3 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ. Διαμόρφωση GMSK

Transcript

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Διαμόρφωση GMSK 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ GMSK Η διαµόρφωση GMSK ( Gaussian Minimum Shift Keying ) είναι µια παραλλαγή της διαµόρφωσης MSK (Minimum Shift Keying). Πρόκειται για µια διαµόρφωση CPFSK (Continuous Phase Frequency Shift Keying) µε δείκτη διαµόρφωσης β=0,5. Ως γνωστόν ο δείκτης διαµόρφωσης είναι β = Δf/f m, όπου Δf η απόκλιση συχνότητας και f m η διαμορφώνουσα συχνότητα. Επιπλέον, ισχύει Δf = ( f H - f L )/ και f m = 1/(T b ), οπότε προκύπτει β=(f H -f L )T b. Εποµένως, για την GMSK, για την οποία ισχύει f H - f L = f b /,προκύπτει ότι β=0,5, όπου T b = 1/ f b είναι η διάρκεια bit και fh, fl οι δύο διαφορετικές συχνότητες που αντιστοιχούν στις δύο διαφορετικές λογικές καταστάσεις του σήµατος βασικής ζώνης. Η απόκλιση συχνότητας του φέροντος είναι Δf= f b /4. Οι συχνότητες fh, fl επιλέγονται ώστε να είναι ορθογωνικές, για τη διευκόλυνση της αποδιαµόρφωσης στο δέκτη, γεγονός που εξασφαλίζεται από το δείκτη διαµόρφωσης β=0,5 και την κατάλληλη επιλογή της συχνότητας του φέροντος διαµόρφωσης, ώστε αυτή να πληρεί τη σχέση fο= m(fb /4), όπου m ακέραιος. Το «χρήσιμο» εύρος ζώνης (BW) που καταλαμβάνει ένα GMSK σήμα είναι περίπου ίσο με το BW ενός MSK σήματος και είναι BW = 1,5 f b. Παρόλα αυτά, η διαμόρφωση GMSK παρουσιάζει μεγαλύτερη εξασθένιση των πλευρικών λοβών από την MSK, γεγονός που οφείλεται στο φιλτράρισμα των αρχικών ψηφιακών από ένα χαμηλοπερατό φίλτρο γκαουσιανής απόκρισης, για το οποίο γίνεται λόγος στη συνέχεια. Στην παρούσα εργαστηριακή άσκηση, η διαμόρφωση GMSK γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο τα δεδομένα εισόδου διέρχονται από ένα ειδικό χαμηλοπερατό φίλτρο γκαουσιανής απόκρισης. Στο δεύτερο στάδιο γίνεται ουσιαστικά διαμόρφωση FM με τη βοήθεια ενός VCO (Voltage Controlled Oscillator) για την οποία έχει εξασφαλιστεί ότι ο δείκτης διαμόρφωσης είναι 0,5. Με δεδομένα τα παραπάνω, χρησιμοποιείται ως διαμορφωτής ένας VCO (Voltage Controlled Oscillator) (Σχήμα 1), όπου το διαμορφώνον σήμα πρέπει να αποκτήσει κατάλληλη τιμή τάσης για το «0» (λογικό μηδέν) και για το «1» (ώστε να προκύψει β=0,5) και επιπλέον η κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO να ρυθμιστεί ώστε να είναι fο= m(fb /4), όπου m ακέραιος (ώστε τα σύμβολα να είναι ορθογωνικά). Επίσης, στην παρούσα εργαστηριακή άσκηση ισχύουν: f b = 8,4 Kbps => f b /4 = 9, KHz (απόκλιση συχνότητας) => f o 90 KHz, καθώς έχει επιλεγεί m = 0. Το BW στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι περίπου 0 KHz (Θεωρητικά BW = 57, KHz). Είσοδος δεδομένων Γκαουσιανό χαμηλοπερατό φίλτρο VCO Έξοδος δεδομένων Σχήμα 1. Διαμόρφωση GMSK μέσω VCO. Σχήμα. Ένα σήμα διαμορφωμένο κατά GMSK. 1

2 Η διαμόρφωση GMSK παρουσιάζει συνέχεια φάσης όπως ακριβώς και η MSK. Περικλείει οµοίως περισσότερο από το 99% της ισχύος της στον κύριο λοβό. Η βασική τους διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι, στην περίπτωση της GMSK, τα δεδοµένα βασικής ζώνης διέρχονται διαµέσου ενός χαµηλοπερατού φίλτρου προδιαµόρφωσης, γκαουσιανής απόκρισης, πριν εισέλθουν στο διαµορφωτή. Έτσι, περιορίζεται το υψηλό φασµατικό περιεχόµενο του σήµατος βασικής ζώνης, µε αποτέλεσµα το τελικό διαµορφωµένο σήµα να είναι απαλλαγµένο από ισχυρές πλευρικές ζώνες, σε βαθµό µεγαλύτερο από ότι ένα σήµα διαµορφωµένο κατά MSK. Όπως αναφέρθηκε προηγουµένως, για τον περιορισµό του αρµονικού περιεχοµένου του σήµατος βασικής ζώνης χρησιµοποιείται στην GMSK ένα φίλτρο προδιαµόρφωσης. Γενικά ένα τέτοιο φίλτρο θα πρέπει να έχει στενό εύρος ζώνης, απότοµη κλίση αποκοπής, µικρή υπερτίναξη σε κρουστική είσοδο (κατά την είσοδο του παλµού στο φίλτρο) και χαµηλή απόκριση στις πλευρικές ζώνες. Αυτά τα χαρακτηριστικά συγκεντρώνει το χαµηλοπερατό φίλτρο γκαουσιανής απόκρισης (Gaussian filter) γι' αυτό και επιλέγεται για την υλοποίηση της GMSK. Η κρουστική απόκριση του Gaussian LPF είναι: h(t) = (π/ln) 1/ BW -db exp[-π (BW -db ) t /ln) Σχήμα. Η κρουστική απόκριση του Gaussian LPF. Σχήμα 4. Η κανονικοποιημένη απόκριση συχνότητας του Gaussian LPF. Το αποτέλεσµα του φιλτραρίσµατος του σήµατος βασικής ζώνης έχει ως αποτέλεσµα το φάσµα της GMSK να εµφανίζεται εξαιρετικά συµπαγές µε χαµηλής ισχύος πλευρικές ζώνες, προκαλώντας έτσι χαµηλή διακαναλική παρεµβολή. Έτσι, τα συστήµατα που τη χρησιµοποιούν είναι σε θέση να χρησιµοποιήσουν µικρή απόσταση µεταξύ γειτονικών καναλιών (channel spacing) και εποµένως να κάνουν οικονοµικότερη διαχείριση του φάσµατος που βρίσκεται στη διάθεση τους.

3 Σχήμα 5. Το κανονικοποιημένο φάσμα του σήματος GMSK. Σχήμα. Μια ακόμη απεικόνιση του φάσματος του σήματος GMSK. Από την άλλη πλευρά όµως, το γκαουσιανά φιλτραρισµένο σήµα απλώνεται στο χρόνο και προκαλεί την εµφάνιση διασυµβολικής παρεµβολής (Inter-Symbol Interference ISI). Το πόσο «ισχυρή» είναι αυτή εξαρτάται από το πόσο ισχυρά φιλτράρεται το σήµα. Ο βαθµός στον οποίο φιλτράρεται το σήµα εκφράζεται από το κανονικοποιηµένο εύρος ζώνης του γκαουσιανού φίλτρου LPF, που δίνεται από το γινόµενο BW -db Tb (γνωστού ως BT), όπου BW -db είναι το BW µισής ισχύος του χαµηλοπερατού φίλτρου και Tb είναι η διάρκεια bit. Όσο το φιλτράρισµα γίνεται ισχυρότερο (δηλαδή όσο ο παράγοντας φιλτραρίσµατος γίνεται µικρότερος ή εναλλακτικά όσο το BW-dB του φίλτρου γίνεται µικρότερο, για δεδοµένο ρυθµό δεδοµένων) γίνονται εντονότερα τα φαινόµενα διασυµβολικής παρεµβολής (ISI- Intersymbol Interference). Τυπικές τιµές για το κανονικοποιηµένο εύρος ζώνης είναι οι τιµές 0, και 0,5. Αντίθετα, η MSK δεν παρουσιάζει φαινόµενα διασυµβολικής παρεµβολής («άπειρο» BW -db Tb ). Στη συγκεκριμένη εργαστηριακή άσκηση το κανονικοποιημένο εύρος ζώνης είναι 0,5, δηλαδή BT=0,5 => B = BW -db = 0,5 f b, αφού 1/T = 1/T b = f b. Σχήμα 7. Γκαουσιανό φιλτράρισμα παλμών και ISI. Σχήμα 8. Διάγραμμα οφθαλμού στην έξοδο του γκαουσιανού LPF.

4 Σχήμα 9. ISI των γκαουσιανά φιλτραρισμένων δεδομένων.. Διασυνδέσεις πλακετών Στην παρούσα εργαστηριακή άσκηση θα χρησιμοποιηθούν πλακέτες: η πλακέτα του πομπού και η πλακέτα του δέκτη. Οι διασυνδέσεις των πλακετών φαίνονται στο Σχήμα 10. ΠΡΙΝ ΣΥΝΔΕΣΕΤΕ ΤΙΣ ΠΛΑΚΕΤΕΣ ΡΥΘΜΙΣΤΕ ΤΑ ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΑ ΣΤΙΣ ΣΩΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ ΤΑΣΗΣ ΟΠΩΣ ΑΥΤΕΣ ΔΙΔΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΣΧΗΜΑ 10. (ΘΕΤΙΚΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ: +1 VDC, +5 VDC, ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ: -1 VDC) ΑΝ ΔΕΝ ΕΙΣΤΕ ΒΕΒΑΙΟΙ ΓΙΑ ΤΗ ΡΥΘΜΙΣΗ Ή ΤΗ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΖΗΤΗΣΤΕ ΒΟΗΘΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΜΟΡΕΙ ΝΑ ΚΑΤΑΣΤΡΕΨΕΙ ΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ!!! +1 V -1 V +5 V GND ΠΟΜΠΟΣ GMSK Out +1 V -1 V +5 V GND ΔΕΚΤΗΣ GMSK INPUT Σχήμα 10. Οι διασυνδέσεις των πλακετών. 4

5 ΠΟΜΠΟΣ 1 ο ΜΕΡΟΣ : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΛΑΚΕΤΑΣ ΑΚΡΟΔΕΚΤΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΣ DataIn Out1 Out Out4 Out5 OUT Βαθμίδα χαμηλών συχνοτήτων (BaseBand) Ρύθμιση της στάθμης του διαμορφώνοντος σήματος πριν από τον VCO Διαμορφωτής (VCO - Voltage Controlled Oscillator) Ρύθμιση της τάσης εξόδου του διαμορφωτή Φίλτρο Εξόδου ScrOut Out1 Out Out4 MOD_OUT OUT Σχήμα 11. Το χονδρικό διάγραμμα των επιμέρους βαθμίδων του πομπού Ακροδέκτες παρατήρησης. Out1 Out Out4 ScrOut SCLK DataIn Out5 Σχήμα 1. Η θέση των ακροδεκτών παρατήρησης πάνω στην πλακέτα του πομπού. 5

6 Ονομασία ακροδέκτη DataIn ScrOut Out1 Out Out4 Out5 Out Περιγραφή Είσοδος ψηφιακών δεδομένων στον πομπό - Είσοδος της γεννήτριας ψευδοτυχαίων δεδομένων εντός του PLD (Altera). Ψευδοτυχαία δεδομένα (έξοδος γεννήτριας ψευδοτυχαίων δεδομένων). Γκαουσιανά φιλτραρισμένα δεδομένα - Έξοδος του IC MX589 - Έξοδος της βαθμίδας χαμηλών συχνοτήτων. Tα γκαουσιανά φιλτραρισμένο δεδομένα, αφού έχει ρυθμιστεί η τάση τους, πριν την είσοδό τους στο VCO του διαμορφωτή - Έξοδος της βαθμίδας ρύθμισης της στάθμης του διαμορφώνοντος σήματος πριν από τον VCO - Είσοδος του VCO. Έξοδος του διαμορφωτή - VCO. Έξοδος της βαθμίδας ρύθμισης της τάσης εξόδου του διαμορφωτή. Έξοδος του φιλτραρισμένου διαμορφωμένου σήματος του πομπού - Έξοδος του φίλτρου στην έξοδο του διαμορφωτή - Έξοδος της πλακέτας του πομπού Πίνακας 1. Πίνακας ακροδεκτών παρατήρησης της πλακέτας του πομπού. ο ΜΕΡΟΣ : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ 1. Βαθμίδες χαμηλών συχνοτήτων (Baseband) Πρόκειται για το κύκλωμα του Σχήματος 1. Τα αρχικά ψηφιακά δεδομένα (με μορφή NRZ λογικές στάθμες 0V και 5V) εισέρχονται στον περιπλέκτη (scrambler) ώστε να «τυχαιοποιηθεί» η αλληλουχία των «1» και «0» των δεδομένων (Σχήμα 14). Όταν η είσοδος των εξωτερικών δεδομένων (είσοδος της γεννήτριας ψευδοτυχαίων δεδομένων) συνδεθεί μόνιμα σε τιμή τάσης +5V (μόνιμα σε στάθμη «1»), τότε ο περιπλέκτης λειτουργεί πλέον ως γεννήτρια ψευδοτυχαίων δεδομένων. Επομένως, οι επόμενες βαθμίδες στην πραγματικότητα δέχονται ψευδοτυχαία δεδομένα. Τα ψευδοτυχαία δεδομένα που παράγονται στην έξοδο της γεννήτριας ψευδοτυχαίων δεδομένων (περιπλέκτης) εισάγονται ακολούθως στο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC) MX589, το οποίο ως κύριο ρόλο έχει το να φιλτράρει γκαουσιανά τα δεδομένα που λαμβάνει. Το IC MX589 ουσιαστικά μορφοποιεί τα δεδομένα (αποκόπτει το υψηλό φασματικό περιεχόμενό τους) που τελικά θα οδηγηθούν στην είσοδο ελέγχου του VCO (Voltage Controlled Oscillator) για τη δημιουργία του διαμορφωμένου GMSK σήματος.

7 +5V Περιπλέκτης (Scrambler) IC9 (CD74HC8) DataIn ScrOut SCLK IC8 (CD74HC74) Σχήμα 1. Σχηματικό διάγραμμα διασύνδεσης του περιπλέκτη (γεννήτρια ψευδοτυχαίων δεδομένων) του πομπού με το ολοκληρωμένο κύκλωμα MX V R9 47 ΚΩ C 10 pf C7,15 μf Out1,15 μf C IC MX589 CCLK R ΚΩ 1 μf C pf C1 1 DataIn 1/4 - IC9 (CD74HC8) /4 - IC9 (CD74HC8) ScrOut SCLK 11 7/8 - IC8 (CD74HC74) Σχήμα 14. Το κύκλωμα του περιπλέκτη.. Ρύθμιση της στάθμης του διαμορφώνοντος σήματος πριν από τον VCO Το κύκλωμα αυτό υλοποιείται με κεντρικό δομικό στοιχείο το IC TL08, έναν διπλό τελεστικό ενισχυτή στην πάνω δεξιά πλευρά της πλακέτας, και εμφανίζεται συνολικά στο σχήμα 15. Ο 1 ος τελεστικός ενισχυτής- απομονωτής χρειάζεται για τη σωστή οδήγηση του σήματος από το MX589. Με τη βοήθεια της αντίστασης R18 μειώνεται η Vpp τιμή του 7

8 σήματος, ενώ με τη βοήθεια του διαιρέτη τάσης R0 προσδίδεται στο σήμα η επιθυμητή Vavg τιμή του, με βάση τις απαιτήσεις του διαμορφωτή (VCO IC 74HC404) που δέχεται το διαμορφώνον σήμα, ώστε να επιτευχθεί ο επιθυμητός δείκτης διαμόρφωσης (0,5) για τη διαμόρφωση GMSK. Ο δεύτερος τελεστικός ενισχυτής- απομονωτής μεσολαβεί μεταξύ της βαθμίδας αυτής και του VCO. Out +1V -1V INPUT In1 (Out1) +1v ΚΩ 1 R ΚΩ R0 7 OUTPUT Out Out In1 (Out1) Cd IC5 (TL08) Cd ΚΩ R18 Out 0 ΚΩ R0 Σχήμα 15. Το κύκλωμα ρύθμισης της τάσης του σήματος πριν από το διαμορφωτή. Σχήμα 1. Το Σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος ρύθμισης του σήματος πριν από το διαμορφωτή.. Διαμορφωτής Πρόκειται για το κύκλωμα του Σχήματος 17. Κεντρικό δομικό στοιχείο είναι το IC 74HC404, από το οποίο χρησιμοποιείται μόνο ο VCO (Voltage Controlled Oscillator), ο οποίος για την παρούσα εφαρμογή υλοποιεί τη διαμόρφωση FM για την παραγωγή του GMSK σήματος. Το διαμορφωμένο σήμα έχει κεντρική συχνότητα περίπου 90 KHz, η οποία ρυθμίζεται από τον πυκνωτή CC1 και την (μεταβλητή) αντίσταση RR1. Το BW (εύρος ζώνης) του διαμορφωμένου σήματος GMSK είναι περίπου 0 ΚΗz, με βάση τις απαιτήσεις της διαμόρφωσης GMSK για ρυθμό μετάδοσης δεδομένων f b =8,4 Kbps, που ισχύει για τη συγκεκριμένη περίπτωση (BW GMSK = 1,5 f b = 57, KHz). Στην έξοδο του διαμορφωτή, το διαμορφωμένο φέρον εμφανίζεται να έχει τετραγωνική μορφή και όχι ημιτονοειδή, γεγονός που αντιμετωπίζεται στη συνέχεια με τη χρήση φίλτρου. Είσοδος ρυθμισμένου διαμορφώνοντος In (Out) RR1 10 ΚΩ 74HC404 VCO , nf Έξοδος διαμορφωμένου σήματος (GMSK) με τετραγωνικό φέρον In4 CC1 Σχήμα 17. Το κύκλωμα του διαμορφωτή. 4. Ρύθμιση της τάσης εξόδου του διαμορφωτή Η ρύθμιση της τάσης του σήματος εξόδου του διαμορφωτή (σήμα GMSK) γίνεται με τη βοήθεια του κυκλώματος του Σχήματος 18. Το κύκλωμα αυτό υλοποιείται με τη βοήθεια του IC TL08 στο κάτω δεξιό μέρος της πλακέτας. Η στάθμη του σήματος εξόδου ρυθμίζεται ώστε να επιτευχθεί η συνεργασία με την βαθμίδα του δέκτη (στάθμη ικανή για τη λήψη του σήματος από το δέκτη). 8

9 R R5 In4 (Out4) C1 R 1 R4 5 7 Out5 Σχήμα 18. Το κύκλωμα ρύθμισης της τάσης εξόδου του διαμορφωτή. Στο σχήμα 19 απεικονίζεται το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος που περιλαμβάνει το διαμορφωτή και το κύκλωμα ρύθμισης της τάσης εξόδου του διαμορφωτή. Cd Cd 5 ΚΩ R R4 10 ΚΩ 50 Ω Out5 CC1 10 nf 5 ΚΩ R 0 ΚΩ R5 (Out) INPUT In IC (MC74HC404AN) RR1 10 ΚΩ IC7 (TL08) Cd Out4 Σχήμα 19. Το Σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος του διαμορφωτή. 5. Φίλτρο στην έξοδο του διαμορφωτή Το κύκλωμα του φίλτρου φαίνεται στο Σχήμα 0. Πρόκειται για ένα BPF τύπου Butterworth με κεντρική συχνότητα 90 KHz, BW-dB 150KHz, που χρησιμοποιείται για την μετατροπή του τετραγωνικού φέροντος στην έξοδο του διαμορφωτή σε ημιτονοειδές. C9 80 pf L4 50 Ω 5, nf μη μη 51 pf 0 μη μη Out In (Out5) R1 C L 1,5 μη, μη L L5 C8 C7 47 nf C10 L11 L1 1,5 nf R1 50 Ω Σχήμα 0. Το κύκλωμα του φίλτρου IF1 (φίλτρο στην έξοδο του διαμορφωτή). 9

10 Σχήμα 1. Η απόκριση συχνότητας του φίλτρου στην έξοδο του διαμορφωτή (προσομοίωση με το πρόγραμμα Multisim Pro 001). ο ΜΕΡΟΣ : ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1. Baseband Circuit ΒΗΜΑ 1 Συνδέστε την είσοδο DataIn σε λογική κατάσταση «0», δηλαδή στη γείωση. Τοποθετήστε το κανάλι 1 (CH1) του παλμογράφου στο σημείο ScrOut και στη συνέχεια κάνετε έναυση των κυκλωμάτων (δηλ. ανοίξετε το τροφοδοτικό). Αν η κυματομορφή που παρακολουθείτε δεν είναι μηδενική, τότε κλείστε το τροφοδοτικό και ξανανοίξτε το μετά από λίγα δευτερόλεπτα. Επαναλάβετε μέχρι η κυματομορφή να είναι μηδενική. Τοποθετήστε το κανάλι 1 (CH1) στο σημείο Out και ρυθμίστε την R0 έτσι ώστε η τάση του Out να είναι περίπου.7v. Κατόπιν τοποθετήστε το κανάλι 1 (CH1) στο σημείο Out4 και ρυθμίστε το RR1 έτσι ώστε η κυματομορφή που παρακολουθείτε να έχει συχνότητα 90kHz. Έπειτα τοποθετείστε το κανάλι 1 (CH1) στο σημείο Out5 και ρυθμίστε το R5 έτσι ώστε η κυματομορφή να έχει μέγιστο πλάτος με την ελάχιστη παραμόρφωση (η κυματομορφή πρέπει να ομοιάζει με αυτή του καναλιού 1 στο Βήμα 8) Τοποθετήστε το κανάλι 1 (CH1) του παλμογράφου στο σημείο ScrOut (έξοδος του περιπλέκτη). Παρατηρήστε την έξοδο του περιπλέκτη (CH1). Συνδέστε τώρα την είσοδο DataIn σε λογική κατάσταση «1», δηλαδή στα +5VDC. Τώρα, στην έξοδο του περιπλέκτη παράγονται ψευδοτυχαία δεδομένα και ο περιπλέκτης παίζει το ρόλο γεννήτριας ψευδοτυχαίων δεδομένων. Τοποθετήστε το CH στο σημείο Out1 (έξοδος του ολοκληρωμένου κυκλώματος MX589, στην οποία τα δεδομένα, που προέρχονται αρχικά από τον περιπλέκτη (scrambler), είναι τώρα φιλτραρισμένα γκαουσιανά). Παρατηρήστε ότι ο Scrambler παράγει δεδομένα με ρυθμό 8,4 Kbps. Παρατηρήστε τη μορφοποίηση των δεδομένων, λόγω της επίδρασης του γκαουσιανού φίλτρου. Ρύθμιση του trigger στο CH. ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΤΕ (ΔΙΑΔΟΧΙΚΑ) ΤΙΣ ΕΠΙΛΟΓΕΣ «STOP» ΚΑΙ «RUN» ΤΟΥ ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΥ, ΠΡΟΚΕΙΜΕΝΟΥ ΝΑ ΕΙΣΤΕ ΣΕ ΘΕΣΗ ΝΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΤΕ ΤΑ ΣΗΜΑΤΑ. 10

11 ΒΗΜΑ Με τη βοήθεια της επιλογής «Cursors», για το CH, παρατηρήστε την ανομοιόμορφη επίδραση του Gaussian φίλτρου στο πλάτος του σήματος εισόδου (ΔV()) στην περίπτωση των μεμονωμένων «1» ή «0» και στην περίπτωση των διαδοχικών «1» και «0». Αυτή η ανομοιόμορφη επίδραση στο πλάτος είναι δείγμα του ότι το άνοιγμα του διαγράμματος οφθαλμού του σήματος μικραίνει και η ανίχνευση των αρχικών δεδομένων στην πλευρά του δέκτη γίνεται δυσκολότερη. ΒΗΜΑ Με τη βοήθεια της επιλογής «Cursors», πρώτα για το CH1 και στη συνέχεια για το CH, κάνετε τις μετρήσεις (Δt) που υποδεικνύονται στα σχήματα και διαπιστώστε το «άπλωμα στο χρόνο» των φιλτραρισμένων δεδομένων, σε σχέση με τα αφιλτράριστα δεδομένα. Αυτό το «άπλωμα στο χρόνο» αποτελεί ένδειξη αλληλοπαρεμβολής συμβόλου (διασυμβολικής παρεμβολής Intersymbol Interference), που δυσκολεύει την ανίχνευση των αρχικών δεδομένων στο δέκτη. ΒΗΜΑ 4 Επιλέξτε και για τα κανάλια του παλμογράφου «OFF». Ενεργοποιήστε την επιλογή FFT για το CH1. Παρατηρήστε την απεικόνιση στο πεδίο της συχνότητας (φάσμα) των NRZ (αφιλτράριστων) δεδομένων που εμφανίζονται στην έξοδο του περιπλέκτη. (Ρυθμίσεις για παλμογράφο HP: (Math -> Function : On -> Menu - > Operand: 1, Operation: FFT, Units/div: 10,00 db, Ref Level: 17,50 dbv, FFT Menu -> Freq Span 1,1KHz, Cent Freq 0,55KHz) 11

12 ΒΗΜΑ 5 Ενεργοποιήστε την επιλογή FFT για το CH (Ρυθμίσεις για FFT ίδιες με το βήμα 4 με τη διαφορά ότι τώρα Operand: ). Παρατηρήστε την απεικόνιση στο πεδίο της συχνότητας (φάσμα) των γκαουσιανά φιλτραρισμένων δεδομένων, που προκύπτουν μετά τη διέλευση των αρχικών δεδομένων από το Gaussian φίλτρο. Συγκρίνετε (με βάση το βήμα 4) το φάσμα των φιλτραρισμένων γκαουσιανά και (αφιλτράριστων) NRZ δεδομένων και διαπιστώστε τον ταχύτερο ρυθμό εξασθένισης των πλευρικών ζωνών, στην περίπτωση των φιλτραρισμένων δεδομένων.. Ρύθμιση της στάθμης του διαμορφώνοντος σήματος πριν από τον VCO ΒΗΜΑ Απενεργοποιήστε τη λειτουργία FFT του παλμογράφου. Επιλέξτε και για τα κανάλια τη λειτουργία «On». Με το CH στο σημείο Out1 (έξοδος φιλτραρισμένων δεδομένων), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out (Τελική έξοδος του κυκλώματος ρύθμισης της τάσης του διαμορφώνοντος σήματος, που είναι τα γκαουσιανά φιλτραρισμένα δεδομένα, πριν την είσοδο τους στον VCO διαμορφωτή. Με τη ρύθμιση που έγινε στο βήμα 1 η κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO που δέχεται στην είσοδό του το σήμα γίνεται περίπου 90 KHz, δηλαδή ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας f b /4. Παρατηρήστε ότι τα σήματα έχουν την ίδια μορφή, αλλά διαφέρει η Vpp και Vavg τιμή τους. Παρατηρήστε τη διαφορετική ρύθμιση για τα κανάλια του παλμογράφου. Θυμηθείτε ότι η τάση αυτού του σήματος είναι καθοριστική προκειμένου ο διαμορφωτής VCO να προκαλεί διαμόρφωση με τον επιθυμητό δείκτη διαμόρφωσης β-0,5 και επιπλέον η κεντρική συχνότητα ταλάντωσης να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας f b /4. CH1 CH 1

13 . Διαμορφωτής ΒΗΜΑ 7 Με το CH1 στο σημείο Out (είσοδος του VCO), τοποθετήστε το CH στο σημείο Out4 (έξοδος του VCO). Σημειώνεται ότι στο σημείο Out4 έχει ήδη δημιουργηθεί το διαμορφωμένο κατά GMSK φέρον, το οποίο όμως έχει τετραγωνική μορφή, γεγονός ανεπιθύμητο για την εκπομπή του σήματος. Οι αιχμές των σημάτων που παρατηρούνται στο διπλανό σήμα οφείλονται σε θόρυβο ο οποίος εισάγεται στο σήμα και προέρχεται από τις ψηφιακές βαθμίδες. CH CH1 4. Ρύθμιση της τάσης εξόδου του διαμορφωτή ΒΗΜΑ 8 Με το CH στο σημείο Out4 (έξοδος του VCO), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out5 (έξοδος του κυκλώματος ελέγχου (ρύθμισης) της τάσης του σήματος εξόδου του VCO). Σημειώνεται ότι η «μορφή» του σήματος στο σημείο Out5 εμφανίζεται αλλαγμένη, λόγω επίδρασης της αντίστασης που εμφανίζει η επόμενη βαθμίδα (φίλτρο στην έξοδο του διαμορφωτή). Παρατηρήστε τη μείωση της Vpp τιμής του σήματος στο σημείο Out5 (CH1). ΒΗΜΑ 9 Επιλέξτε και για τα κανάλια του παλμογράφου «OFF». Ενεργοποιήστε την επιλογή FFT για το CH1. Παρατηρήστε την απεικόνιση στο πεδίο της συχνότητας (φάσμα) του GMSK σήματος, στην περίπτωση που το φέρον είναι τετραγωνικό. Παρατηρήστε τον κύριο λοβό (κεντρική συχνότητα περίπου 00ΚΗz) και τις περιττές αρμονικές του, λόγω του τετραγωνικού φέροντος. Επισημαίνεται ότι ο λοβός τέρμα αριστερά, που αντιστοιχεί σε συχνότητα 0 Hz, δεν υπάρχει πραγματικά, αλλά αποτελεί χαρακτηριστικό της απεικόνισης του παλμογράφου. (Ρυθμίσεις για παλμογράφο HP: (Math -> Function : On -> Menu -> Operand: 1, Operation: FFT, Units/div: 10,00 db, Ref Level: 17,50 dbv, FFT Menu -> Freq Span 1,1ΜHz, Cent Freq 05,5KHz) 90 KHz 870 KHz 1

14 5. Φίλτρο στην έξοδο του διαμορφωτή ΒΗΜΑ 10 Απενεργοποιήστε τη λειτουργία FFT του παλμογράφου. Επιλέξτε και για τα κανάλια τη λειτουργία «On». Με το CH1 στο σημείο Out5, τοποθετήστε το CH στην έξοδο Out της πλακέτας του πομπού (πρόκειται για την τελική έξοδο του διαμορφωτή, μετά την επίδραση του BPF που αποκόπτει τις ανεπιθύμητες αρμονικές λόγω αρχικού τετραγωνικού φέροντος του διαμορφωτή). Παρατηρήστε την επίδραση του φίλτρου. ΒΗΜΑ 11 Επιλέξτε και για τα κανάλια του παλμογράφου «OFF». Ενεργοποιήστε την επιλογή FFT για το CH. Παρατηρήστε την απεικόνιση στο πεδίο της συχνότητας (φάσμα) του GMSK σήματος στην περίπτωση που το φέρον γίνει ημιτονοειδές (δηλαδή μετά την επίδραση του φίλτρου Πρόκειται για το τελικό φάσμα στην έξοδο του πομπού). Ο μοναδικός ισχυρός λοβός είναι πλέον ο επιθυμητός λοβός με κεντρική συχνότητα 90 KHz περίπου. Συγκρίνετε (με τη βοήθεια και του σχήματος του βήματος 9) το φάσμα του διαμορφωμένου σήματος με ημιτονοειδές φέρον και με τετραγωνικό φέρον. Επισημαίνεται ότι ο λοβός τέρμα αριστερά, που αντιστοιχεί σε συχνότητα 0 Hz, δεν υπάρχει πραγματικά, αλλά αποτελεί χαρακτηριστικό της απεικόνισης του παλμογράφου. (Ρυθμίσεις για παλμογράφο HP: (Math - > Function : On -> Menu -> Operand:, Operation: FFT, Units/div: 10,00 db, Ref Level: 17,50 dbv, FFT Menu -> Freq Span 1,1ΜHz, Cent Freq 05,5KHz). Παρατηρήσεις πάνω στο διαμορφωτή VCO Στα βήματα που ακολουθούν φαίνεται η μεταβολή της κεντρικής συχνότητας ταλάντωσης του VCO, με τη μεταβολή της στάθμης του σήματος εισόδου. Με μεταβολή της ρύθμισης του διαιρέτη τάσης R0 της βαθμίδας ρύθμισης του διαμορφώνοντος σήματος πριν από τον VCO (Σχήμα 15), μεταβάλλεται η στάθμη του διαμορφώνοντος σήματος, που εφαρμόζεται στην είσοδο ελέγχου ταλάντωσης του VCO. Ελάττωση της στάθμης του σήματος ελέγχου (διαμορφώνον) προκαλεί ελάττωση στην κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO ενώ αύξηση της στάθμης του σήματος ελέγχου προκαλεί αύξηση στην κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO. 14

15 Αριστερόστροφη ρύθμιση του διαιρέτη τάσης R0 προκαλεί αύξηση της στάθμης του διαμορφώνοντος σήματος και τελικά αύξηση της κεντρικής συχνότητας ταλάντωσης του VCO, ενώ δεξιόστροφη ρύθμιση του διαιρέτη τάσης R0 προκαλεί μείωση της στάθμης του διαμορφώνοντος σήματος και τελικά μείωση της κεντρικής συχνότητας ταλάντωσης του VCO. Τα παραπάνω, θα παρατηρηθούν με τη βοήθεια της λειτουργίας FFT του παλμογράφου. ΒΗΜΑ 1 Τοποθετήστε το CH1 στο σημείο παρατήρησης Out (έξοδος βαθμίδας ρύθμισης του διαμορφώνοντος σήματος πριν από το VCO Είσοδος (ελέγχου ταλάντωσης) του VCO και το CH στην έξοδο της πλακέτας του πομπού Out (τελική έξοδος, μετά και το φίλτρο στην έξοδο του διαμορφωτή). Επιλέξτε για το CH την επιλογή Off, ενώ το CH1 θα πρέπει να είναι On. Ενεργοποιήστε την επιλογή FFT για το CH. Παρατηρήστε την Vavg τιμή για το CH1 (στάθμη διαμορφώνοντος σήματος) (Ρυθμίσεις για παλμογράφο HP: (Math - > Function : On -> Menu -> Operand:, Operation: FFT, Units/div: 10,00 db, Ref Level: 17,50 dbv, FFT Menu -> Freq Span 1,1ΜHz, Cent Freq 05,5KHz) ΒΗΜΑ 1 Ρυθμίστε δεξιόστροφα το διαιρέτη τάσης R0. Θα παρατηρήσετε ότι η Vavg τιμή για το CH1 ελαττώνεται. Παρατηρήστε ότι συγχρόνως η κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του διαμορφωμένου σήματος (κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO) ελαττώνεται. ΒΗΜΑ 14 Ρυθμίστε αριστερόστροφα το διαιρέτη τάσης R0. Θα παρατηρήσετε ότι η Vavg τιμή για το CH1 αυξάνεται. Παρατηρήστε ότι συγχρόνως η κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του διαμορφωμένου σήματος (κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO) αυξάνεται. 15

16 ΒΗΜΑ 15 Ρυθμίστε το διαιρέτη τάσης R0 ώστε η Vavg τιμή για το CH1 να γίνει ίση με αυτή του σχήματος και η κεντρική συχνότητα του διαμορφωμένου σήματος (κεντρική συχνότητα ταλάντωσης του VCO) να γίνει όση περίπου εμφανίζεται στο διπλανό σχήμα (περίπου 90 KHz). Η ρύθμιση αυτή είναι σημαντική ώστε να αποκτήσει το διαμορφωμένο σήμα την κατάλληλη κεντρική συχνότητα φέροντος και να είναι σε θέση στη συνέχεια να ανακτηθεί στο δέκτη, με βάση τις ρυθμίσεις του PLL - Αποδιαμορφωυή FM του δέκτη. Αν η κεντρική συχνότητα του διαμορφωμένου σήματος δεν είναι η σωστή (ως γνωστό πρέπει να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας f b /4), τότε ΔΕΝ θα έχουμε διαμόρφωση GMSK. 1

17 ΔΕΚΤΗΣ 1 ο ΜΕΡΟΣ : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΛΑΚΕΤΑΣ ΑΚΡΟΔΕΚΤΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΣ In1 Βαθμίδα χαμηλών συχνοτήτων Out In DemOut In Out4 In4 Out In Βαθμίδα προ-επεξεργασίας σήματος Αποδιαμορφωτής FM Βαθμίδα ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος Βαθμίδα "δυναμικής" σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης Βαθμίδα ανάκτησης και συγχρονισμού των ψευδοτυχαίων δεδομένων. Βαθμίδα αποπεριπλέκτη (descrambler) Out1 Out DemOut Out Out4 Out5 Out8 A B Out Out7 RX Data Σχήμα. Το χονδρικό διάγραμμα των επιμέρους βαθμίδων του δέκτη Ακροδέκτες παρατήρησης. Out Out4 Out8 Out Out5 A DSCin In RxCLK Out7 B DemOut Rx CLK Rx Data Out1 In1 Out Σχήμα. Θέση των ακροδεκτών παρατήρησης πάνω στην πλακέτα του δέκτη. 17

18 Ονομασία ακροδέκτη In1 Out1 Ou DemOut Ou Out4 Α Β Out5 Out8 Περιγραφή Είσοδος της βαθμίδας προ-επεξεργασίας σήματος (πριν από τον αποδιαμορφωτή) - Είσοδος του δέκτη. Ενισχυμένο σήμα εισόδου στο δέκτη. Έξοδος της βαθμίδας προ-επεξεργασίας σήματος (πριν από τον αποδιαμορφωτή) - Είσοδος του Αποδιαμορφωτή FSK (In). Έξοδος του αποδιαμορφωτή FSK - Eίσοδος της βαθμίδας ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος (In). Αποδιαμορφωμένο σήμα, μετά την αφαίρεση της dc συνιστώσας του. Αποδιαμορφωμένο σήμα μετά από την ενίσχυσή του - Έξοδος της βαθμίδας ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος - Είσοδος της βαθμίδας "δυναμικής" σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussianfiltered σήματος βασικής ζώνης (In4). Ανίχνευση άνω περιβάλλουσας. Ανίχνευση κάτω περιβάλλουσας. "dc" σήμα, του οποίου οι μεταβολές ακολουθούν τις μεταβολές της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος Eνισχυμένο αποδιαμορφωμένο σήμα μετά από τη "δυναμική" σταθεροποίηση της dc συνιστώσας του. Eνισχυμένο αποδιαμορφωμένο σήμα που έχει αποκτήσει συγκεκριμένη (επιθυμητή) dc συνιστώσα - Έξοδος της βαθμίδας Out "δυναμικής" σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης (In4) - Είσοδος της βαθμίδας ανάκτησης και συγχρονισμού των ψευδοτυχαίων δεδομένων - Είσοδος της βαθμίδας χαμηλών συχνοτήτων. Ανακτημένα ψευδοτυχαία δεδομένα - Έξοδος της βαθμίδας RX Data ανάκτησης και συγχρονισμού των ψευδοτυχαίων δεδομένων - Είσοδος του αποπεριπλέκτη (descrambler). Out7 Έξοδος βαθμίδας αποπεριπλέκτη. Πίνακας. Πίνακας ακροδεκτών παρατήρησης της πλακέτας του δέκτη. ο ΜΕΡΟΣ : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ 1. Βαθμίδα προ-επεξεργασίας σήματος (πριν από τον αποδιαμορφωτή) Πρόκειται για το κύκλωμα των σχημάτων 4 και 5. Κεντρικά δομικά στοιχεία είναι τα ICs TL08 (διπλός τελεστικός ενισχυτής) και LM11 (συγκριτής τάσης), που βρίσκονται στην κάτω δεξιά πλευρά της πλακέτας. Το σήμα εισόδου (διαμορφωμένο GMSK σήμα) ενισχύεται αρχικά (TL08) και εισέρχεται στο συγκριτή τάσης LM11, ο οποίος τροποποιεί το ημιτονοειδές φέρον του διαμορφωμένου σήματος σε τετραγωνικό. Η ύπαρξη τετραγωνικού φέροντος αποτελεί απαίτηση του Αποδιαμορφωτή FM (IC 74HC404 -PLL), που παραλαμβάνει το σήμα μετά τη βαθμίδα προ-επεξεργασίας σήματος. Στη συνέχεια, ρυθμίζεται η στάθμη του διαμορφωμένου σήματος με τετραγωνικό πλέον φέρον, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 0V και 5V, που αποτελεί επίσης απαίτηση του Αποδιαμορφωτή FM. Τέλος το σήμα οδεύει μέσα από έναν απομονωτή (TL08), για να οδηγηθεί στη συνέχεια στον Αποδιαμορφωτή FM. 18

19 R5 1 ΚΩ 1 ΚΩ Out1 In1 R R1 R 1 ΚΩ 1 TL08 1/ C4 R7 LM ΚΩ R R11 R10 C9 ΚΩ TL08 / MΩ RR Out Σχήμα 4. Το κύκλωμα της βαθμίδας προεπεξεργασίας σήματος (πριν από τον αποδιαμορφωτή) In1 Out Out1 +1V R5 R 1 ΚΩ 00 Ω R7 RR 1 ΚΩ 1 MΩ Cd IC1 (TL08) R 0 ΚΩ 1 ΚΩ R1-1V Cd Cd C4 R8 0 ΚΩ R ΚΩ ΚΩ R11 IC (LM11P) C9 Cd Σχήμα 5. Το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος της βαθμίδας προεπεξεργασίας σήματος (πριν από τον αποδιαμορφωτή) Cd R 1 MΩ. Αποδιαμορφωτής FM Η αποδιαμόρφωση γίνεται με τη βοήθεια ενός PLL, με βάση την τεχνική αποδιαμόρφωσης ενός σήματος FM. Για το λόγο αυτό, σκόπιμα ονομάζεται στην παρούσα άσκηση «Αποδιαμορφωτής FM». To PLL που χρησιμοποιείται είναι το αναλογικό PLL 74HC404. Το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος φαίνεται στο Σχήμα. Στην έξοδο του αποδιαμορφωτή λαμβάνεται το αποδιαμορφωμένο σήμα που είναι ένα σήμα όμοιο με το σήμα των γκαουσιανά φιλτραρισμένων δεδομένων στον πομπό, γεγονός που μπορεί να εξηγηθεί εάν θυμηθούμε ότι ουσιαστικά το διαμορφώνον σήμα στον πομπό δεν είναι τα δεδομένα στάθμης 0V-5V αλλά το σήμα που προκύπτει όταν αυτά μορφοποιηθούν γκαουσιανά. 19

20 +5V R1 In (Out) 14 74HC404 Συγκριτής Φάσης 4 VCO LPF 9 In (Out) 00 ΚΩ RR1 5 ΚΩ Cd IC MC74HC404 RR 10 nf 0 ΚΩ CC1 R1 10 pf Rs 00 ΚΩ DemOut DemOut Σχήμα. Το κύκλωμα του Aποδιαμορφωτή FM/FSK. Σχήμα 7. Το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος του Aποδιαμορφωτή FM/FSK. 74HC404: PHILIPS, TI CC1=10nF FAIRCHILD CC1=.nF. Βαθμίδα ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος Το αποδιαμορφωμένο σήμα έχει πολύ μικρό πλάτος, ενώ περιέχει και μια dc συνιστώσα. Προκειμένου λοιπόν να αποκτήσει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά τάσης, με βάση τις απαιτήσεις της βαθμίδας χαμηλών συχνοτήτων (όπου αναιρείται η «γκαουσιανή» μορφοποίηση που είχαν υποστεί τα ψευδοτυχαία δεδομένα στον πομπό και ανακτώνται τελικά τα ψευδοτυχαία δεδομένα), μεσολαβούν βαθμίδες. Η πρώτη είναι η βαθμίδα ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος (Σχήματα 8 και 9). Με τη βοήθεια του κυκλώματος αυτού, αρχικά αφαιρείται η dc συνιστώσα που έχει το αποδιαμορφωμένο σήμα στην έξοδο του αποδιαμορφωτή FM και στη συνέχεια το αποδιαμορφωμένο σήμα ενισχύεται. Έτσι καθορίζεται η Vpp τιμή της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος. 80 pf CC +1V -1V R0 0 ΚΩ R ΚΩ In (DemOut) R1 5 ΚΩ R17 R14 R18 R15 1 R19 R0 5 ΚΩ 5 7 Out Out4 Out In (DemOut) Cd R18 ΚΩ ΚΩ R R17 ΚΩ 4 5 IC4 (TL08) R15 ΚΩ Cd Out4 R1 Σχήμα 8. Το κύκλωμα scaling του σήματος εξόδου του αποδιαμορφωτή. 5 ΚΩ Σχήμα 9. Το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος scaling του σήματος εξόδου του αποδιαμορφωτή. 0

21 4. Βαθμίδα «δυναμικής» σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης. Πρόκειται για τη η βαθμίδα (Σχήματα 0 και 1) που χρησιμοποιείται για τον τελικό καθορισμό των χαρακτηριστικών τάσης του αποδιαμορφωμένου σήματος. Στο κύκλωμα αυτό εξάγεται μια «dc» τάση αναφοράς (Out5), η οποία ακολουθεί τις μεταβολές της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος. Στη συνέχεια, η παραγόμενη «dc» τάση αναφοράς αφαιρείται από το ίδιο το αποδιαμορφωμένο σήμα και με τον τρόπο αυτό αναιρούνται «δυναμικά» οι στιγμιαίες μεταβολές της dc συνιστώσας του σήματος (Out7). Στη συνέχεια, προσδίδεται στο σήμα η επιθυμητή τιμή dc συνιστώσας (Out), με βάση τις απαιτήσεις της επόμενης βαθμίδας ανίχνευσης δεδομένων. Η «δυναμική» αυτή σταθεροποίηση της dc συνιστώσας χρειάζεται ιδιαίτερα στην περίπτωση που ο δέκτης λαμβάνει το σήμα ασύρματα, οπότε προκύπτουν σε πολλές περιπτώσεις «απρόβλεπτες» μεταβολές στη dc συνιστώσα του σήματος. Στην παρούσα εφαρμογή χρησιμοποιείται για εκπαιδευτικούς λόγους. Η λειτουργία του κυκλώματος βασίζεται ουσιαστικά στην ανίχνευση της άνω και κάτω «περιβάλλουσας» του αποδιαμορφωμένου σήματος. Η άνω περιβάλλουσα ανιχνεύεται με τη βοήθεια του δικτύου D1, R και C («φωρατής περιβάλλουσας»). Η κάτω περιβάλλουσα ανιχνεύεται με τη βοήθεια του δικτύου D5, R και C7. Η πολικότητα της διόδου D5 είναι αντεστραμμένη σε σχέση με την πολικότητα της διόδου D1, έτσι ώστε να ανιχνεύει μόνο την αρνητική περιβάλλουσα. Πάνω στον κοινό κόμβο των αντιστάσεων R4 και R8 αθροίζονται τελικά οι δύο περιβάλλουσες, άνω και κάτω. Το αποτέλεσμα είναι μια κυματομορφή που αντιστοιχεί στη μέση τιμή των δύο εξαγόμενων περιβαλλουσών (ημιάθροισμα), άρα και στη μέση τιμή και στη dc συνιστώσα του αποδιαμορφωμένου σήματος. Ο πρώτος από αριστερά τελεστικός ενισχυτής βρίσκεται σε συνδεσμολογία απομονωτή. Στο δεύτερο από αριστερά τελεστικό ενισχυτή γίνεται η αφαίρεση της «dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος» που έχει παραχθεί στον κοινό κόμβο των R4 και R8 από το ίδιο το αποδιαμορφωμένο σήμα. Επομένως, οποιαδήποτε μεταβολή της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος ανιχνεύεται στον κοινό κόμβο των R4 και R8 και στη συνέχεια αναιρείται «δυναμικά». Στον τρίτο τελεστικό ενισχυτή γίνεται η προσθήκη της επιθυμητής τελικά dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος, με βάση τις απαιτήσεις της επόμενης βαθμίδας. Out5 Out8 In4 (Out4) D1 R D5 R C A R4 R8 B R9 C7 1 R R 1 14 R0 1 R1 KΩ R R4 R7 R R8 Out Σχήμα 0. Το κύκλωμα της βαθμίδας «δυναμικής» σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης. 1

22 1 Out8 R1 ΚΩ -1V +1V Cd R5 R4 ΚΩ ΚΩ ΚΩ R8 R7 R 1 ΚΩ Out5 In4 (Out4) R R ΚΩ ΚΩ R0 ΚΩ R4 D1 C R 0 ΚΩ 100 KΩ Cd 5 7 IC5 (TL084) ΚΩ Out Σχήμα 1. Το σχηματικό διάγραμμα της βαθμίδας «δυναμικής» σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης. D5 R 0 ΚΩ C7 R8 100 KΩ 1 nf C9 5. Βαθμίδα χαμηλών συχνοτήτων Η βαθμίδα χαμηλών συχνοτήτων φαίνεται στο σχήμα. Το IC MX589 (στα αριστερά του σχήματος) αποτελεί τη βαθμίδα ανάκτησης και συγχρονισμού των ψευδοτυχαίων δεδομένων που στέλνει ο πομπός. Στη βαθμίδα αυτή ουσιαστικά αναιρείται η «γκαουσιανή» μορφοποίηση που είχαν υποστεί τα ψευδοτυχαία δεδομένα του πομπού πριν από τη διαμόρφωσή τους. Επιπλέον, εξάγεται και ένα σήμα ωρολογίου (RX CLK) σύγχρονο με τα ψευδοτυχαία δεδομένα στην έξοδο του IC MX589, το οποίο οδηγεί το κύκλωμα του αποπεριπλέκτη (descrambler) που λαμβάνει στη συνέχεια τα ψευδοτυχαία δεδομένα (Σχήμα ). Αφού τα δεδομένα έχουν αποκτήσει λογικές στάθμες 0V και 5V στην έξοδο του IC MX589, εισάγονται στον αποπεριπλέκτη (descrambler) (Σχήματα και ). Στην παρούσα εφαρμογή, η έξοδος του αποπεριπλέκτη (Out7) θα πρέπει να είναι μόνιμα «1», δεδομένου ότι η είσοδος της γεννήτριας ψευδοτυχαίων δεδομένων (scrambler) στον πομπό είναι μόνιμα «1» και ο αποπεριπλέκτης στο δέκτη αντιστοιχεί στον περιπλέκτη του πομπού. Σε περίπτωση που η έξοδος λαμβάνει και τιμές «0», τότε αυτό ισοδυναμεί με σφάλμα στη συνεργασία πομπού-δέκτη.

23 +5V Αποπεριπλέκτης (Descrambler) IC8 (CD74HC74) IC9 (CD74HC8) Out7 RX CLK RX Data +5V RR11 47 ΚΩ CC11 10 pf CC8,15 μf Σχήμα. Το σχηματικό διάγραμμα διασύνδεσης του IC MX589 (όπου επιτελείται ανίχνευση και συγχρονισμός των περιπλεγμένων δεδομένων βασικής ζώνης) με τον αποπεριπλέκτη του δέκτη (που αποδίδει στην έξοδό του τα αρχικά δεδομένα εισόδου του πομπού).,15 μf CC IC7 MX589 CCLK 1 μf CC5 RR4 100 ΚΩ 470 pf CC In (Out) 5 1 1/4 - IC9 (CD74HC8) /4 - IC9 (CD74HC8) 4 Out7 RX Data SCLK 11 7/8 - IC8 (CD74HC74) Σχήμα. Το κύκλωμα του αποπεριπλέκτη στο δέκτη.

24 ο ΜΕΡΟΣ : ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1. Βαθμίδα προ-επεξεργασίας σήματος (πριν από τον αποδιαμορφωτή) ΒΗΜΑ 1 Θέστε τα παρακάτω ποτενσιόμετρα στις αρχικές καταστάσεις: RR1: δεξιόστροφα μέχρι το τέρμα, R1: αριστερόστροφα μέχρι το τέρμα, Rs:δεξιόστροφα μέχρι το τέρμα και RR: δεξιόστροφα μέχρι το τέρμα. (ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: τα παραπάνω ισχύουν για τα κίτρινα ποτενσιόμετρα. Αν στην πλακέτα υπάρχουν μπλε ποτενσιόμετρα επειδή αυτά έχουν ανάποδη φορά, θα πρέπει όπου αναφέρεται αριστερόστροφη κίνηση, να γίνεται δεξιόστροφη και αντίστροφα). Απενεργοποιήστε τη λειτουργία FFT. Τοποθετήστε το κανάλι 1 (CH1) του παλμογράφου στο σημείο In1 (είσοδος του δέκτη γενικά αλλά και της βαθμίδας προεπεξεργασίας σήματος) και το CH στο σημείο Out1 (έξοδος του «υποκυκλώματος» ενίσχυσης του σήματος εισόδου). ΒΗΜΑ Με το CH στο σημείο Out1, τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out (έξοδος του συγκριτή τάσης). Παρατηρήστε ότι το φέρον του GMSK σήματος έχει γίνει τετραγωνικό, όπως απαιτείται από το συγκεκριμένο Aποδιαμορφωτή FM που ακολουθεί.. Αποδιαμορφωτής FM ΒΗΜΑ Με το CH1 στο σημείο Out (που είναι και είσοδος του Αποδιαμορφωτή FM), τοποθετήστε το CH στο pin 4 του IC (74HC404). Θα πρέπει οι δύο κυματομορφές να είναι σταθερές και να έχουν ίδια συχνότητα. Σε αντίθετη περίπτωση θα πρέπει να μεταβληθεί το ποτενσιόμετρο RR1 αριστερόστροφα μέχρι οι κυματομορφές να σταθεροποιηθούν και να έχουν ίση συχνότητα (να κλειδώσει το PLL δηλαδή). 4

25 . Βαθμίδα ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος ΒΗΜΑ 4 Επαναφέρετε το CH σε dc mode. Με το CH στο σημείο DemOut (που είναι και είσοδος του «υποκυκλώματος» αρχικής σταθερής αφαίρεσης της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out (έξοδος του «υποκυκλώματος» αρχικής σταθερής αφαίρεσης της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος). Ρυθμίστε το R1 έτσι ώστε στο σημείο Out να έχει αφαιρεθεί η dc συνιστώσα, που είχε το αποδιαμορφωμένο σήμα στο σημείο DemOut (CH). ΒΗΜΑ 5 Με το CH1 στο σημείο Out (που είναι και είσοδος του «υποκυκλώματος» ενίσχυσης), τοποθετήστε το CH στο σημείο Out4 (έξοδος του «υποκυκλώματος» ενίσχυσης). Παρατηρήστε στο CH ότι το σήμα έχει υποστεί ενίσχυση. 4. Βαθμίδα «δυναμικής» σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης. ΒΗΜΑ Με το CH στο σημείο Out4 (ενισχυμένο αποδιαμορφωμένο σήμα), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Α (αντίστοιχο άκρο της διόδου D1). Ρυθμίστε το position και για τα κανάλια στη μέση της οθόνης του παλμογράφου. Στο CH1 παρατηρείτε την άνω περιβάλλουσα του σήματος του CH. CH1 CH 5

26 ΒΗΜΑ 7 Με το CH στο σημείο Out4 (ενισχυμένο αποδιαμορφωμένο σήμα), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Β (αντίστοιχο άκρο της διόδου D5). Ρυθμίστε το position και για τα κανάλια στη μέση της οθόνης του παλμογράφου. Στο CH1 παρατηρείτε την κάτω περιβάλλουσα του σήματος του CH. CH1 CH ΒΗΜΑ 8 Τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Α (ανίχνευση άνω περιβάλλουσας) και το CH στο σημείο Β (ανίχνευση κάτω περιβάλλουσας). Ρυθμίστε το position και για τα κανάλια στη μέση της οθόνης του παλμογράφου. Τώρα εμφανίζονται και οι δύο περιβάλλουσες συγχρόνως. CH1 CH ΒΗΜΑ 9 Τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out5 (ακροδέκτης πάνω από τη δίοδο D1). Επιλέξτε για το CH Off. Ρυθμίστε το position για τo CH1 στη μέση της οθόνης του παλμογράφου. Στο CH1 εμφανίζεται η «dc» συνιστώσα που αντιστοιχεί στην («dc») μέση τιμή του αποδιαμορφωμένου σήματος μετά την ενίσχυση του (δηλαδή όπως εμφανίζεται στην έξοδο Out4, βήματα 5,,7). Πρόκειται για το ημιάθροισμα των δύο περιβαλλουσών (άνω και κάτω), που φαίνονται στο Βήμα 8.

27 ΒΗΜΑ 10 Με το CH1 στο σημείο Out5 (ακροδέκτης πάνω από τη δίοδο D1), τοποθετήστε το CH σημείο Out4 (ενισχυμένο αποδιαμορφωμένο σήμα). Ρυθμίστε το position και για τα κανάλια στη μέση της οθόνης του παλμογράφου. Στο CH1 εμφανίζεται η «dc» συνιστώσα που αντιστοιχεί στην («dc») μέση τιμή του αποδιαμορφωμένου σήματος. μετά την ενίσχυση του (δηλαδή όπως εμφανίζεται στην έξοδο Out4, βήματα 5,,7). Στο CH εμφανίζεται το αποδιαμορφωμένο ενισχυμένο σήμα. ΒΗΜΑ 11 Με το CH στο σημείο Out4, τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out8 (έξοδος του κυκλώματος αφαίρεσης της dc τάσης αναφοράς του αποδιαμορφωμένου σήματος από το ίδιο το αποδιαμορφωμένο σήμα). Η dc συνιστώσα που αποκτά πλέον το αποδιαμορφωμένο σήμα είναι σταθερή με «δυναμική» διόρθωση της τιμής της. CH1 CH ΒΗΜΑ 1 Με το CH1 στο σημείο Out8 (έξοδος του κυκλώματος αφαίρεσης της dc τάσης αναφοράς του αποδιαμορφωμένου σήματος από το ίδιο το αποδιαμορφωμένο σήμα), τοποθετήστε το CH στο σημείο Out (έξοδος της βαθμίδας ρύθμισης της τελικής τιμής της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος). Το αποδιαμορφωμένο σήμα αποκτά πλέον την επιθυμητή dc συνιστώσα, με βάση το ολοκληρωμένο κύκλωμα (MX589) που ακολουθεί και ανιχνεύει τα αρχικά δεδομένα. Αν η κυματομορφή ψαλιδίζεται τότε ρυθμίστε το R να είναι περίπου στη μέση. 7

28 ΒΗΜΑ 1 Με το CH στο σημείο Out (έξοδος της βαθμίδας ρύθμισης της τελικής τιμής της dc συνιστώσας του αποδιαμορφωμένου σήματος), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out1 του πομπού (γκαουσιανά φιλτραρισμένα δεδομένα του πομπού). Παρατηρήσετε ότι το αποδιαμορφωμένο σήμα είναι ίδιο με το διαμορφώνον. Ο «θόρυβος» που παρατηρείται στο αποδιαμορφωμένο σήμα (CH1) δεν επηρρεάζει τη σωστή ανίχνευση των δεδομένων, καθώς δεν υποβαθμίζει σημαντικά το διάγραμμα οφθαλμού. Ο θόρυβος αυτός είναι υπόλειμμα του φέροντος (περίπου 00 KHz). 5. Βαθμίδα χαμηλών συχνοτήτων ΒΗΜΑ 14 Βαθμίδα ανάκτησης και συγχρονισμού ψευδοτυχαίων δεδομένων Με το CH στο σημείο Οut (που είναι και είσοδος της βαθμίδας ανάκτησης και συγχρονισμού ψευδοτυχαίων δεδομένων), τοποθετήστε το CH1 στο σημείο RX Data (έξοδος της βαθμίδας ανάκτησης και συγχρονισμού ψευδοτυχαίων δεδομένων). Παρατηρήστε στο CH1 τα ανακτημένα ψευδοτυχαία δεδομένα (ίδια με αυτά που στέλνει ο πομπός). ΒΗΜΑ 1 Βαθμίδα αποπεριπλέκτη (descrambler) Με το CH1 στο σημείο RX Data (δέκτης), τοποθετήστε το CH στο σημείο ScrOut στην πλακέτα του πομπού. Παρατηρήστε τα κανάλια και διαπιστώστε ότι τα ψευδοτυχαία δεδομένα που ανακτώνται στο δέκτη (CH1) φαίνονται ίδια με τα ψευδοτυχαία ψηφιακά δεδομένα που μεταδίδει ο πομπός (CH) αλλά καθυστερημένα. 8

29 ΒΗΜΑ 17 Βαθμίδα αποπεριπλέκτη (descrambler) Με το CH1 στο σημείο RX Data (που είναι και είσοδος του αποπεριπλέκτη), τοποθετήστε το CH στο σημείο Out7 (έξοδος του αποπεριπλέκτη). Δεδομένου ότι τα ψευδοτυχαία δεδομένα ανακτώνται ορθά στο δέκτη (Βήμα 1), τότε η έξοδος του αποπεριπλέκτη Out7 (CH) θα πρέπει να βρίσκεται σε στάθμη «1». Σε περίπτωση μεταβάσεων της εξόδου Out7 σε στάθμη «0», τότε, εάν η έξοδος Out7 βρίσκεται σε στάθμη «0» για διάρκεια μικρότερη από τη διάρκεια ενός bit αυτό σημαίνει ότι τα ψευδοτυχαία δεδομένα ανακτώνται ορθά αλλά υπάρχει πρόβλημα με την ανάκτηση του σήματος ωρολογίου τους (από το IC ΜΧ589), γεγονός που κάνει τον αποπεριπλέκτη να παρουσιάζει αυτές τις μεταβάσεις στην έξοδό του, καθώς οδηγείται από το ανακτημένο σήμα ωρολογίου. Εάν η έξοδος Out7 βρίσκεται σε στάθμη «0» για διάρκεια μεγαλύτερη από τη διάρκεια ενός bit, τότε ενδεχομένως να πρόκειται και για λανθασμένη ανάκτηση των ψευδοτυχαίων δεδομένων. Στο σημείο αυτό ολοκληρώθηκαν τα βήματα, βάσει των οποίων παρακολουθείται η λειτουργία των κυκλωμάτων και η επικοινωνία (πορεία του σήματος) μεταξύ πομπού και δέκτη. Ακολουθεί μία ακόμα ενότητα, στην οποία γίνεται επιπλέον ανάλυση της λειτουργίας της βαθμίδας «δυναμικής» σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης, του δέκτη.. Επιπλέον ανάλυση λειτουργίας - Βαθμίδα «δυναμικής» σταθεροποίησης της dc συνιστώσας του ανακτημένου Gaussian-filtered σήματος βασικής ζώνης του δέκτη. ΒΗΜΑ 18 Τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out5 (Πάνω από τη δίοδο D1) (Στο CH1 εμφανίζεται η «dc» συνιστώσα που αντιστοιχεί στην («dc») μέση τιμή του αποδιαμορφωμένου σήματος μετά την ενίσχυση του (δηλαδή όπως εμφανίζεται στην έξοδο Out4, βήματα 5,,7). Τοποθετήστε το CH στο σημείο Out4 (Αποδιαμορφωμένο σήμα μετά την ενίσχυσή του). 9

30 ΒΗΜΑ 19 Μεταβάλλετε τη ρύθμιση του διαιρέτη τάσης R1 (της βαθμίδας ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος). Υπενθυμίζεται ότι έτσι ρυθμίζεται η dc συνιστώσα του αποδιαμορφωμένου σήματος στην έξοδο του Αποδιαμορφωτή FM. Παρατηρήστε ότι για μικρές μεταβολές της ρύθμισης του διαιρέτη τάσης R1 (η μεταβολή επιφέρει μεταβολή της dc συνιστώσας του σήματος του CH), στο CH1 το dc σήμα που παράγεται ακολουθεί τις μεταβολές της dc συνιστώσας του σήματος του CH. ΒΗΜΑ 0 Τοποθετήστε το CH1 στο σημείο Out8 (Στο CH1 εμφανίζεται το ενισχυμένο αποδιαμορφωμένο σήμα μετά τη «δυναμική» διόρθωση της dc συνιστώσας του. Υπενθυμίζεται ότι το σήμα στο σημείο Out8 προκύπτει μετά από αφαίρεση του σήματος Out5 από το σήμα Out4 (βήματα 1,17). Διατηρήστε το CH στο σημείο Out4 (Αποδιαμορφωμένο σήμα μετά την ενίσχυσή του). Μεταβάλλετε τη ρύθμιση του διαιρέτη τάσης R1 (της βαθμίδας ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος). Παρατηρήστε ότι για μικρές μεταβολές της ρύθμισης του διαιρέτη τάσης R1 (η μεταβολή επιφέρει μεταβολή της dc συνιστώσας του σήματος του CH), η dc συνιστώσα του σήματος στο CH1 δε μεταβάλλεται (παραμένει σταθερή). 0

31 ΒΗΜΑ 1 Μεταβάλλετε τη ρύθμιση του διαιρέτη τάσης R1 (της βαθμίδας ρύθμισης της Vpp τιμής της στάθμης του αποδιαμορφωμένου σήματος) έτσι ώστε να προκύψει περίπου μηδενική dc συνιστώσα για το CH (αρχική ρύθμιση για βέλτιστη λειτουργία του κυκλώματος). 1