Τηλεπικοινωνίεσ. Πανεπιςτήμιο Αιγαίου. Ενότητα 3 : Διαμόρφωςη Πλάτουσ (AM) Δημοςθζνησ Βουγιοφκασ Αναπληρωτήσ Καθηγητήσ

Transcript

1 Πανεπιςτήμιο Αιγαίου Τηλεπικοινωνίεσ Ενότητα 3 : Διαμόρφωςη Πλάτουσ (AM) Δημοςθζνησ Βουγιοφκασ (dvouyiou@aegean.gr) Αναπληρωτήσ Καθηγητήσ Τμήμα Μηχανικών Πληροφοριακών & Επικοινωνιακών Συςτημάτων

2 Άδειεσ Χρήςησ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται ςε άδειεσ χρήςησ Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπωσ εικόνεσ, που υπόκειται ςε άλλου τφπου άδειασ χρήςησ, η άδεια χρήςησ αναφζρεται ρητώσ.

3 Χρηματοδότηςη Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό ζχει αναπτυχθεί ςτα πλαίςια του εκπαιδευτικοφ ζργου του διδάςκοντα. Το ζργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ςτο Πανεπιςτήμιο Αιγαίου» ζχει χρηματοδοτήςει μόνο τη αναδιαμόρφωςη του εκπαιδευτικοφ υλικοφ. Το ζργο υλοποιείται ςτο πλαίςιο του Επιχειρηςιακοφ Προγράμματοσ «Εκπαίδευςη και Δια Βίου Μάθηςη» και ςυγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ζνωςη (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικοφσ πόρουσ.

4 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 4 Πεξηερφκελα: Γηακφξθσζε/Απνδηακφξθσζε Πιάηνπο ΑΜ Γηακφξθσζε DSB-SC Οκφδπλε Φψξαζε Κπκαηνκνξθψλ DSB-SC Γηακφξθσζε QAM Γηακφξθσζε SSB Γηακφξθσζε VSB Μεηαηφπηζε Σπρλφηεηαο (Μίμε) Πνιππιεμία Γηαίξεζεο Σπρλφηεηαο (FDM)

5 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 5 Ο ζθνπφο ελφο ηειεπηθνηλσληαθνχ ζπζηήκαηνο είλαη ε κεηάδνζε ζεμάηων πλεροθορίας (information-bearing signals) ή ζεμάηων βαζικής δώνες (baseband signals) κέζσ ελφο δηαχινπ επηθνηλσλίαο πνπ ρσξίδεη ηνλ πνκπφ απφ ην δέθηε. Βαζηθή δψλε (baseband) = ε δψλε ζπρλνηήησλ πνπ παξηζηάλεη ην αξρηθφ ζήκα φπσο απηφ ζηέιλεηαη απφ ηελ πεγή πιεξνθνξίαο

6 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 6 Ζ απνηειεζκαηηθή ρξήζε ηνπ δηαχινπ επηθνηλσλίαο απαηηεί κεηαηφπηζε ηεο πεξηνρήο ζπρλνηήησλ ηεο βαζηθήο δψλεο ζε άιιεο πεξηνρέο ζπρλνηήησλ θαηάιιειεο γηα κεηάδνζε, κέζσ δηακφξθσζεο. Γηακφξθσζε (modulation) = ε δηαδηθαζία κε ηελ νπνία θάπνην ραξαθηεξηζηηθφ ελφο θέξνληνο κεηαβάιιεηαη ζχκθσλα κε ην ζήκα δηακφξθσζεο. Απνδηακφξθσζε (demodulation)

7 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 7 Σήκα δηακφξθσζεο (modulating wave) Γηακνξθσκέλν ζήκα (modulated wave) Θα κειεηήζνπκε ηηο δχν νηθνγέλεηεο ζπζηεκάησλ δηακφξθσζεο ζπλερνχο θπκαηνκνξθήο (continuous wave, CW), δελ. ηα ζσζηήμαηα: Γηακφξθσζεο πιάηνπο (amplitude modulation, ΑΜ) Γηακφξθσζε γσλίαο (angle modulation)

8 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 8 Ζκηηνληθφ θέξνλ c(t): Σήκα βαζηθήο δψλεο πνπ κεηαθέξεη ηελ πιεξνθνξία: m(t) cos2 c t A f t Ζ δηακφξθσζε πιάηνπο νξίδεηαη σο κηα δηαδηθαζία ζηελ νπνία ην πιάηνο ηνπ θέξνληνο c(t) κεηαβάιιεηαη γχξσ απφ κηα κέζε ηηκή γξακκηθά ζε ζρέζε κε ην ζήκα βαζηθήο δψλεο m(t). c c s t Ac 1 kam t cos 2 fct

9 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 9 Ζκηηνληθφ θέξνλ c(t): cos2 c t A f t Αλαινγηθφ βαζππεξαηφ ζήκα ηζρχνο m(t) Γηακνξθσκέλν θαηά ΑΜ c c

10 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 10

11 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 11 s t Ac 1 kam t cos 2 fct k a = επαηζζεζία πιάηνπο (amplitude sensitivity) max( k a m(t) )*100 = πνζνζηφ δηακφξθσζεο (percentage modulation) Ζ πεξηβάιινπζα (envelope) ηοσ s(t) έτει ηεν ίδια μορθή κε ην ζήκα βαζηθήο δψλεο m(t) αλ ηθαλνπνηνχληαη νη εμήο απαηηήζεηο: k a m(t) < 1 για όλα ηα t f c >> W (W = εύρος δώνες πλεροθορίας-message bandwidth)

12 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 12 Ζ ζηαζεξά 1 πξνζηίζεηαη ζην ζήκα: Γηα απινπνίεζε ηεο απνδηακφξθσζεο Φσξαηήο πεξηβάιινπζαο Οδεγεί ζε κεγάιε ζπαηάιε ηζρχνο k a m(t) < 1 k a m(t) > 1

13 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 13 Υπεξδηακφξθσζε

14 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 14 Αλ k a m(t) > 1 ε θέξνπζα θπκαηνκνξθή γίλεηαη ππεξδηακνξθσκέλε (over-modulated) θαη ε δηακνξθσκέλε θπκαηνκνξθή εκθαλίδεη παξακφξθσζε πεξηβάιινπζαο (envelope distortion). Ο ΜΣ Fourier ηεο ΑΜ θπκαηνκνξθήο s(t):

15 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 15

16 Διαμόρφωςη Πλάτουσ 16 Άλσ πιεπξηθή δψλε (upper sideband) Κάησ πιεπξηθή δψλε (lower sideband) Ζ ζπλζήθε f c >W εμαζθαιίδεη φηη νη πιεπξηθέο δψλεο δελ επηθαιχπηνληαη. Τν εχξνο δψλεο κεηάδνζεο (transmission bandwidth) B T, γηα θπκαηνκνξθή ΑΜ: B T = (f c +W) - (f c -W) B T = 2W είλαη αθξηβψο δηπιάζην ηνπ εχξνπο δψλεο πιεξνθνξίαο, W.

17 17 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο Γηακφξθσζε απφ απιφ ηφλν: μ = k a A m ζπληειεζηήο δηακφξθσζεο (modulation factor) ή επί ηνηο εθαηφ δηακφξθσζε φηαλ εθθξάδεηαη αξηζκεηηθά ζαλ πνζνζηφ. Γηα λα κελ έρνπκε ππεξδηακφξθσζε: μ < 1

18 18 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο

19 19 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο Αλ Α min και Α max δελώνοσν ηε μέγιζηε και ηεν ελάτιζηε ηηκή ηεο πεξηβάιινπζαο ηεο δηακνξθσκέλεο θπκαηνκνξθήο: Πξέπεη κ <1

20 20 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο

21 21 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο Δχξεζε ηνπ ΜΣ Fourier:

22 22 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο

23 Παράδειγμα Διαμόρφωςη από απλό τόνο 23 Ζ κέζε ηζρχο απνηειείηαη απφ ηξεηο ζπληζηψζεο: Ηζρχο θέξνληνο: Ηζρχο άλσ πιεπξηθήο ζπρλφηεηαο: Ηζρχο θάησ πιεπξηθήο ζπρλφηεηαο: Αθφκα θαη φηαλ μ=1 ε ζπλνιηθή ηζρχο ζηηο δχν πιεπξηθέο ζπρλφηεηεο είλαη κφλν ην έλα ηξίην ηεο ζπλνιηθήο ηζρχνο ηεο δηακνξθσκέλεο θπκαηνκνξθήο.

24 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ 24 Γχν δηαηάμεηο θαηάιιειεο γηα δηακφξθσζε ρακειήο ηζρχνο: Γηακνξθσηήο ηεηξαγσληθνχ λφκνπ (square-law modulator) Γηαθνπηηθφο δηακνξθσηήο (switching modulator) Καη νη δχν απαηηνχλ ηε ρξήζε ελφο κε γξακκηθνχ ζηνηρείνπ (εκηαγσγηθέο δίνδνη, ηξαλδίζηνξο).

25 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διαμορφωτήσ τετραγωνικοφ νόμου 25 Ζ ραξαθηεξηζηηθή κεηαθνξάο ηνπ ζπλδπαζκνχ ηεο δηφδνπ θαη ηεο αληίζηαζεο θνξηίνπ κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί κε ζεκαληηθή αθξίβεηα κε έλα ηεηραγωνικό νόμο (square law):

26 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διαμορφωτήσ τετραγωνικοφ νόμου 26 Ο πξψηνο φξνο είλαη ε επηζπκεηή θπκαηνκνξθή ΑΜ, κε επαηζζεζία πιάηνπο k a =2a 2 /a 1. Οη ππφινηπνη ηξεηο φξνη είλαη αλεπηζχκεηνη θαη αθαηξνχληαη κέζσ θηιηξαξίζκαηνο.

27 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διαμορφωτήσ τετραγωνικοφ νόμου 27 Με δσλνπεξαηφ θίιηξν εχξνπο δψλεο 2W θαη θεληξηθή ζπρλφηεηα f c ιακβάλνπκε: εθφζνλ f c > 3W

28 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διακοπτικόσ διαμορφωτήσ 28 Θεσξνχκε φηη ην θέξνλ πνπ εθαξκφδεηαη ζηελ είζνδν είλαη κεγάιν ζην πιάηνο έηζη ψζηε λα ηαιαληψλεηαη ζε φιν ην πιάηνο ηεο ραξαθηεξηζηηθήο θακπχιεο ηεο δηφδνπ. Δπίζεο ζεσξνχκε φηη ε δίνδνο ελεξγεί ζαλ ηδαληθφο δηαθφπηεο.

29 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διακοπτικόσ διαμορφωτήσ 29 Πξνζεγγίδνπκε ηε ραξαθηεξηζηηθή κεηαθνξάο ηνπ ζπλδπαζκνχ δηφδνπ-αληίζηαζεο θνξηίνπ κε κία ηκεκαηηθά γξακκηθή (piece-wise linear) ραξαθηεξηζηηθή.

30 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διακοπτικόσ διαμορφωτήσ 30 Άξα, ζεσξψληαο ζήκα δηακφξθσζεο πνπ είλαη αζζελέο ζπγθξηλφκελν κε ην θέξνλ, έρνπκε αληηθαηαζηήζεη ηε κε γξακκηθή ιεηηνπξγία ηεο δηφδνπ κε κηα πξνζεγγηζηηθά ηζνδχλακε γξακκηθή, ρξνληθά κεηαβαιιφκελε, ιεηηνπξγία. g p (t)= περιοδική παλμοζειρά, κε duty cycle=1/2, θαη πεξίνδν Τ ο =1/f c. Ζ ζεηξά Fourier απηήο:

31 Παραγωγή κυματομορφών ΑΜ: Διακοπτικόσ διαμορφωτήσ 31 H u 2 (t) απνηειείηαη απφ: Τε ζπληζηψζα πνπ είλαη ε επηζπκεηή θπκαηνκνξθή ΑΜ κε επαηζζεζία πιάηνπο k a =4/πΑ c. Σπλαξηήζεηο δέιηα ζηα 0, ±2f c, ±4f c, θ.ν.θ. θαη δηαζηήκαηα ζπρλφηεηαο πιάηνπο 2W κε θέληξν ηα 0, ±3f c, ±5f c, θ.ν.θ., φπνπ W ην εχξνο δψλεο ηνπ m(t). Απηά αθαηξνχληαη κε δσλνπεξαηφ θηιηξάξηζκα.

32 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ 32 Θα πεξηγξάςνπκε δχν δηαηάμεηο θαηάιιειεο γηα απνδηακφξθσζε ρακειήο ηζρχνο: Φσξαηή ηεηξαγσληθνχ λφκνπ (square-law detector) Φσξαηή πεξηβάιινπζαο (envelope detector)

33 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Τετραγωνικοφ Νόμου 33 Γηα ηελ απνδηακφξθσζε απηή ρξεζηκνπνηνχκε ηε δηάηαμε ηνπ δηακνξθσηή ηεηξαγσληθνχ λφκνπ. Τν επηζπκεηφ ζήκα α 2 Α c 2 k a m(t) νθείιεηαη ζηνλ φξν α 2 u 12 (t) θαη αθαηξείηαη κε βαζππεξαηφ θηιηξάξηζκα.

34 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Τετραγωνικοφ Νόμου 34 Ωζηφζν ην ζήκα α 2 Α c 2 k a m(t) δελ είλαη ε κφλε ζπλεηζθνξά κέζα ζην θάζκα βαζηθήο δψλεο, γηαηί ν φξνο Α c 2 k a2 m 2 (t) ζα δψζεη έλα κεγάιν αξηζκφ παξφκνησλ ζπληζησζψλ ζπρλφηεηαο. Ο ιφγνο ηνπ επηζπκεηνχ ζήκαηνο πξνο ηελ παξακφξθσζε είλαη ίζνο κε 2/k a m(t). Γηα λα απμήζνπκε απηφ ην ιφγν πεξηνξίδνπκε ην πνζνζηφ δηακφξθσζεο, δειαδή επηιέγνπκε k a m(t) κηθξφ ζπγθξηλφκελν κε ηε κνλάδα γηα φια ηα t.

35 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Τετραγωνικοφ Νόμου 35 Άξα ε αλάθηεζε ηνπ ζήκαηνο βαζηθήο δψλεο m(t) ρσξίο παξακφξθσζε είλαη δπλαηή κφλν εάλ ε εθαξκνζκέλε θπκαηνκνξθή ΑΜ είλαη αζζελήο έηζη ψζηε λα δηθαηνινγεζεί ε ρξήζε κηαο ζρέζεο εηζφδνπ-εμφδνπ ηεηξαγσληθνχ λφκνπ θαη εάλ ην πνζνζηφ δηακφξθσζεο είλαη κηθξφ.

36 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Περιβάλλουςασ 36 AM ζηελήο δψλεο θαη πνζνζηφ δηακφξθσζεο < 100% Ζ ζηαζεξά ρξφλνπ θφξηηζεο: Ζ ζηαζεξά ρξφλνπ εθθφξηηζεο:

37 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Περιβάλλουςασ 37 Ζ ζηαζεξά ρξφλνπ θφξηηζεο R s C είλαη κηθξή έηζη ψζηε ν ππθλσηήο λα θνξηίδεηαη ηαρχηαηα θαη λα αθνινπζεί ηελ εθαξκνδφκελε ηάζε κέρξη ηε ζεηηθή θνξπθή φηαλ ε δίνδνο άγεη. Ζ ζηαζεξά ρξφλνπ εθθφξηηζεο R 1 C είλαη αξθεηά κεγάιε γηα λα εμαζθαιίδεη φηη ν ππθλσηήο εθθνξηίδεηαη αξγά κέζσ ηεο αληίζηαζεο θνξηίνπ R 1 κεηαμχ ζεηηθψλ θνξπθψλ ηνπ θέξνληνο, αιιά φρη ηφζν αξγά ψζηε ε ηάζε ηνπ ππθλσηή λα κελ εθθνξηίδεηαη ζην κέγηζην ξπζκφ αιιαγήο ηνπ ζήκαηνο δηακφξθσζεο.

38 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Περιβάλλουςασ 38

39 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών ΑΜ: Φωρατήσ Περιβάλλουςασ 39 Ζ έμνδνο ηνπ θσξαηή έρεη κηα κηθξή θπκάησζε ζηε ζπρλφηεηα ηνπ θέξνληνο πνπ εμαιείθεηαη εχθνια κε βαζππεξαηφ θηιηξάξηζκα.

40 Διαμόρφωςη Διπλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ με Καταπιεςμζνο Φζρον (DSB-SC) 40 Double-SideBand-Suppressed Carrier Modulation Σηε δηακφξθσζε ΑΜ ε κεηάδνζε ηνπ θέξνληνο απνηειεί απψιεηα ηζρχνο. Απαιείθνληαο ην θέξνλ απφ ηελ ΑΜ έρνπκε ηε δηακφξθσζε DSB-SC:

41 41 Διαμόρφωςη Διπλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ με Καταπιεςμζνο Φζρον (DSB-SC) Αλαζηξνθέο θάζεο

42 Διαμόρφωςη Διπλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ με Καταπιεςμζνο Φζρον (DSB-SC) 42 Ζ δηακνξθσκέλε θπκαηνκνξθή πθίζηαηαη αληηζηξνθή θάζεο φπνηε ην ζήκα βαζηθήο δψλεο m(t) αλλάδει πξφζεκν. Ζ πεξηβάιινπζα είλαη δηαθνξεηηθή απφ ην ζήκα βαζηθήο δψλεο. Ο ΜΣ Fourier ηεο DSB-SC θπκαηνκνξθήο s(t): Τν εχξνο δψλεο κεηάδνζεο ηεο DSB-SC θπκαηνκνξθήο είλαη 2W.

43 43 Διαμόρφωςη Διπλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ με Καταπιεςμζνο Φζρον (DSB-SC)

44 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC 44 Θα εμεηάζνπκε δχν κνξθέο δηακνξθσηή γηλνκέλνπ (product modulator): Τνλ ηζνζηαζκηζκέλν δηακνξθσηή (balanced modulator) Τν δαθηπιηνεηδή δηακνξθσηή (ring modulator)

45 45 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC: Ιςοςταθμιςμζνοσ Διαμορφωτήσ

46 46 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC: Δακτυλιοειδήσ Διαμορφωτήσ Οη ηέζζεξηο δίνδνη ζρεκαηίδνπλ έλα δαθηχιην ζηνλ νπνίν φιεο έρνπλ ηελ ίδηα θνξά.

47 47 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC: Δακτυλιοειδήσ Διαμορφωτήσ Οη δίνδνη ειέγρνληαη απφ ηεηξαγσληθφ θέξνλ c(t) ζπρλφηεηαο f c, πνπ εθαξκφδεηαη κέζσ δχν κεηαζρεκαηηζηψλ θεληξηθήο ιήςεο.

48 48 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC: Δακτυλιοειδήσ Διαμορφωτήσ

49 49 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC: Δακτυλιοειδήσ Διαμορφωτήσ Παξαηεξνχκε φηη δελ ππάξρεη θακία έμνδνο απφ ην δηακνξθσηή ζηε θέξνπζα ζπρλφηεηα. Γειαδή ε έμνδνο ηνπ δηακνξθσηή απνηειείηαη απνθιεηζηηθά απφ πξντφληα δηακφξθσζεο. Γηπιά ηζνζηαζκηζκέλνο δηακνξθσηήο (double-balanced modulator), γηαηί ηζνζηαζκίδεηαη φζν αθνξά ηφζν ην ζήκα βαζηθήο δψλεο φζν θαη ην ηεηξαγσληθφ θέξνλ.

50 50 Παραγωγή Κυματομορφών DSB-SC: Δακτυλιοειδήσ Διαμορφωτήσ Τν θάζκα ηεο εμφδνπ απνηειείηαη απφ πιεπξηθέο δψλεο γχξσ απφ θάζε κία απφ ηηο πεξηηηέο αξκνληθέο ηνπ ηεηξαγσληθνχ θέξνληνο. Γηα λα πάξνπκε ηελ επηζπκεηή έμνδν ρξεζηκνπνηνχκε δσλνπεξαηφ θίιηξν κε θεληξηθή ζπρλφηεηα f c θαη εχξνο δψλεο 2W. Γηα λα απνθχγνπκε ηελ επηθάιπςε ησλ πιεπξηθψλ δσλψλ (sideband overlap) πξέπεη f c > W.

51 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC 51 Θεσξείηαη φηη ην ηνπηθφ ζήκα ηαιάλησζεο είλαη επαθξηβψο ζχκθσλν ή ζπγρξνληζκέλν ηφζν ζε ζπρλφηεηα φζν θαη ζε θάζε κε ην θέξνλ c(t) πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζην δηακνξθσηή γηλνκέλνπ γηα ηελ παξαγσγή ηεο s(t). Ζ κέζνδνο απνδηακφξθσζεο απηή νλνκάδεηαη νκφδπλε ή ζχγρξνλε θψξαζε (coherent or synchronous detection)

52 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC 52 Γεληθφηεξε πεξίπησζε: ην ζήκα ηνπ ηνπηθνχ ηαιαλησηή είλαη ηεο ίδηαο ζπρλφηεηαο αιιά κε απζαίξεηε δηαθνξά ' θάζεο: A cos 2 f t c c u t A cos 2 f t s t ' c c A A cos 2 f t cos 2 f t m t ' c c c c 1 ' 1 Ac Ac cos 4 fct m t Ac Ac cos m t 2 2 ' DSB-SC

53 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC 53 Έμνδνο βαζππεξαηνχ θίιηξνπ (κε ηελ πξνυπφζεζε f c >W): Γηα θ=π/2: νξζνγσληθφ κεδεληθφ θαηλφκελν (quadrature null effect) ηνπ νκφδπλνπ θσξαηή. 1 uo t Ac Ac m t 2 ' cos

54 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC 54 Λφγσ ηπραίσλ κεηαβνιψλ ηνπ θαλαιηνχ, ην ζθάικα θάζεο θ κεηαβάιιεηαη ηπραία κε ην ρξφλν. Σπλεπψο ρξεηάδνληαη θπθιψκαηα ζην δέθηε γηα λα δηαηεξνχλ ηνλ ηνπηθφ ηαιαλησηή ζε άξηζην ζπγρξνληζκφ ηφζν ζε ζπρλφηεηα φζν θαη ζε θάζε κε ην θέξνλ. Ζ πνιππινθφηεηα ηνπ δέθηε είλαη ην αληίηηκν πνπ πξέπεη λα πιεξσζεί γηα ηελ απαινηθή ηνπ θέξνληνο, ψζηε λα εμνηθνλνκεζεί ηζρχο κεηάδνζεο.

55 55 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC Δζκτησ Costas VCO

56 56 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC Δζκτησ Costas Απνηειείηαη απφ δχν νκφδπλνπο απνδηακνξθσηέο (θσξαηέο) ηξνθνδνηνχκελνπο απφ ην ίδην ζήκα εηζφδνπ, αιιά κε ζήκαηα ηνπηθνχ ηαιαλησηή πνπ είλαη ζε δηαθνξά θάζεο 90 ν κεηαμχ ηνπο: Σπκθαζηθφο νκφδπλνο θσξαηήο (in-phase coherent detector) ή Ι- κανάλι (I-channel) Οξζνγσληθφο νκφδπλνο θσξαηήο (quadrature-phase coherent detector) ή Q-κανάλι (Q-channel) Οη δχν θσξαηέο ζπλδένληαη γηα ηελ παξαγσγή ελφο ζπζηήκαηνο κε αξλεηηθή αλάδξαζε, ζρεδηαζκέλνπ έηζη, ψζηε λα δηαηεξεί ηνλ ηνπηθφ ηαιαλησηή ζε ζπγρξνληζκφ κε ην θέξνλ.

57 57 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC Δζκτησ Costas Αλ εκθαληζηεί κία κεηαηφπηζε θάζεο θαηά θ rad, ε έμνδνο ηνπ I-καναλιού παξακέλεη ζρεδφλ ακεηάβιεηε, αιιά εκθαλίδεηαη πιένλ θαη θάπνην ζήκα ζην Q-θαλάιη αλάινγν κε ην sinθ θ. Σπλδπάδνληαο ηηο εμφδνπο ηνπ I θαη Q θαλαιηνχ ζε έλα δηεπθξηληζηή θάζεο (phase discriminator) (πνπ απνηειείηαη απφ έλα πνιιαπιαζηαζηή αθνινπζνχκελν απφ έλα βαζππεξαηφ θίιηξν), ιακβάλεηαη έλα dc ζήκα ειέγρνπ πνπ απηφκαηα δηνξζψλεη ζθάικαηα θάζεο ηνπ ηνπηθνχ ηαιαλησηή. Ο έιεγρνο θάζεο παχεη καδί κε ηε δηακφξθσζε θαη ην θιείδσκα θάζεο πξέπεη λα εγθαηαζηαζεί μαλά κε ηελ επαλεκθάληζε δηακφξθσζεο.

58 58 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC Βρόχοσ Τετραγωνιςμοφ

59 59 Ομόδυνη Φώραςη Κυματομορφών DSB-SC Βρόχοσ Τετραγωνιςμοφ Ζ έμνδνο ηνπ θίιηξνπ ζηελήο δψλεο παξαθνινπζείηαη κέζσ ελφο βξφρνπ θιεηδσκέλεο θάζεο (phase-locked loop PLL) (πνιιαπιαζηαζηήο, βαζππεξαηφ θίιηξν θαη ηαιαλησηήο ειεγρφκελνο απφ ηάζε - Voltage Controlled Oscilator - ζε ζχζηεκα κε αξλεηηθή αλάδξαζε). Τν ζήκα ζθάικαηνο (error signal) εμαξηάηαη απφ ηε δηαθνξά (σο πξνο ζπρλφηεηα θαη θάζε) ηεο εμφδνπ ηνπ VCO απφ ην ζήκα u(t) ζηελ είζνδν ηεο PLL. Τν ζήκα ζθάικαηνο εθαξκφδεηαη ζηελ είζνδν ηνπ VCO αλαγθάδνληαο ηε ζπρλφηεηα ηνπ VCO λα ζπκπίπηεη κε απηή ηεο εηζφδνπ u(t) ηνπ PLL θαη ηε θάζε ηνπ λα έρεη 90 ν δηαθνξά απφ απηή ηνπ u(t).

60 Ορθογωνική Διαμόρφωςη Πλάτουσ (QAM) 60 H πνιππιεμία νξζνγσληθψλ θεξφλησλ (quadraturecarrier multiplexing) ή νξζνγσληθή δηακφξθσζε πιάηνπο (quadrature-amplitude modulation, QAM) επηηξέπεη ζε δχν δηακνξθσκέλα DSB-SC, πξνεξρφκελα απφ ηελ εθαξκνγή δχν αλεμάξηεησλ ζεκάησλ πιεξνθνξίαο, λα θαηαιάβνπλ ην ίδην εχξνο δψλεο κεηάδνζεο. Δίλαη ζπλεπψο κηα δηάηαμε εμνηθνλφκεζεο εχξνπο δψλεο (bandwidth-conservation scheme).

61 Ορθογωνική Διαμόρφωςη Πλάτουσ (QAM) 61

62 Ορθογωνική Διαμόρφωςη Πλάτουσ (QAM) 62

63 Ορθογωνική Διαμόρφωςη Πλάτουσ (QAM) 63 A c m 1 (t) = ζπκθαζηθή ζπληζηψζα ηνπ s(t) A c m 2 (t) = νξζνγσληθή ζπληζηψζα ηνπ s(t) Γηα λα ιεηηνπξγήζεη ηθαλνπνηεηηθά ην ζχζηεκα πξέπεη λα δηαηεξνχληαη νη ζσζηέο ζρέζεηο θάζεο θαη ζπρλφηεηαο κεηαμχ ησλ ηνπηθψλ ηαιαλησηψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηνλ πνκπφ θαη ην δέθηε ηνπ ζπζηήκαηνο. Σπγρξνληζκφο (π.ρ. Γέθηεο Costas, πηινηηθφ ζήκα) Έηζη π.ρ. ζηελ έγρξσκε αλαινγηθή ηειεφξαζε κεηαδίδνληαη παικνί ζπγρξνληζκνχ.

64 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 64 Σηηο δηακνξθψζεηο AM θαη DSB-SC ε άλσ θαη θάησ πιεπξηθή δψλε ζπλδένληαη κνλαδηθά κεηαμχ ηνπο κε ηελ ηδηφηεηα ηεο ζπκκεηξίαο γχξσ απφ ηε f c. Όηαλ κεηαδίδεηαη κφλν ε κία πιεπξηθή δψλε ην ζχζηεκα δηακφξθσζεο αλαθέξεηαη σο ζχζηεκα απιήο πιεπξηθήο δψλεο (Single-SideBand, SSB). Πιενλέθηεκα: κεησκέλε απαίηεζε εχξνπο δψλεο θαη πεξηνξηζκφο ηεο πςειήο ηζρχνο θέξνληνο Μεηνλέθηεκα: θφζηνο θαη πνιππινθφηεηα ηνπ ζπζηήκαηνο

65 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 65 USSB LSSB Καηαπηεζκέλν θέξνλ

66 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 66 Πεξηγξαθή ηεο θπκαηνκνξθήο SSB ζην πεδίν ηνπ ρξφλνπ Καλνληθνπνηεκέλε κνξθή ηεο SSB θπκαηνκνξθήο: cos 2 sin2 s t s t f t s t f t I c Q c φπνπ: S S I Q f f S f fc S f fc, W fc W 0, j S f fc S f fc, W fc W 0,

67 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 67 1 SI f AcM f 2 1 si t Acm t 2 j SQ f Ac 2 f M f 1 A ˆ cm f 2 sgn 1 s ˆ Q t Acm t 2

68 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 68 Άλσ πιεπξηθή δψλε

69 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 69

70 Διαμόρφωςη Απλήσ Πλευρικήσ Ηώνησ (SSB) 70

71 Παραγωγή κυματομορφών SSB 71 Γχν ζπλεζηζκέλεο κεζφδνπο γηα ηελ παξαγσγή θπκαηνκνξθψλ SSB: Μέζνδν δηεπθξίληζεο ζπρλφηεηαο (frequency discrimination method) Μέζνδν δηεπθξίληζεο θάζεο (phase discrimination method) Βαζίδνληαη ζηηο πεξηγξαθέο ηεο θπκαηνκνξθήο SSB ζην πεδίν ηεο ζπρλφηεηαο θαη ζην πεδίν ηνπ ρξφλνπ αληίζηνηρα.

72 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών SSB 72

73 Αποδιαμόρφωςη κυματομορφών SSB 73 Σην δέθηε ρξεηάδεηαη εκηηνληθή θπκαηνκνξθή ηεο ζσζηήο ζπρλφηεηαο f c θαη ζε ζσζηή ζρέζε θάζεο κε ην θέξνλ. Απηφ εμαζθαιίδεηαη είηε κεηαδίδνληαο έλα πηινηηθφ θέξνλ επηπξφζζεηα κε ηελ επηζπκεηή πιεπξηθή δψλε ή ρξεζηκνπνηψληαο έλαλ ηαιαλησηή πςειήο επζηάζεηαο.

74 Διαμόρφωςη VSB 74 Διαμόρφωση Υπολειπόμενης Πλεσρικής Ζώνης Vestigial SideBand Modulation - VSB Όηαλ ην ζήκα βαζηθήο δψλεο πεξηέρεη ζεκαληηθέο ζπληζηψζεο ζε αξθεηά ρακειέο ζπρλφηεηεο, νη άλσ θαη θάησ πιεπξηθέο ζπλαληηνχληαη ζηε ζπρλφηεηα θέξνληνο θαη ε ρξήζε SSB δελ είλαη θαηάιιειε. Σηε δηακφξθσζε VSB πεξλάεη ζρεδφλ νιφθιεξε ε κία πιεπξηθή δψλε, ελψ δηαηεξείηαη κφλν έλα ίρλνο ή θαηάινηπν (vestige) ηεο άιιεο πιεπξηθήο δψλεο.

75 Διαμόρφωςη VSB 75 Τν κεηαδηδφκελν θαηάινηπν ηεο αλεπηζχκεηεο πιεπξηθήο δψλεο αληηζηαζκίδεηαη απφ ηελ επηζπκεηή πιεπξηθή δψλε. Τν εχξνο δψλεο κεηάδνζεο πνπ απαηηείηαη είλαη: Β Τ = W + f v

76 Διαμόρφωςη VSB 76

77 Διαμόρφωςη VSB 77 Π.ρ. Φάζκα Αλαινγηθνχ Τειενπηηθνχ Σήκαηνο

78 Μετατόπιςη Συχνότητασ 78 Οιίζζεζε ηνπ θάζκαηνο ελφο ζήκαηνο ζε δηαθνξεηηθή πεξηνρή ζπρλνηήησλ, γλσζηή θαη σο Αιιαγή ζπρλφηεηαο (frequency changing), κίμε (mixing), εηεξνδχλσζε (heterodyning) Παξαδείγκαηα Ζ δηακφξθσζε AM είλαη κεηαηξνπή ζπρλφηεηαο ελφο βαζππεξαηνχ ζήκαηνο ζε δσλνπεξαηφ Ζ νκφδπλε απνδηακφξθσζε είλαη κεηαηξνπή ζπρλφηεηαο δσλνπεξαηνχ ζήκαηνο ζε βαζππεξαηφ

79 Μετατόπιςη Συχνότητασ 79 Ζ δηάηαμε πνπ κεηαηνπίδεη ηηο ζπρλφηεηεο κηαο δηακνξθσκέλεο θπκαηνκνξθήο νλνκάδεηαη κίθηεο (mixer). Εσλνπεξαηφ ζήκα κε θέξνλ f 1 κεηαθέξεηαη ζε άιιν θέξνλ f 2 Τν είδνο ηεο δηακφξθσζεο δελ αιιάδεη! Γηακνξθσκέλν ζήκα ζπρλφηεηαο f 1 Γηακνξθσκέλν ζήκα ζπρλφηεηαο f 2 f 2 =f c ±f 1

80 Πολυπλεξία Διαίρεςησ Συχνότητασ (FDM) 80 Ζ πνιππιεμία (multiplexing) είλαη κία ηερληθή ζηελ νπνία έλαο αξηζκφο αλεμάξηεησλ ζεκάησλ κπνξεί λα ζπλδπαζηεί ζε ζχλζεην ζήκα θαηάιιειν γηα κεηάδνζε ζε έλα θνηλφ δίαπιν. Ζ ηερληθή δηαρσξηζκνχ ησλ ζεκάησλ ζηε ζπρλφηεηα αλαθέξεηαη ζαλ πνιππιεμία δηαίξεζεο ζπρλφηεηαο (Frequency Division Multiplexing, FDM), ελψ ε ηερληθή δηαρσξηζκνχ ησλ ζεκάησλ ζην ρξφλν νλνκάδεηαη πνιππιεμία δηαίξεζεο ρξφλνπ (Time Division Multiplexing,TDM).

81 Πολυπλεξία Διαίρεςησ Συχνότητασ (FDM) 81

82 Συγχρονιςμόσ φζροντοσ 82 Μηα κέζνδνο ε νπνία ζπλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην ζπγρξνληζκφ κεηαμχ ηνπ θέξνληνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηνλ πνκπφ γηα δηακφξθσζε θαη απηνχ πνπ παξάγεηαη ηνπηθά ζην δέθηε γηα απνδηακφξθσζε, είλαη ε κεηάδνζε κηαο πηινηηθήο ζπρλφηεηαο (pilot frequency) καδί κε ην εμεξρφκελν ζήκα. Ο κεηαδηδφκελνο πηιφηνο ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα δηακνξθψζεη έλα ηνπηθφ ηαιαλησηή ζηνλ δέθηε, ψζηε λα δεκηνπξγεζνχλ ηα θέξνληα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ απνδηακφξθσζε ησλ ζεκάησλ πιεξνθνξίαο.

83 Ανακεφαλαίωςη 83 Γξακκηθά Σπζηήκαηα Γηακφξθσζεο s t A s t cos 2 f t A s t sin 2 f t DBS+C DSB-SC SSB VSB AM c I c c Q c s t 1 k m t, s t 0 I a Q s t m t, s t 0 I 1 1 si t m t sq t m ˆ t si t m t sq t ms t 2 2,, Q