Συστήματα Επικοινωνιών Ι

Transcript

1 + Διδάσκων: Δρ. Κ. Δεμέστιχας Συστήματα Επικοινωνιών Ι Διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση πλάτους AM-DSB-SC και QAM

2 + Περιεχόμενα Διαμόρφωση AM-DSB-SC Φάσμα διαμορφωμένου σήματος Απόδοση ισχύος Παραγωγή AM-DSB-SC κυματομορφών ισοσταθμισμένος διαμορφωτής δακτυλιοειδής διαμορφωτής ΑποδιαμόρφωσηAM-DSB-SC κυματομορφών ομόδυνος φωρατής δέκτης Costas βρόχος τετραγωνισμού Διαμόρφωση QAM παραγωγή QAM κυματομορφών φάσμα διαμορφωμένου σήματος αποδιαμόρφωση QAM κυματομορφών διαφορά φάσης Σύνοψη Σύγκριση μεθόδων ΑΜ διαμόρφωσης

3 + Βιβλιογραφία Simo Hayki, Συστήματα Επικοινωνίας, εκδόσεις Παπασωτηρίου, 1995, Αθήνα. Φ. Κωνσταντίνου, Χ. Καψάλης και Π. Κωττής, «Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες», εκδόσεις Παπασωτηρίου, 1995, Αθήνα. Proakis J. ad Salehi M., Commuicatio Systems Egieerig, 2 d Editio, Pretice Hall, 2002, New Jersey. Ιστοσελίδα του μαθήματος: επικοινωνίας: cdemestichas@uowm.gr

4 + 1 2 Σύνδεση με τα προηγούμενα Διαμόρφωση: η διαδικασία μέσω της οποίας κάποιο χαρακτηριστικό ενός φέροντος σήματος μεταβάλλεται σύμφωνα με ένα σήμα πληροφορίας Διαμόρφωση AM-DSB-LC Μειονεκτήματα: 1 2 σπατάλη φάσματος s1t2 A c 31 k a m1t24 cos12pf c t2 απώλειες ισχύος λόγω 1μετάδοσης 2 του αδιαμόρφωτου φέροντος

5 + Διαμόρφωση πλάτους AM-DSB-SC Amplitude Modulatio Double Side Bad with Suppressed Carrier Απάλειψη του φέροντος από τη διαμορφωμένη κυματομορφή για περιορισμό των απωλειών ισχύος s t = A c cos 2πf c t m(t) m(t) s(t) αντιστροφή Phase reversals φάσης 0 t 0 t (a) Σήμα πληροφορίας Η περιβάλλουσα είναι διαφορετική από το σήμα βασικής ζώνης DSB-SC διαμορφωμένη κυματομορφή

6 + Φάσμα κυματομορφής AM-DSB-SC S1f2 1 2 A c3m1f f c 2 M1f f c 24 M(0) M(f ) 1 W 0 W S(f ) f 2 εκδοχές του φάσματος βασικής ζώνης μετατοπισμένες σε συχνότητα κατά ±f 1, κλιμακούμενες σε πλάτος κατά Ac M(0) 2 αρχικά είχαμε εύρος W και μετά τη διαμόρφωση έχουμε εύρος 2W (μειονέκτημα) f c 0 f c f 2W (b) 2W

7 + Ισχύς διαμορφωμένου σήματος Βάσει του ορισμού μέση ισχύος ισχύος: 1 Pg = g t dt T 2 2 lim T ( ) T T 2 υ φέροντος σήματος και ορίζοντας f(t) = m(t) υπολογίζουμε: P : = s 4 (t) = A 4 1 f 4 (t)cos 4 2πf 1 t Αν το f(t) (δηλ. και το m(t)) είναι αργά μεταβαλλόμενο σε σχέση με το υψίσυχνο φέρον και f(t) = 0, τότε αποδεικνύεται ότι s 4 t = C 3 D E D (F) Ισχύς σήματος πληροφορίας: P E = f 4 (t) O λόγος H I LMNύP QήSTUVP WXYZV[VZίTP = = H I = 4 D = l J K ]^_`abcή dqeύp fdtsvz[gsέiyp jkstuvsvz[ήp J K C 3 J 3 την απόδοση ισχύος 4 εκφράζει

8 + Παραγωγή κυματομορφής AM-DSB-SC Στόχος κάθε διάταξης διαμόρφωσης είναι η παραγωγή του γινομένου m t cos 2πf c t και η απαλοιφή του αδιαμόρφωτου φέροντος m(t) m t cos 2πf c t cos (2πf 1 t) ~

9 + Παραγωγή κυματομορφής AM-DSB- SC- Ισοσταθμισμένος διαμορφωτής s l t = A k t m(t) cos (2πf 1 t) s t = s l t s 4 t = 2k t A 1 cos (2πf 1 t)m(t) s 4 t = A 1 1 k t m(t) cos (2πf 1 t)

10 + Παραγωγή κυματομορφής AM-DSB-SC Δακτυλιοειδής Διαμορφωτής θετικό φέρον: οι εξωτερικές δίοδοι άγουν οι εσωτερικές δίοδοι δεν άγουν Τετραγωνικό φέρον Έξοδος διαμορφωτή Δρ. Κωνσταντίνος Δεμέστιχας αρνητικό φέρον: οι εξωτερικές δίοδοι δεν άγουν οι εσωτερικές δίοδοι άγουν

11 + Παραγωγή κυματομορφής AM-DSB-SC Δακτυλιοειδής Διαμορφωτής Στην περίπτωση ημιτονικού σήματος διαμόρφωσης ημιτονικό σήμα πληροφορίας τετραγωνικό φέρον διαμορφωμένη κυματομορφή

12 + Φάσμα εξόδου δακτυλιοειδή διαμορφωτή Ζωνοπερατό φίλτρο εύρους 2W γύρω από την f c Πλευρικές ζώνες γύρω από κάθε μια από τις περιττές αρμονικές του φέροντος c(t) Δεν υπάρχει φασματικό περιεχόμενο στη φέρουσα συχνότητα f c Πρέπει να επιλέγεται f c > W ώστε να αποφεύγεται η επικάλυψη των πλευρικών ζωνών

13 + Φώραση κυματομορφών AM-DSB-SC Ομόδυνος φωρατής φ: σφάλμα φάσης χρήσιμη συνιστώσα Δρ. Κωνσταντίνος Δεμέστιχας

14 + Φώραση κυματομορφών AM-DSB-SC Ομόδυνος φωρατής Εξασθένηση της εξόδου του φωρατή κατά ένα συντελεστή cosφ, όπου φ το σφάλμα φάσης στον τοπικό ταλαντωτή Όταν φ=0, έχουμε μέγιστο πλάτος εξόδου Όταν φ=π/2, έχουμε απώλεια σήματος (ορθογωνικόμηδενικό φαινόμενο) Στην πράξη είναι cosφ(t) το αποδιαμορφωμένο σήμα είναι παραμορφωμένη εκδοχή του σήματος πληροφορίας Απαιτείται άριστος συγχρονισμός σε συχνότητα και φάση με το φέρον που χρησιμοποιείται στην παραγωγή της κυματομορφής DSB-SC αυξημένη πολυπλοκότητα φωρατή για την εξοικονόμηση ισχύος μετάδοσης

15 + Διαμόρφωση ΑΜ-DSB-SC από απλό τόνο &φώραση από ομόδυνο φωρατή Έξοδος φωρατή 2 ίσοι όροι Δρ. Κωνσταντίνος Δεμέστιχας

16 + Δέκτης Costas Ι κανάλι 1 2 Α 1cosφ m(t) Μηχανισμός διατήρησης του τοπικού ταλαντωτή σε συγχρονισμό με το φέρον Q κανάλι 1 2 Α 1siφm(t)

17 + Βρόχος τετραγωνισμού PLL s t = A c cos 2πf c t m(t) y t = s 2 (t) s t = A c cos 2πf c t m(t) y t = A 4 1 cos 4 2πf 1 t m 4 t = D C 3 4 m4 t 1 + cos (4πf 1 t) = C 3 D D 4 m4 t + C 3 4 m4 t cos (4πf 1 t) Κόβεται από το φίλτρο στενής ζώνης

18 + Ορθογωνική Διαμόρφωση Πλάτους (QAM) Η ορθογωνική διαμόρφωση πλάτους επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση δυο ανεξάρτητων ΑΜ-DSB-SC διαμορφωμένων σημάτων πληροφορίας (με ίδιο εύρος φάσματος γύρω από την ίδια συχνότητα) στο ίδιο εύρος ζώνης μετάδοσης M 1 (f) M 2 (f) -W W

19 + Διαμορφωτής QAM s t = A 1 m l t cos 2πf 1 t + A 1 m 4 t si 2πf 1 t Συμφασική συνιστώσα Ορθογωνική συνιστώσα

20 + Φάσμα κυματομορφής QAM Ac A 1 S( f ) = M1( f ) ( f + fc) + ( f fc) + M 2( f ) ( f fc) ( f + fc) 2 2 j c [ δ δ ] [ δ δ ] Ac A = j c [ M ( f f ) M ( f f )] [ M ( f f ) M ( f f )] 1 c 1 c 2 c 2 c Αν m 1 (t), m 2 (t) βαθυπερατά σήματα εύρους ζώνης W Ac [ M 1( f + f c) + jm 2( f + f c) ], f + f c W 2 Ac S( f) = [ M1( f fc) jm2( f fc) ], f fc W 2 0, αλλού f c S( f) 0 f c f

21 + Αποδιαμορφωτής QAM v 1 (t) 1 2 A 1m l t v 2 (t) 1 2 A 1m 4 t

22 + Διαφορά φάσης Συμφασική συνιστώσα Αν υπάρχει διαφορά φάσης στη συμφασική συνιστώσα έχουμε yt () = st ()cos(2 π ft+ φ) v 1 (t) c LPF = Am( t)cos(2 π f t)cos(2 π f t+ φ) c 1 c c + Am ()si(2 t π f t)cos(2 π f t+ φ) c 2 c c LPF Ac = m 1( t )[ cosφ+ cos(4 π ft c + φ) ] 2 Ac + m () t [ siφ+ si(4 π ft + φ) ] 2 Ac Ac = m1( t)cos φ m2( t)siφ c LPF

23 + Διαφορά φάσης Ορθογωνική συνιστώσα Αν υπάρχει διαφορά φάσης στη συμφασική συνιστώσα έχουμε v () t = s()si(2 t π f t+ φ) 2 c LPF = Am( t)cos(2 π f t)si(2 π f t+ φ) c 1 c c + Am ()si(2 t π f t)si(2 π f t+ φ) c 2 c c LPF Ac = m 1( t )[ siφ+ si(4 π ft c + φ) ] 2 Ac + m ()cos t [ φ+ cos(4 π ft + φ) ] 2 Ac Ac = m1( t)si φ+ m2( t)cosφ c LPF

24 + Συνοπτική Σύγκριση Διαμόρφωση ΑΜ-DSB-LC «σπατάλη» εύρους ζώνης «σπατάλη» ισχύος Διαμόρφωση ΑΜ-DSB-SC «σπατάλη» εύρους ζώνης βελτίωση της επίδοσης ισχύος αυξημένη πολυπλοκότητα δέκτη Διαμόρφωση QAM αποδοτικότερη χρήση εύρους ζώνης επίδοση ισχύος ίδια με ΑΜ-DSB-SC ισχυρή απαίτηση για συγχρονισμό (αλλιώς έχουμε «ανάμειξη» (cross-talk) των δύο σημάτων