ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 4, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Διαμόρφωση Πλάτους - 2 3.5: Μέθοδοι Διαμόρφωσης Απλής & Υπολειπόμενης (Υποτυπώδους) Πλευρικής Ζώνης (Single-Sideband, SSB & Vestigial-Sideband, VSB Methods of Modulation) 3.6: Εκπομπή VSB Αναλογικής & Ψηφιακής Τηλεόρασης (VSB Transmission of Analog & Digital TV) 3.7: Μετατόπιση Συχνότητας (Frequency Translation) 3.8: Πολυπλεξία Συχνότητας (Frequency-Division Multiplexing) καθ. Βασίλης Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr www.netmode.ntua.gr Παρασκευή 31/3/2017
3.5 Μέθοδοι Απλής & Υπολειπόμενης Πλευρικής Ζώνης (1/5) Single-Sideband Modulation - Suppressed Carrier (SSB-SC) Φάσμα πληροφορίας Ιδεατό ζωνοπερατό φίλτρο Φάσμα SSB-SC, Άνω Πλευρικής Ζώνης (Upper Sideband, USB) SSB-SC, USB Modulator Παραδοχή ενεργειακού κενού σε χαμηλές συχνότητες (π.χ. φωνή σε συχνότητες < 300 Hz) Εφαρμογή ζωνοπερατού φίλτρου με ζώνη διέλευσης (f c +f a, f c + f b ) Αποδιαμόρφωση coherent detection μέσω pilot carrier ή ταλαντωτές απόλυτα συγχρονισμένους ως προς συχνότητα και φάση Παραμόρφωση λόγω διαφοροποίησης φάσης: Donald Duck voice effect s t Σήμα διαμορφωμένο κατά SSB-SC, USB: s t = A c [m t cos 2πf c t m h t si n 2πf c t ]
3.5 Μέθοδοι Απλής & Υπολειπόμενης Πλευρικής Ζώνης (2/5) USB: Upper Sideband LSB: Lower Sideband Baseband Spectrum USB Spectrum Ανάλυση SSB-SC* Μετασχηματισμός Hilbert (ΜΗ): m h t = 1 m(τ) π t τ dτ = m t 1 πt 1 j sgn f πt j = e = jπ 2, f > 0 j = e jπ 2, f < 0 m h t M h f = M f j sgn f = Φάσμα USB: M + f = M f u f = M f 1 2 = 1 2 M f + jm h f Φίλτρο ΜΗ: Μετατόπιση Φάσης Συχνοτήτων f > 0 κατά π 2 M f e jπ 2, f > 0 M f e jπ 2, f < 0 1 + sgn f Φάσμα LSB: M f = M f u f = M f 1 2 1 sgn f LSB Spectrum SSB-SC Spectrum SSB-SC Spectrum * Από Modern Digital & Analog Communication Systems, B.P. Lathi & Zhi Ding, Oxford University Press, 2010 = 1 2 M f jm h f Φάσμα SSB-SC, USB: S f = A c [M + f f c + M f + f c ] = A c 2 M f f c + M f + f c A c 2j M f f c M f + f c Σήμα διαμορφωμένο κατά SSB-SC, USB: s t = A c [m t cos 2πf c t m h t sin (2πf c t)]
3.5 Μέθοδοι Απλής & Υπολειπόμενης Πλευρικής Ζώνης (3/5) Vestigial-Sideband Modulation, VSB Επέκταση του SSB-SC με την προσθήκη μικρού τμήματος (vestige, ίχνους) και της 2 ης sideband, κατάλληλα διαμορφωμένου για ακριβέστερη ανάκτηση του αρχικού σήματος Μεγαλύτερη απαίτηση bandwidth από SSB-SC ( 25%) Για baseband σήμα ζώνης W οι απαιτήσεις bandwidth είναι: 2W για DSB-SC, W για SSB-SC και ~1. 25W για VSB Vestigial Upper Sideband Πομπός: Το σήμα m(t) διαμορφώνεται κατά DSB-SC στο u(t) και μέσω ζωνοπερατού φίλτρου H(f) παράγει το σήμα VSB s(t) Δέκτης: Το σήμα VSB s(t) αποδιαμορφώνεται με coherent detector στο v(t) το οποίο περνά από βαθυπερατό φίλτρο με κατάλληλη εξισορρόπηση (equalization) προς το v 0 t για την προσέγγιση του m(t) https://en.wikipedia.org/wiki/single-sideband_modulation#vestigial_sideband_.28vsb.29
3.5 Μέθοδοι Απλής & Υπολειπόμενης Πλευρικής Ζώνης (4/5) Vestigial-Sideband Modulation, VSB - Πομπός Πομπός: Το σήμα m(t) διαμορφώνεται κατά DSB-SC στο u(t) και μέσω ζωνοπερατού φίλτρου H(f) παράγει το σήμα VSB s(t) M f (0, W) Hz H f 1, f c W f f c f v H f 0, f > f c + f v H f c Δf + H f c + Δf = 1, Δf = f f c f v Το φίλτρο H f δημιουργεί σήμα τύπου SSB-LSB στη ζώνη f c W, f c αλλά αφήνει πρόσθετο υπόλοιπο (vestige) του λοβού USB στις συχνότητες f c, f c + f v με κατάλληλη εξισορρόπηση κέρδους (equalization) f c W f c f v f c f c + f v f m t M f, u t U f, s(t) S(f) S f = U f H f = A c 2 M f f c + M f + f c H(f)
3.5 Μέθοδοι Απλής & Υπολειπόμενης Πλευρικής Ζώνης (5/5) Vestigial-Sideband Modulation, VSB - Δέκτης Δέκτης: Το σήμα VSB s(t) αποδιαμορφώνεται με coherent detector στο v(t) το οποίο περνά από βαθυπερατό φίλτρο με κατάλληλη εξισορρόπηση (equalization) προς το v 0 t για την προσέγγιση του m(t) v t = A c cos 2πf c t s t V f = A c 2 S f f c + S f + f c = A ca c 4 M f H f f c + H f + f c + A ca c 4 M f M(f 2f c)h f f c + M(f + 2f c )H f + f c Με βαθυπερατό φίλτρο αποδιαμόρφωσης: V 0 f = A ca c 4 M f H f f c + H f + f c Για να είναι η v 0 t ανάλογη της m(t) πρέπει H f f c + H f + f c = C 1 f H f c + H f c = 2H f c = 1 Με κατάλληλα ρυθμισμένο H f : v 0 t = A ca c H f c 2 m(t)
3.6 Εκπομπή VSB Αναλογικής & Ψηφιακής Τηλεόρασης Baseband Video Signal: ~ 6MHz με διαμόρφωση VSB εικόνας (πάνω σε Picture Carrier) και ήχου (FM σε Sound Carrier) Φάσμα Πλάτους Αναλογικού Τηλεοπτικού Σήματος (Μετάδοση VSB με 25% πρόσθετο υπόλοιπο LSB) Απόκριση Φίλτρου Αποδιαμόρφωσης H(f Ειδικές απαιτήσεις μετάδοσης αναλογικής TV με κανάλια 6MHz σε συχνότητες VHF/UHF (30MHz - 300MHz / 300MHz - 3GHz): 1. Μεγάλο εύρος συχνοτήτων video (1.25 MHz κάτω του Picture Carrier, 4.5 MHz άνω του Picture Carrier) 2. Ιδιαίτερη σημασία των χαμηλών συχνοτήτων για πιστότητα εικόνας 3. Απλότητα στην ανάκτηση του αρχικού σήματος στον δέκτη Χρήση VSB και μετάδοση carrier για envelope detection Ειδικές απαιτήσεις μετάδοσης ψηφιακής HDTV: 1. Συμβατότητα με αναλογικά κανάλια εύρους 6MHz για μετάδοση ενοποιημένου ψηφιακού σήματος video audio (~ 20 Mbps) 2. Απλότητα και πιστότητα στην ανάκτηση του σήματος στον δέκτη με δυνατότητες ευφυΐας λόγω ψηφιακής τεχνολογίας Χρήση VSB και μετάδοση χαμηλής έντασης carrier Φάσμα Πλάτους Ψηφιακού Τηλεοπτικού Σήματος
3.7 Μετατόπιση Συχνότητας Μείκτης (Mixer) Frequency Translation (frequency changing, mixing, heterodyning) f 2 = f 1 + f l s 1 t = m t A c cos (2πf 1 t s t = s 1 (t) A l cos (2πf l t = 1 2 A ca l m(t)[cos 2π f 1 + f l t + cos 2π f 1 f l t ] s 2 t = 1 2 A ca l m t cos 2π f 1 + f l t = 1 2 A ca l m t cos 2πf 2 t μέσω ζωνοπερατού φίλτρου που προωθεί τη συχνότητα f 2 = f 1 + f l ενώ αποκόπτει τη συχνότητα f 1 f l Η όλη διαδικασία είναι γραμμική και διατηρεί τη σχέση πλευρικών ζωνών (sidebands) του σήματος ως προς το φέρον
3.8 Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας, FDM http://electronicdesign.com/content/content/73611/73611_fig01.gif
https://www.ntia.doc.gov/files/ntia/publications/2003-allochrt.pdf