Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława

Staszica w Krakowie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki

Systemy Teleinformatyczne

Temat: MODULACJA I DEMODULACJA FAZY

Laboratorium nr 6

Data wykonania ćwiczenia:
26.05.2008

Wykonali:
Wołoszyn Jerzy
Para Łukasz

Rok IV grupa: MK

Rok akademicki: 2007/2008

I.

CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia jest wprowadzenie do zagadnienia modulacji i demodulacji fazy, poznanie podstaw matematycznych oraz metod 
wytwarzania sygnału zmodulowanego fazowo, poznanie podstawowych sposobów demodulacji sygnału zmodulowanego fazowo, 
poznanie podstawowych różnic w stosunku do modulacji częstotliwościowej oraz poznanie metod obliczania i określenia 
podstawowych parametrów określających właściwości sygnału zmodulowanego.

II.

ZADANIA DO WYKONANIA:
1. ANALIZA MATEMATYCZNA SYGNAŁÓW ZMODULOWANYCH FAZOWO.

1

2

30

2

2

7

30

3

10

10

200

500

Zbudowany układ z przebiegami czasowymi.

Przebiegi czasowe:

SYGNAL 1

SYGNAL 2

SYGNAL 3

sin

Trigonometric

Function5

sin

Trigonometric

Function4

sin

Trigonometric

Function3

cos

Trigonometric

Function2

sin

Trigonometric

Function1

cos

Trigonometric

Function

Scope1

Scope

Ramp

200

Gain7

500

Gain6

10^6

Gain5

10

Gain4

7

Gain3

30

Gain2

2

Gain1

2

Gain

30

Constant

SYGNAL 1

SYGNAL 2

SY GNAL 3

Parametry obliczone:
Parametr \ Sygnał 1 2

3

Przybliżona szerokość pasma

6Hz

11Hz

3,7KHz

Maks. Dewiacja fazy

1

30,98

180

Postać sygnału f

m

(t)

2

7

30

500

Układ do generowania sygnału zmodulowanego fazowao:

Szerokości pasma i widmo dla sygnału 1:

Szerokość pasma BW=6Hz

PARAMETRY SYMULACJI:

MAX step size: 1/80000

SIM time: 1-10[s]

Zero-Order

Hold

VCO

Voltage-Controlled

Oscillator

B-FFT

Spectrum

Scope

Sine Wave

Scope

du/dt

Derivative

pochodna sy gnalu

sy gnal zmodulowany
f azowo

Przebiegi czasowe:

Szerokości pasma i widmo dla sygnału 2:

Szerokość pasma BW=11Hz

Przebiegi czasowe:

Szerokości pasma i widmo dla sygnału 3:

2. DETEKCJA FAZY Z UŻYCIEM DEMODULATORA RÓŻNICZKUJACEGO I DETEKTORA OBWIEDNII.

JEDNOTONOWY SYGNAŁ INFORMACYJNY.

Rys. 2.1a schemat układu.

Rys. 2.2a schemat układu dopasowującego.

Rys. 2.3a widmo sygnału zmodulowanego.

DEMODULATOR FAZY

MODULATOR FAZY

Parametry symulacji:

Czas symulacji: 1[s]

Max krok: 1/80000

Relative tolerance: 1e-9

500

Wartosc

rezystancji

[Ohm]

VCO

Voltage-Controlled

Oscillator

Nosna 2000 Hz

Czulosc 20 Hz/V

In1

Out1

Uklad

dopasowujacy

Syganal

modulujacy

Frequency:10Hz

Amplitude:1

B-FFT

Spectrum

Scope

Persistance: ON

2.65

Skladowa

stala

Scope

ST:1/10000

0.00001

Pojemnosc

kondensatora

[F]

1

s

Integrator

Input

C

R

Output

Diode Output

Envelope Detector

du/dt

Derivative1

du/dt

Derivative

Sy gnal wchodz do detektora

Sy gnal zmodulowany

f azowo

Sy gnal zmodulowany
f azowo

f m

Sy gnal po detekcji przed dopasowaniem

Widmo sy gnalu zmodulowanego

Sy gnal po detekcji

przed scalkowaniem

Sy gnal
po detekcji
i dopasowaniu

df m/dt

Sy gnaly f m i df m/dt

1

Out1

0.0215

Wzmocnienie

95.7

Skladowa

stala

ST:1/40000

FDATool

Digital

Filter Design

FDP

Fpass:300Hz
Fstop:350Hz

1

In1

Rys. 2.3a przebiegi czasowe sygnałów.

• Zajmowane pasmo częstotliwości.

Odczyt zajmowanego pasma częstotliwości z analizatora widma:

kHz

BW

FM

5

,

2

≈

Obliczanie zajmowanego pasma częstotliwości:

dt

df

k

m

p

C

i

⋅

+

=

ω

ω

dt

df

k

m

p

C

i

⋅

=

−

=

Δ

ω

ω

ω

kHz

dt

df

k

BW

m

m

p

m

PM

533

,

2

)

10

2

10

2

2

20

(

2

)

(

2

)

(

2

=

⋅

⋅

+

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

+

⋅

=

+

Δ

≈

π

π

π

ω

ω

ω

3. DETEKCJA Z UŻYCIEM UKŁADU ZLICZANIA IMPULSÓW.

a) JEDNOTONOWY SYGNAŁ INFORMACYJNY.

Rys. 3.1a schemat układu.

Rys. 3.2a schemat układu dopasowującego.

Rys. 3.3a schemat układu generatora impulsów.

Upper L:2

Lower:0

Prostownik

1-polowkowy

Upper L:2

Lower L:-2

Parametry symulacji:

Czas symulacji: 1[s]

Max krok: 1/80000

Relative tolerance: 1e-9

MODULATOR

DEMODULATOR

In1

Out1

Uklad

Dopasowujacy

Syg. modulujacy

Czestotliwosc:30[Hz]

Amplituda:1[V]

Scope

Saturation1

Saturation

du/dt

Pochodna

VCO

Modulator FM/PM

Nosna:1000[Hz]

Czulosc:300[Hz/V]

Amplituda:20[V]

In1

Out1

Generator

Impulsow

butter

Analog

Filter Design

FDP

Passband Edge:50Hz

f m(t)

f m(t)

Sy gnal zmodulowany

czestotliwosciowo/f azowo

Sy gnal zmodulowany
czestotliwosciowo/f azowo

Sy gnal

Prostokatny

Sy gnal

Prostokatny

Sy gnal zrozniczkoway

1-polowkowy

Sy gnal zrozniczkoway

1-polowkowy

Sy gnal z Generatora Impulsow

Sy gnal po demodulacji

Sy gnal modulujacy
Sy gnal po demodulacji

1

Out1

Transport

Delay

16.66

Gain

3.3315

Constant

1

In1

Generator impulsow

Rising Edge

Count and Hit

Max Count:1

Hit Value:2

Upper L:2

Lower L: 0
Prostownik

1-polowkowy

Delay:0.0002[s]

Upper L:1
Lower L:2

1

Out1

Transport

Delay

Saturation1

Saturation

2

Gain

Clk

Rst

Cnt

Hit

Up

Counter

1

In1

WE sy gnal zrozniczkowany

WY sy gnal impulsowy o niewielkiej

stalej szerokosci impulsow

Rys. 3.4a przebiegi czasowe sygnałów.

b) DWUTONOWY SYGNAŁ INFORMACYJNY.

Rys. 3.1b schemat układu.

Upper L:2

Lower:0

Prostownik

1-polowkowy

Upper L:2

Lower L:-2

Parametry symulacji:

Czas symulacji: 1[s]

Max krok: 1/80000

Relative tolerance: 1e-9

MODULATOR

DEMODULATOR

In1

Out1

Uklad

Dopasowujacy

Syg. modulujacy

Czestotliwosc:40[Hz]

Amplituda:1[V]

Syg. modulujacy

Czestotliwosc:30[Hz]

Amplituda:1[V]

Scope

Saturation1

Saturation

du/dt

Pochodna

VCO

Modulator FM/PM

Nosna:1000[Hz]

Czulosc:300[Hz/V]

Amplituda:20[V]

In1

Out1

Generator

Impulsow

butter

Analog

Filter Design

FDP

Passband Edge:50Hz

f m(t)

f m(t)

Sy gnal zmodulowany

czestotliwosciowo/f azowo

Sy gnal zmodulowany
czestotliwosciowo/f azowo

Sy gnal

Prostokatny

Sy gnal

Prostokatny

Sy gnal zrozniczkoway

1-polowkowy

Sy gnal zrozniczkoway

1-polowkowy

Sy gnal z Generatora Impulsow

Sy gnal po demodulacji

Sy gnal modulujacy
Sy gnal po demodulacji

1

Out1

Transport

Delay

16.66

Gain

3.3315

Constant

1

In1

Rys. 3.2b schemat układu dopasowującego.

Rys. 3.3b schemat układu generatora impulsów.

Rys. 3.4b przebiegi czasowe sygnałów.

Generator impulsow

Rising Edge

Count and Hit

Max Count:1

Hit Value:2

Upper L:2

Lower L: 0
Prostownik

1-polowkowy

Delay:0.0002[s]

Upper L:1
Lower L:0

1

Out1

Transport

Delay

Saturation1

Saturation

2

Gain

Clk

Rst

Cnt

Hit

Up

Counter

1

In1

WE sy gnal zrozniczkowany

WY sy gnal impulsowy o niewielkiej

stalej szerokosci impulsow

4. DETEKCJA FAZOWA Z UŻYCIEM ZAMKNIĘTEJ PĘTLI FAZOWEJ PLL.

Zbudowany układ dla sygnału jednotonowego:

Układ dopasowujący:

Przebiegi czasowe:

PARAMETRY SYMULACJI:

MAX step size: 1/80000

SIM time: 10[s]

NADAJNIK FM

Widmo sygnalu zmodulowanego

In1 Out1

uklad

dopasowujacy

sygnal

modulujacy

10Hz

sygnal

bledu

Zero-Order

Hold

VCO

Voltage-Controlled

Oscillator1

VCO

Voltage-Controlled

Oscillator

B-FFT

Spectrum

Scope

Scope

Product

(detektor fazy)

1

s

Integrator

du/dt

Derivative

butter

Analog

Filter Design1

butter

Analog

Filter Design

pochodna sy gnalu

sy gnal zmodulowany

f azowo

f m(t)

1

Out1

Product

6000

Constant

u+0.0015

Bias

1

In1

Widmo częstotliwościowe:

Nastawione parametry:

Zbudowany układ dla sygnału dwutonowego:

Przebiegi czasowe:

PARAMETRY SYMULACJI:

MAX step size: 1/80000

SIM time: 10[s]

NADAJNIK FM

Widmo sygnalu zmodulowanego

In1 Out1

uklad

dopasowujacy

sygnal

modulujacy2

15Hz

sygnal

modulujacy

10Hz

sygnal

bledu

Zero-Order

Hold

VCO

Voltage-Controlled

Oscillator1

VCO

Voltage-Controlled

Oscillator

B-FFT

Spectrum

Scope

Scope

Product

(detektor fazy)

1

s

Integrator

du/dt

Derivative

butter

Analog

Filter Design1

butter

Analog

Filter Design

pochodna sy gnalu

sy gnal zmodulowany

f azowo

f m(t)

f m(t)

Widmo częstotliwościowe:

III.

WNIOSKI.
Z przeprowadzonego ćwiczenia wynika, że metody modulowania i odbierania sygnałów nośnych przy modulacji fazowej są
identyczne jak przy modulacji częstotliwościowej z tym, że w układzie dodaje się odpowiednio integrator lub układ różniczkujący.
System modulacji częstotliwościowej wymaga zastosowania integratora w modulatorze, a system modulacji fazowej w
demodulatorze. W sytuacjach gdy należy zastosować wiele odbiorników i tylko jeden nadajnik, a integratory są kosztowne, to
modulacji częstotliwościowa okaże się tańsza w realizacji niż modulacja fazowa. Należy również zwrócić uwagę na to, że
scałkowanie sygnału informacyjnego przed wysłaniem go drogą radiową może zmniejszyć jego odporność na zakłócenia.
Modulacja fazy jest rzadko używana w systemach analogowych, gdyż modulacja częstotliwości (FM) pozwala na zastosowanie
prostszych modulatorów i demodulatorów sygnału, sygnał modulowany fazowo można przekształcić na sygnał modulowany
częstotliwościowo i w ten sposób dokonuje się zazwyczaj demodulacji PM. Modulacja fazy jest natomiast szeroko stosowana w
transmisji cyfrowej.