude.

27 Στη συνέχεια, στην καρτέλα Timing, συμπληρώνεται στο πεδίο Sampling Rate η τιμή 100 MS/s, η οποία είναι 10 φορές μεγαλύτερη από το φέρον.

28 Για τη δημιουργία των σημάτων του φέροντος και της πληροφορίας, θα πρέπει να ακολουθηθούν ένα προς ένα τα βήματα που επεξηγούνται παρακάτω, για τη δημιουργία ξεχωριστών ημιτονικών σημάτων για την πληροφορία και για το φέρον. Επίσης, στη συνέχεια, ξεχωριστά βήματα θα πρέπει να ακολουθηθούν για τη διαμόρφωση. Για τη δημιουργία ενός ημιτονικού σήματος, επιλέγεται στην περιοχή Waveform List, και μετά από δεξί κλικ σε κενό χώρο, η επιλογή Create Analog Waveform. Στο γραφικό περιβάλλον που εμφανίζεται, επιλέγεται, στο πεδίο Function, η επιλογή Sine για ημιτονικό σήμα. Στο πεδίο Timing επιλέγεται,για το Sampling Rate, η επιλογή No Change, για να παραμείνει η τιμή που καταχωρήθηκε σε προηγούμενο βήμα. Στο πεδίο αυτό, δίνεται η δυνατότητα για τη ρύθμιση του σήματος μέσω των Frequency για τη συχνότητα, Waveform Length για το μήκος των συμβόλων που θα αποτελούν την κυματομορφή, και Cycles για το πόσοι περίοδοι να εμπεριέχονται στην κυματομορφή. Η σχέση που συνδέει αυτές τις επιλογές μεταξύ τους είναι: Cycles Waveform Length = Frequency Sampling Rate

29 Οι τιμές που θα επιλεγούν, επειδή θα ακολουθήσουν μαθηματικές πράξεις μεταξύ των σημάτων στη συνέχεια, θα πρέπει να είναι τέτοιες ώστε για κάθε συχνότητα που θα δημιουργηθεί, η τιμή στο Cycles να είναι ακέραιος και μεγαλύτερος ή ίσος με 1, και το Waveform Length να είναι ίδιο για όλα τα σήματα. Τέλος, στο πεδίο Amplitude καταχωρείται η τιμή του πλάτους και στο Waveform Name η ονομασία του σήματος. Το σήμα δημιουργείται με το κουμπί Execute. Επομένως, δημιουργείται το πρώτο σήμα πληροφορίας με ονομασία SIGNAL1, Amplitude 1 Vpp, Sampling Rate σταθερό στα 100MS/s, Frequency στα 10 KHz και Waveform Length στα δείγματα. Το Cycles υπολογίζεται αυτόματα σε 2 περιόδους. Στη συνέχεια, δημιουργείται το δεύτερο σήμα πληροφορίας με ονομασία SIGNAL2, Amplitude 1 Vpp, Sampling Rate σταθερό στα 100MS/s, Frequency στα 5 KHz και Waveform Length στα δείγματα. Το Cycles υπολογίζεται αυτόματα σε 1 περίοδο.

30 Για τη δημιουργία του φέροντος, με ονομασία CARRIER, επιλέγεται Amplitude 2 Vpp, Sampling Rate σταθερό στα 100MS/s, Frequency στα 10 ΜHz και Waveform Length στα δείγματα. Το Cycles υπολογίζεται αυτόματα σε 2000 περιόδους.

31 Για την πραγματοποίηση της διαμόρφωσης επιλέγεται από τις καρτέλες επιλογών η καρτέλα Tools και το εργαλείο Math. Στο γραφικό περιβάλλον και στο πεδίο New Waveform συμπληρώνεται η ονομασία του διαμορφωμένου σήματος σε DSBsc1, και η υλοποίηση της εξίσωσης σε DSBsc1=CARRIER*SIGNAL1.

32 Στη συνέχεια, στην καρτέλα CH1 του Setting, επιλέγεται στο πεδίο Output Waveform το σήμα DSBsc1. Με το κουμπί Run, το σήμα παράγεται και ξεκινάει η μετάδοσή του από το κανάλι 1 της γεννήτριας Απεικόνιση σε παλμογράφο Tektronix DPO7354C Στον παλμογράφο απεικονίζεται η κυματομορφή του σήματος. Η περίοδος της περιβάλλουσας αντιστοιχεί σε 50 μs 2 div = 100 μs. Το μέγιστο πλάτος της div περιβάλλουσας αντιστοιχεί σε 70 mv 6.4 div = 448 mvpp. div

33 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, χωρίς να χρειάζεται επιπλέον κάποια ρύθμιση, οι Markers δείχνουν τις ισχύεις των φασματικών συνιστωσών, καθώς δεν έχουν αλλάξει οι συχνότητες από την AM. Οι λαμβανόμενες ισχύς για τους Markers 1, 2 και 3 είναι dbm, dbm και dbm. Το φέρον σε αυτή την περίπτωση, δηλαδή στη DSBsc διαμόρφωση, έχει μηδενική ισχύ, και όλη η ισχύς του σήματος διαμοιράζεται στις 2 φασματικές συνιστώσες της πληροφορίας.

34 1.2.5 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ DSBsc ΜΕ ΣΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΑ 5 KHz ΚΑΙ 10 KHz Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Στη γεννήτρια, για την πραγματοποίηση της διαμόρφωσης με δύο σήματα πληροφορίας, επιλέγεται το εργαλείο Math, και στο γραφικό περιβάλλον συμπληρώνεται η εξίσωση SIGNAL_SUM=SIGNAL1+SIGNAL2.

35 Για την πραγματοποίηση της διαμόρφωσης συμπληρώνεται επίσης η εξίσωση DSBsc2=CARRIER*SIGNAL_SUM.

36 Στη συνέχεια, στην καρτέλα CH1 του Setting, επιλέγεται στο πεδίο Output Waveform το σήμα DSBsc2 και με το κουμπί Run, το σήμα παράγεται και ξεκινάει η μετάδοσή του από το κανάλι 1 της γεννήτριας Απεικόνιση σε παλμογράφο Tektronix DPO7354C Στον παλμογράφο απεικονίζεται η κυματομορφή του σήματος. Η περίοδος της περιβάλλουσας αντιστοιχεί σε 50 μs 4 div = 200 μs, διπλάσια διάρκεια από το div προηγούμενο σήμα, λόγω της προσθήκης της συχνότητας των 5 KHz. Το μέγιστο πλάτος της περιβάλλουσας αντιστοιχεί σε 100 mv 8 div = 800 mvpp, δηλαδή περίπου το διπλάσιο div πλάτος, λόγω της άθροισης της επιπλέον συχνότητας.

37 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, τοποθετώντας τους Markers στις κορυφές, φαίνονται οι ισχύεις των 4 φασματικών συνιστωσών. Οι λαμβανόμενες ισχύεις είναι ίσες για όλους τους Markers στα dbm. Το φέρον έχει μηδενική ισχύ, και όλη η ισχύς του σήματος διαμοιράζεται στις 4 φασματικές συνιστώσες της πληροφορίας. Παρόλα αυτά, λόγω των δύο επιπλέον συνιστωσών, η συνολική ισχύς του εύρους ζώνης είναι διπλάσια από το προηγούμενο σήμα με τη μία συχνότητα πληροφορίας.

38

39 2 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΓΩΝΙΑΣ FM 2.1 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΔΙΑΤΑΞΗ Σκοπός είναι η επίδειξη της παραγωγής και της λήψης σημάτων, διαμορφωμένων με σχήμα αναλογικής διαμορφώσεως γωνίας, και μεταδιδόμενων μέσω ομοαξονικού καλωδίου. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιείται η διαμόρφωση FM και παρουσιάζονται παραδείγματα για διάφορους δείκτες παραμόρφωσης. Η παραγωγή του σήματος επιτυγχάνεται με χρήση της γεννήτριας ψηφιακών σημάτων TEKTRONIX AWG 7122C, μέσω της εφαρμογής RFXpress. Η λήψη των σημάτων, καθώς και οι μετρήσεις του εύρους ζώνης και της ισχύος, επιτυγχάνεται με χρήση του αναλυτή ψηφιακών σημάτων AEROFLEX SVA-13. Σχήμα 1-2: Εξοπλισμός για αναλογικές διαμορφώσεις γωνίας. TEKTRONIX AWG 7122C αριστερά και AEROFLEX SVA-13 δεξιά. Στο πείραμα πραγματοποιείται η FM διαμόρφωση μέσω της εφαρμογής RFXpress της γεννήτριας. Η συχνότητα του φέροντος είναι 100 MHz και η συχνότητα του σήματος της πληροφορίας είναι μεταβλητή, με στόχο την επίτευξη συγκεκριμένων τιμών του δείκτη διαμόρφωσης. Δοκιμάζονται δύο τιμές για τον δείκτη διαμόρφωσης οι οποίες προκύπτουν από σήμα πληροφορίας στα 15 KHz και στα 5 KHz. Στη συνέχεια δοκιμάζονται ειδικές περιπτώσεις για την τιμή του δείκτη διαμόρφωσης σε 2.4 και 3.8. Στην πρώτη περίπτωση μηδενίζεται η ισχύς του φέροντος, ενώ στη δεύτερη μηδενίζεται η ισχύς της πρώτης αρμονικής. Ο τελικός στόχος είναι η απεικόνιση του φάσματος του διαμορφωμένου σήματος στον αναλυτή ψηφιακών σημάτων AEROFLEX SVA-13, και η μέτρηση της ισχύος στο φέρον και στην πρώτη αρμονική.

40 2.2 ΠΟΡΕΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ FM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Για την παραγωγή της FM διαμόρφωσης χρησιμοποιείται η εφαρμογή RFXpress. Για τη ρύθμιση της εφαρμογής, επιλέγονται στην μπάρα ρυθμίσεων οι επιλογές Generic Signal και IF/RF και στο πεδίο Carriers επιλέγεται Single Carrier.

41

42

43 Για τις ρυθμίσεις της διαμόρφωσης, στις παραμετροποιήσεις Single Carrier της καρτέλας Setup, συμπληρώνεται στο πεδίο Frequency η τιμή της συχνότητας του φέροντος σε 100 MHz, και στο πεδίο Amplitude συμπληρώνεται η επιθυμητή τιμή μέγιστης ισχύος του σήματος σε 0 dbm. Υπενθυμίζεται ότι εάν χρειαστεί, η εφαρμογή κανονικοποιεί το τελικό σήμα που θα παραχθεί.

44 Στις παραμετροποιήσεις Modulation της καρτέλας Setup, επιλέγεται στο πεδίο Modulation η διαμόρφωση FM και στο πεδίο Frequency Deviation η τιμή 75 KHz, που αντιστοιχούν και στην FM ραδιοφωνία. Στο πεδίο Modulating Frequency επιλέγεται η συχνότητα του σήματος πληροφορίας σε 15 KHz. Ο δείκτης διαμόρφωσης της FM διαμόρφωσης ορίζεται σε: Frequency Deviation 75 KHz 75 KHz m = = = Modulating Frequency 15 KHz 15 KHz = 5

45 Στη συνέχεια επιλέγεται το κουμπί Compile και Run στην μπάρα ρυθμίσεων. Επισημαίνεται ότι η εφαρμογή καθορίζει αυτόματα την συχνότητα δειγματοληψίας σε 6 φορές τη συχνότητα του φέροντος.

46

47 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, από την κρυφή καρτέλα στην αριστερή πλευρά της αρχικής οθόνης, επιλέγεται η λειτουργία Generic. Στην περιοχή RF και στο πεδίο RF Frequency συμπληρώνεται η τιμή της συχνότητας του φέροντος σε 100 MHz, και στο πεδίο Level συμπληρώνεται η αναμενόμενη τιμή μέγιστης ισχύος του σήματος σε 0 dbm.

48 Από το μπλε βέλος, κάτω αριστερά της οθόνης, εμφανίζονται οι δυνατές επιλογές παραμετροποίησης για την επιλεγμένη λειτουργία Generic.

49 Αρχικά, στις παραμετροποιήσεις Modulation, επιλέγεται στο πεδίο Modulation Type η διαμόρφωση FM, και στο πεδίο Mode η επιλογή Mono. Οι υπόλοιπες ρυθμίσεις αφορούν παραμέτρους Audio, καθώς το πακέτο αυτό της αποδιαμόρφωσης FM στον αναλυτή, προορίζεται για πραγματικό ραδιοφωνικό σήμα. Στις παραμετροποιήσεις Spectrum συμπληρώνεται στο πεδίο Min. Frequency Span η τιμή 1 MHz και στο πεδίο Resolution B/W η τιμή 1 KHz.

50 Στις παραμετροποιήσεις Results, επιλέγοντας το μπλε βέλος πάνω δεξιά στην οθόνη, εμφανίζονται επιλογές για τις μετρήσεις. Μπορούν να εμφανίζονται μέχρι δύο γραφήματα ταυτόχρονα τα οποία να δείχνουν είτε γραφικά, όπως το φάσμα, είτε μετρήσεις, όπως Power και Occupied Bandwidth. Η ενεργοποίηση του αναλυτή γίνεται με το κουμπί Measurement. Για την απεικόνιση του φάσματος, από το μπλε βέλος πάνω δεξιά στην οθόνη, επιλέγεται η απεικόνιση Spectrum.

51 Στη συνεχεία ενεργοποιείται ο Marker 1 και τοποθετείται στη συχνότητα του φέροντος, στα 100 MHz, και ο Marker 2 στη πρώτη αρμονική, δηλαδή, 15 KHz δεξιά από το φέρον στη συχνότητα KHz. Αντίστοιχα, η ισχύς, όπως απεικονίζονται, είναι dbm και dbm.

52 Στη συνέχεια, σε νέο παράθυρο μετρήσεων, από το μπλε βέλος πάνω δεξιά στην οθόνη, επιλέγονται οι μετρήσεις FM, Occupied Bandwidth και Power. Η μέση ισχύς είναι dbm. Το Frequency Deviation είναι KHz, το οποίο είναι ίσο με την τιμή που καταχωρήθηκε στη γεννήτρια. Το Occupied Bandwidth είναι KHz, το οποίο επιβεβαιώνει τη θεωρία ότι: Occupied Bandwidth = 2 Modulating Frequency (m + 1) = 2 15 KHz (5 + 1) = 180 KHz

53

54

55 2.2.2 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ FM ΜΕ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Επιστρέφοντας στην γεννήτρια, και στην εφαρμογή για την παραγωγή της FM διαμόρφωσης, RFXpress, επιλέγεται στο πεδίο Modulating Frequency η συχνότητα του σήματος πληροφορίας από 15 KHz σε 5 KHz. Ο δείκτης διαμόρφωσης της FM σε αυτή την περίπτωση ορίζεται σε: Frequency Deviation 75 KHz m = = Modulating Frequency 5 KHz = 15 Στη συνέχεια επιλέγεται το κουμπί Compile και Run στην μπάρα ρυθμίσεων.

56 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13, χωρίς επιπλέον ρυθμίσεις, και στο πρώτο παράθυρο γραφημάτων με την απεικόνιση του φάσματος, παρατηρούνται περισσότερες αρμονικές, και αυτό λόγω της αύξησης του δείκτη διαμόρφωσης σε 15. Παραμένοντας ο Marker 1 στη

57 συχνότητα του φέροντος, στα 100 MHz, και τοποθετώντας τον Marker 2 στη πρώτη αρμονική, δηλαδή, 5 KHz δεξιά από το φέρον, στη συχνότητα KHz, απεικονίζονται οι μετρήσεις ισχύος σε dbm και dbm, αντίστοιχα. Για την καλύτερη απεικόνιση του φάσματος, λόγω των πολλών και πυκνών αρμονικών, πραγματοποιείται μεγέθυνση στην απεικόνιση κάνοντας ZOOM.

58 Στη συνέχεια, στο δεύτερο παράθυρο γραφημάτων με τις μετρήσεις, απεικονίζεται η μέση ισχύς σε dbm, που σημαίνει ότι η ισχύς, σωστά, δεν μεταβάλλεται. Το Frequency Deviation παραμένει στα KHz και το Occupied Bandwidth, το οποίο είναι KHz, επιβεβαιώνει τη θεωρία ότι: Occupied Bandwidth = 2 Modulating Frequency (m + 1) = 2 5 KHz (5 + 1) = 160 KHz

59 2.2.3 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ FM ΜΕ ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Ρύθμιση Γεννήτριας Tektronix AWG 7122C Σύμφωνα με τη θεωρία της διαμόρφωσης FM, υπάρχουν κάποιες τιμές του δείκτη διαμόρφωσης για τις οποίες μπορεί να μηδενίζεται η ισχύς του φέροντος, ή η ισχύς κάποιας συγκεκριμένης αρμονικής. Πιο συγκεκριμένα, η ισχύς του φέροντος μπορεί να μηδενιστεί όταν ο δείκτης διαμόρφωσης έχει την τιμή 2.4. Επίσης, όταν ο δείκτης διαμόρφωσης έχει την τιμή 3.8 μπορεί να μηδενιστεί η ισχύς της πρώτης αρμονικής. Ρυθμίζοντας τη γεννήτρια με την κατάλληλη τιμή στο πεδίο Modulating Frequency, μπορεί να επιτευχθεί ο επιθυμητός δείκτης διαμόρφωσης, όπως και στα προηγούμενα βήματα. Για τη ρύθμιση της γεννήτριας για δείκτη διαμόρφωσης με τιμή 2.4, επιλέγεται στο πεδίο Modulating Frequency η συχνότητα: Modulating Frequency = Frequency Deviation m = 75 KHz 2.4 = KHz

60 Όμοια, για τη ρύθμιση της γεννήτριας για δείκτη διαμόρφωσης με τιμή 2.4, επιλέγεται στο πεδίο Modulating Frequency η συχνότητα: Frequency Deviation 75 KHz Modulating Frequency = = = KHz m 3.8

61 Μετρήσεις στον αναλυτή Aeroflex SVA-13 Στον αναλυτή AEROFLEX SVA-13 και στο πρώτο παράθυρο γραφημάτων, με την απεικόνιση του φάσματος, παρατηρούνται οι αρμονικές που προκύπτουν από τον κάθε δείκτη διαμόρφωσης. Παραμένοντας ο Marker 1 στη συχνότητα του φέροντος, στα 100 MHz, και τοποθετώντας τον Marker 2 στην κάθε πρώτη αρμονική, απεικονίζονται οι μετρήσεις ισχύος. Στο δεύτερο παράθυρο γραφημάτων με τις μετρήσεις, απεικονίζεται η μέση ισχύς, το Frequency Deviation, και το Occupied Bandwidth.

62 Στις μετρήσεις με τιμή του δείκτη διαμόρφωσης σε 2.4, και στο πρώτο παράθυρο γραφημάτων με την απεικόνιση του φάσματος, τοποθετώντας τον Marker 2 στη πρώτη αρμονική, δηλαδή, στη συχνότητα MHz, απεικονίζονται οι μετρήσεις ισχύος σε dbm και dbm, αντίστοιχα. Η ισχύς του φέροντος είναι πολύ χαμηλή, σχεδόν μηδενική, και έτσι επιβεβαιώνεται η θεωρία για τον δείκτη διαμόρφωσης με τιμή 2.4. Στο δεύτερο παράθυρο γραφημάτων με τις μετρήσεις, η μέση ισχύς είναι dbm, το Frequency Deviation είναι KHz, και το Occupied Bandwidth είναι KHz, το οποίο αποκλίνει από τη θεωρία καθώς: Occupied Bandwidth = 2 Modulating Frequency (m + 1) = KHz ( ) = KHz Η μέση ισχύς και το Frequency Deviation, ορθά παραμένουν σταθερά με τις προηγούμενες περιπτώσεις. Η απόκλιση στο Occupied Bandwidth αιτιολογείται καθότι οι αρμονικές εμφανίζονται με πολύ μεγάλη ισχύ στα ακέραια πολλαπλάσια του Modulating Frequency και με μηδενικές τιμές στις ενδιάμεσες περιοχές. Ως αποτέλεσμα έχει ο αναλυτής να μην μπορεί να συμπεριλάβει στη μέτρησή του για το Occupied Bandwidth φασματικές συνιστώσες με μηδενική ισχύ που υπάρχουν στα άκρα. Αυτό επιβεβαιώνεται με το ότι η τιμή που μετρήθηκε στον αναλυτή συμπίπτει με τη θεωρητική τιμή του φάσματος, αν στρογγυλοποιηθεί ο δείκτης διαμόρφωσης προς τον πλησιέστερο ακέραιο, δηλαδή για 2 αντί του 2.4: Occupied Bandwidth = 2 Modulating Frequency (round(m) + 1) = KHz (2 + 1) = KHz

63 Στις μετρήσεις με τιμή του δείκτη διαμόρφωσης σε 3.8, και στο πρώτο παράθυρο γραφημάτων με την απεικόνιση του φάσματος, τοποθετώντας τον Marker 2 στη πρώτη αρμονική, δηλαδή, στη συχνότητα MHz, δηλαδή με ένα πολύ μικρό σφάλμα σε σχέση με το θεωρητικό MHz λόγω της ανάλυσης που έχει επιλεχθεί στο Resolution B/W. Απεικονίζονται οι μετρήσεις ισχύος σε dbm και dbm, αντίστοιχα. Η ισχύς του της πρώτης αρμονικής είναι μηδενική, και έτσι επιβεβαιώνεται η θεωρία για τον δείκτη διαμόρφωσης με τιμή 3.8. Στο δεύτερο παράθυρο γραφημάτων με τις μετρήσεις, η μέση ισχύς παραμένει όπως σε όλες τις περιπτώσεις, dbm, και το Frequency Deviation παραμένει, επίσης, σταθερό σε KHz. Το Occupied Bandwidth είναι KHz, το οποίο αποκλίνει από τη θεωρία, όπως και για δείκτη διαμόρφωσης 2.4, καθώς: Occupied Bandwidth = 2 Modulating Frequency (m + 1) = KHz ( ) = KHz Η απόκλιση στο Occupied Bandwidth αιτιολογείται όμοια με την περίπτωση του δείκτη διαμόρφωσης στο 2.4, με τη διαφορά ότι εμφανίζονται αρμονικές με πολύ μεγάλη ισχύ έξω από το θεωρητικό Bandwidth, και αυτό λόγω του δείκτη διαμόρφωσης που τείνει στο 4. Ως αποτέλεσμα έχει ο αναλυτής να συμπεριλάβει στη μέτρησή του για το Occupied Bandwidth της φασματικές συνιστώσες της 4 ης αρμονικής επειδή βρίσκονται με μεγάλη ισχύ στα άκρα του Bandwidth. Αυτό επιβεβαιώνεται με το ότι η τιμή που μετρήθηκε στον αναλυτή συμπίπτει με τη θεωρητική τιμή του φάσματος, αν στρογγυλοποιηθεί ο δείκτης διαμόρφωσης προς τον πλησιέστερο ακέραιο, δηλαδή για 4 αντί του 3.8: Occupied Bandwidth = 2 Modulating Frequency (round(m) + 1) = KHz (4 + 1) = KHz

64