1
WSTĘP
Przekazywanie wiadomości odgrywa ważną rolę w życiu współczesnych społeczeństw.
Rozróżniamy:
- przekazywanie wiadomości na odległość (realizowane w systemach telekomunikacyjnych)
- przetwarzanie i przekazywanie informacji w czasie
Przekazywanie informacji na odległość kanały przestrzenne
Odbiornik odtwarza wiadomość na podstawie sygnału odebranego.
Odbiorcą informacji może być człowiek lub urządzenie automatyczne.
Informacja – dowolna wiadomość, na podstawie której odbiorca wiadomości opiera swoje
działanie.
Intensywny rozwój telekomunikacji 1876 r. – wynalezienie telefonu
Zadaniem współczesnej telekomunikacji jest dostarczanie wiadomości z dowolnego źródła do
dowolnego obiektu przeznaczenia w dowolnym czasie i miejscu.
Usługi telekomunikacyjne powinny być świadczone każdemu użytkownikowi, zarówno
człowiekowi, jak i maszynie, bez względu na to gdzie się znajduje i bez względu na to, czy jest w
spoczynku czy w ruchu..
Ważne daty: (rozwój właściwy)
- 1840 telegrafia
- 1860 symilografia
- 1876 telefonia
- 1890 telewizja mechaniczna
- 1924 radiofonia
- 1935 telewizja elektroniczna
- 1940 telegrafia abonencka (teleks)
- 1945 telewizja kolorowa
Schemat systemu telekomunikacyjnego:
Źródło wiadomości Nadajnik Kanał Odbiornik Obiekt przeznaczenia wiadomości
Systemy radio- i hydrolokacyjne wykorzystują zjawisko echa. Rolę sygnału nadawanego
odgrywa nie sygnał sondujący przestrzeń wysyłany przez nadajnik, lecz sygnał odbity od obiektu.
KRYTERIA PODZIAŁU TELEKOMUNIKACJI:
- kryterium przeznaczenia wiadomości
- kryterium rodzaju wiadomości
- kryterium rodzaju czynności
Kryterium przeznaczenia
Celem przekazywania wiadomości może być: porozumiewanie się, rozpowszechnianie bądź
zbieranie wiadomości, bądź doprowadzenie wiadomości do określonego punktu.
2
Telekomunikacja
Porozumiewawcza Rozsiewcza Zbiorcza Docelowa
Dwupunktowa Wielopunktowa
Ciągła Ziarnista
Prosta Wybiercza Prosta Wybiercza
Kryterium rodzaju wiadomości – wiadomości mogą przyjmować różne postacie:
Dźwięków (telefonia)
Znaków pisma (telegrafia)
Obrazów nieruchomych (symilografia)
Obrazów ruchomych (telewizja)
Umownych sygnałów (sygnalizacja)
Wartości pomiarowych (telemetria)
Sygnałów sterujących (telesterowanie)
Danych (teledacja lub transmisja danych)
Kryterium czynności
Telekomunikacja
Przetwarzanie i odtwarzanie Przesyłanie sygnałów Telekomutacja
Wiadomości (teletransmisja)
Proces przekazywania wiadomości – można wyróżnić trzy czynności:
- przetwarzanie wiadomości na sygnał elektryczny
- przesyłanie sygnału elektrycznego na odległości (transmisja)
- odtwarzanie wiadomości na podstawie odebranego sygnału.
Wiadomość - (z fizycznego punktu widzenia) przebieg pewnej wielkości fizycznej, zmieniającej się
w funkcji czasu stosownie do treści zawartej w przekazywanej wiadomości.
Rodzaje teletransmisji:
- przewodowa
- falowodowa
- światłowodowa
- radiowa (fale elektromagnetyczne)
3
TEORIA MODULACJI
Sygnał zmodulowany – iloczyn dwóch funkcji czasu:
]
)
(
[
)
(
)
(
t
f
m
t
c
t
s
s(t) – sygnał zmodulowany
c(t) – funkcja nośna
m[] – funkcjonał modulacji
f(t) – sygnał modulujący
Zadaniem funkcji nośnej jest przesunięcie widma wiadomości z pasma naturalnego do innego
zakresu częstotliwości, dogodniejszego do transmisji.
Modulacja – ciągłe i odwracalne odwzorowanie sygnału modulującego f(t) na sygnał zmodulowany
s(t), stanowiący funkcję sygnału nośnego i modulującego.
W wyniku modulacji widmo funkcji modulującej zostaje przesunięte o
0
.
Metody demodulacji:
- detekcja koherentna (amplitudy)
- detekcja fazy lub częstotliwości
- detekcja obwiedni
Funkcjonały:
- liniowe (odpowiadają modulacji amplitudy)
- eksponencjalne (generują sygnały zmodulowane kątowe, a także sygnały o jednoczesnej modulacji
amplitudy i kąta)
AM – dwuwstęgowa modulacja amplitudy z dużym poziomem fali nośnej
Funkcja nośna ma postać fali harmonicznej
t
A
t
c
0
0
cos
)
(
Funkcjonał modulacji (liniowy)
)
(
1
)
(
t
f
k
t
m
4
Równanie sygnału zmodulowanego:
t
t
f
kA
t
A
t
t
kf
A
t
s
0
0
0
0
0
0
cos
)
(
cos
cos
)]
(
1
[
)
(
Jeżeli jest spełniony warunek
1
)
(
t
kf
to mamy do czynienia z liniową modulacją amplitudy
Głębokość modulacji:
)
(t
kf
p
Widmo:
)
(
2
)
(
)
(
kF
M
)]
(
)
(
[
)]
(
)
(
[
2
1
)
(
0
0
0
0
0
0
A
F
F
kA
S
W wyniku modulacji widmo funkcji modulującej zostaje przesunięte o
0
.
Jeśli sygnał modulujący ma ograniczone widmo, to sygnał zmodulowany zajmuje pasmo o
szerokości dwukrotnie większej, tj.
m
2
.
Interpretacja wektorowa
t
j
t
j
e
p
e
p
t
kA
t
m
2
2
1
cos
1
)
(
( dla f(t)=Acoswt )
Jest to suma trzech wektorów: nieruchomego (odpowiadającego amplitudzie fali nośnej Ao) oraz
dwóch wektorów wirujących w przeciwnych kierunkach z prędkością kątową
.
Amplitudy obu wektorów wirujących są jednakowe i równe pAo/2.
Wektor wypadkowy w procesie modulacji nie zmienia położenia, zmienia tylko swoją długość.
W modulacji AM zmienia się tylko amplituda chwilowa, częstotliwość chwilowa pozostaje stała.
Zależności energetyczne
)
(
1
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
mod
2
2
2
2
2
2
0
2
0
2
2
0
t
f
k
t
f
k
t
f
kA
A
t
f
kA
ulowanego
z
sygnalu
moc
bocznych
wsteg
moc
)
(
2
t
f
- średnia moc sygnału modulującego
Jeśli
t
A
t
f
cos
)
(
, to:
2
2
2
2
2
)
(
2
)
(
mod
p
p
kA
kA
ulowanego
z
sygnalu
moc
bocznych
wsteg
moc
Dla p=1 stosunek przyjmuje wartość 1/3, oznacza to, że tylko około 33% mocy sygnału
zmodulowanego służy przekazywaniu informacji użytecznej.
Konsekwencje sinusoidalnej modulacji AM
:
5
- przy maksymalnym wysterowaniu nadajnika (p=1) średnia moc sygnału zmodulowanego jest
równa 1,5 mocy fali nośnej
- przy maksymalnym wysterowaniu nadajnika szczytowa wartość mocy (dodatni szczyt modulacji)
czterokrotnie przewyższa moc fali nośnej
Generacja sygnałów AM
Urządzenia do tworzenia sygnałów o modulowanej amplitudzie modulatory amplitudy
Sygnały AM uzyskuje się w modulatorach:
- z elementami kluczującymi
- z elementami nieliniowymi
Demodulacja sygnałów AM
- detektor prostownikowy (liniowy)
- detektor kwadratowy (o charakterystyce nieliniowej)
- detektor obwiedni
- detektor synchroniczny
DSB-SC – dwuwstęgowa modulacja amplitudy bez fali nośnej
Funkcjonał
modulacji jest wprost sygnałem modulującym
m(t) = f(t)
Funkcja nośna ma postać funkcji harmonicznej:
t
t
c
0
cos
)
(
Sygnał zmodulowany:
t
t
f
t
s
0
cos
)
(
)
(
W wyniku tej operacji widmo sygnału modulującego ulega przesunięciu (zachowując swój kształt)
o +/-
0
wzdłuż osi częstotliwości.
)]
(
)
(
[
2
1
)
(
0
0
F
F
S
W sygnale nie występuje fala nośna.
Interpretacja wektorowa
t
j
t
j
e
A
e
A
t
A
t
m
2
2
cos
)
(
Jest to suma dwóch wektorów o amplitudach A/2 wirujących w przeciwnych kierunkach z
prędkością kątową
.
6
W związku z tym, że funkcjonał jest rzeczywisty, wektor wypadkowy nie zmienia w procesie
modulacji swego położenia. Zmienia się tylko amplituda chwilowa sygnału zmodulowanego,
częstotliwość chwilowa pozostaje stała.
Generacja sygnałów DSB-SC
Modulatory (zrównoważone, tłumiące falę nośną)
- kluczowane
- z elementami nieliniowymi
Demodulacja DSB-SC
- detekcja synchroniczna (koherentna)
- detekcja liniowa (kwadraturowa) – po uprzednim dodaniu do sygnału zmodulowanego fali nośnej o
dużej amplitudzie
SSB – modulacja jednowstęgowa (Single SideBand)
Wykorzystuje tylko jedną wstęgę boczną, która wystarczy do przesłania pełnej informacji. Możliwe
jest tworzenie sygnałów SSB z falą nośną i bez. Znaczenie praktyczne mają tylko sygnały bez fali
nośnej (SSB-SC).
Definicja sygnału analitycznego:
)
(
ˆ
)
(
)
(
t
f
j
t
f
t
f
Transformata Hilberta
dA
A
t
A
f
t
f
)
(
1
)
(
ˆ
Analityczny funkcjonał modulacji SSB:
)
(
ˆ
)
(
)
(
t
f
j
t
f
t
m
Jeśli fala nośna ma postać
t
j
e
t
c
0
)
(
, to sygnał zmodulowany:
]
cos
)
(
ˆ
sin
)
(
[
]
sin
)
(
ˆ
cos
)
(
[
)]
(
ˆ
)
(
[
)
(
0
0
0
0
0
t
t
f
t
t
f
j
t
t
f
t
t
f
e
t
f
j
t
f
t
s
t
j
Widmo sygnału zmodulowanego:
)]
sgn(
1
)[
(
)]
sgn(
1
)[
(
2
1
)
(
0
0
0
0
F
F
S
Szerokość pasma zajętego przez sygnał zmodulowany jest najmniejsza ze wszystkich modulacji
amplitudy i jest w równa szerokości pasma sygnału modulującego (
m
).
7
Generacja sygnałów SSB
- metoda filtracji (filtry LC, kwarcowe, mechaniczne, ceramiczne)
- metoda fazowa
- zmodyfikowana metoda fazowa
Demodulacja sygnałów SSB
(po uprzednim dodaniu fali nośnej o dużej amplitudzie)
- detekcja synchroniczna
- detekcja liniowa (kwadratowa)
VSB – modulacja z częściowo ograniczoną jedną wstęgą boczną
(Vestigial SideBand)
Widmo
sygnału ma postać:
)
(
)]
(
)
(
[
)]
(
)
(
[
2
1
)
(
0
0
0
0
0
0
H
A
F
F
kA
S
VSB
gdzie H(w) – transmitancja filtru pasmowego
Funkcjonał modulacji
:
)
(
1
)
(
t
kf
t
m
Funkcja transmitancji filtru musi spełniać warunek:
const
H
H
)
(
)
(
0
0
ale tylko dla
m
|
|
, ponieważ widmo sygnału modulującego jest ograniczone (
0
)
(
F
) dla
m
|
|
.
Zbocze charakterystyki filtru (zbocze Nyquista) jest symetryczne względem częstotliwości fali
nośnej. Kształtowanie zbocza Nyquista może się odbywać zarówno po stronie nadawczej jak i
odbiorczej, w praktyce jednak stosuje się kształtowanie po stronie odbiorczej.
Szerokość pasma zajętego przez sygnał zmodulowany jest w przybliżeniu równa szerokości pasma
sygnału modulującego (
m
~
).
MODULACJA KĄTA ФM
Sygnał modulujący oddziałuje na kąt fazowy fali nośnej. Amplituda pozostaje stała.
Funkcjonał:
)
(
)
(
t
j
e
t
m
8
Faza funkcjonału jest uzależniona od sygnału modulującego
)]
(
[
)
(
t
f
t
Przyjmując harmoniczną falę nośną:
t
j
e
A
t
c
0
0
)
(
otrzymujemy sygnał zmodulowany:
)]
(
[
0
0
)
(
)
(
)
(
t
t
j
e
A
t
m
t
c
t
s
)
(
cos
)]
(
cos[
}
Re{
)
(
0
0
0
)]
(
[
0
0
t
A
t
t
A
e
A
t
s
t
t
j
Przy czym::
)
(
)
(
0
t
t
t
- faza sygnały zmodulowanego
Następuje uzależnienie fazy chwilowej
)
(t
sinusoidalnej fali nośnej od sygnału modulującego.
Amplituda sygnału zmodulowanego jest stała.
Wyróżniamy dwa rodzaje takiego uzależnienia:
1) Modulacja fazy (PM – Phase Modulation)
W tym przypadku:
)
(
)]
(
[
t
kf
t
f
Chwilowa faza sygnału zmodulowanego zmienia się proporcjonalnie do chwilowej wartości
sygnału modulującego. Natomiast częstotliwość sygnału zmodulowanego zmienia się
proporcjonalnie do pochodnej sygnału modulującego:
dt
t
df
k
t
t
kf
t
t
PM
PM
)
(
)
(
)
(
)
(
0
0
2) Modulacja częstotliwości (FM – Frequency Modulation)
dt
t
f
k
t
f
)
(
)]
(
[
Chwilowa faza sygnału zmodulowanego zmienia się proporcjonalnie do całki z sygnału
modulującego. Chwilowa częstotliwość zmienia się proporcjonalnie do sygnału modulującego.
)
(
)
(
)
(
)
(
0
0
t
kf
t
dt
t
f
k
t
t
FM
FM
Modulacja PM pojedynczym sygnałem harmonicznym
Sygnał modulujący:
t
A
t
f
sin
)
(
Chwilowa faza i częstotliwość sygnału PM:
9
t
t
t
t
t
PM
PM
cos
)
(
sin
)
(
0
0
Przy czym:
kA
- dewiacja fazy
2
1
2
f
- dewiacja częstotliwości
Sygnał zmodulowany PM
]
sin
cos[
)
(
cos
)
(
0
0
0
t
t
A
t
A
t
s
PM
PM
Interpretacja wektorowa
Koniec wektora reprezentującego amplitudę chwilową sygnału zmodulowanego ślizga się po łuku
koła o promieniu Ao. Kąt fazowy w krańcowych położeniach osiąga wartość równą dewiacji fazy.
Widmo sygnału zmodulowanego PM
}
Re{
)
(
sin
0
0
t
j
t
j
PM
e
e
A
t
s
Drugi człon nawiasu klamrowego można zapisać w postaci:
t
jn
n
n
t
j
e
J
e
)
(
sin
Otrzymujemy:
n
n
PM
t
n
J
A
t
s
)
cos(
)
(
)
(
0
0
Jn – funkcja Bessela I-go rodzaju n-tego rzędu
Praktyczna szerokość pasma częstotliwości sygnału PM zależy od dewiacji fazy, która określa liczbę
par prążków N uwzględnionych w widmie, oraz od odległości między prążkami, czyli od
częstotliwości modulującej f.
B = 2Nf
4
2
4
1
1
dla
dla
N
MODULACJA FM
Sygnał modulujący:
t
A
t
f
cos
)
(
Faza chwilowa i pulsacja chwilowa sygnału zmodulowanego FM:
10
t
t
t
t
t
FM
FM
cos
)
(
sin
)
(
0
0
Dewiacja częstotliwości:
kA
f
2
(ustalona)
Dewiacja fazy:
(zależy od częstotliwości sygnału modulującego)
Sygnał zmodulowany FM
:
]
sin
cos[
)
(
cos
)
(
0
0
0
t
t
A
t
A
t
s
FM
FM
Wyrażenia na sygnały zmodulowane fazowo i częstotliwościowo są identyczne. Rodzaj modulacji
określa jedynie zależność występującej w tych wyrażeniach dewiacji fazy od parametrów sygnału
modulującego.
Wskaźnik modulacji
- przy modulacji PM (wskaźnik beta równy dewiacji fazy dla PM czyli kA)
f
f
- przy modulacji FM (stosunek dewiacji częstotliwości do częstotliwości czyli
kA
Stąd ogólny wzór na sygnał zmodulowany kątowo (FM lub PM):
)
sin
cos(
)
(
0
0
t
t
A
t
s
Szerokość pasma FM
)
(
2
)
1
(
2
f
f
f
B
Według norm obowiązujących w Polsce maksymalna dewiacja częstotliwości w radiofonii UKF-FM
wynosi 50 kHz, a maksymalna częstotliwość sygnału modulującego 15 kHz. Stąd wymagana
szerokość pasma dla transmisji FM:
B = 2(50+15) = 130 kHz
Moc w modulacji kąta
2
)
(
2
0
2
A
t
s
- moc przebiegu zmodulowanego kątowo jest taka sama jak moc niezmodulowanej fali
nośnej.
11
Rodzaj
modulacji
Sygnał zmodulowany
Widmo sygnału zmodulowanego
Funkcjonał Modulator
Demodulator
AM
t
t
f
kA
t
A
t
s
0
0
0
0
cos
)
(
cos
)
(
)]
(
)
(
[
)]
(
)
(
[
2
1
)
(
0
0
0
0
0
0
A
F
F
kA
S
)
(
1
)
(
t
kf
t
m
- z elementami
kluczującymi
- ze elementami
nieliniowymi
- prostownikowy
(lin.)
- kwadratowy
(niel.)
- obwiedni
- synchroniczny
DSB-SC
t
t
f
t
s
0
cos
)
(
)
(
)]
(
)
(
[
2
1
)
(
0
0
F
F
S
)
(
)
(
t
f
t
m
Tłumiące falę
nośną!!!
- kluczowane
- z elementami
nieliniowymi
Po uprzednim
dodaniu fali
nośnej!!!
- synchroniczny
(koherentny)
- kwadratowy
(liniowy)
SSB
]
cos
)
(
ˆ
sin
)
(
[
]
sin
)
(
ˆ
cos
)
(
[
)
(
0
0
0
0
t
t
f
t
t
f
j
t
t
f
t
t
f
t
s
)]}
sgn(
1
)[
(
)]
sgn(
1
)[
(
{
2
1
)
(
0
0
0
0
F
F
S
)
(
ˆ
)
(
)
(
t
f
j
t
f
t
m
- metoda filtracji
(filtry LC,
kwarcowe,
mechaniczne,
ceramiczne)
- metoda fazowa
-
zmodyfikowana
met. fazowa
Po uprzednim
dodaniu fali
nośnej!!!
- synchroniczny
- liniowy
(kwadratowy)
VSB ---
)
(
)]}
(
)
(
[
)]
(
)
(
[
2
1
{
)
(
0
0
0
0
0
0
H
A
F
F
kA
S
VSB
)
(
1
)
(
t
kf
t
m
- metoda filtracji - detektor
liniowy
PM
]
sin
cos[
)
(
cos
)
(
0
0
0
t
t
A
t
A
t
s
PM
PM
---
)
(
)
(
t
j
e
t
m
--- ---
FM
]
sin
cos[
)
(
cos
)
(
0
0
0
t
t
A
t
A
t
s
FM
FM
---
)
(
)
(
t
j
e
t
m
- generacja
pośrednia
- generacja
bezpośrednia
- dyskryminacja
fazy
- dyskryminacja
częstotliwości
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
uboty kolo, Niezbędnik leśnika, WYDZIAŁ LEŚNY, Uboczne użytkowanie lasu, ćwiczenia
Kolo zebate id 237314 Nieznany
kolo zaoczni id 240111 Nieznany
kolo 1 doc id 237073 Nieznany
kolo wodne id 237347 Nieznany
kolo zdaniowe id 240044 Nieznany
4 kolo rozowe id 37673 Nieznany
kolo so id 240007 Nieznany
kolo z miernictwa id 240039 Nieznany
geometria kolo szyna id 189562 Nieznany
(prognozowanie kolo lopatologicznie)id 1389
CHEMIA ROLNA 2 KOLO, niezbędnik rolnika 2 lepszy, chemia rolna
historyczna kolo II id 204904 Nieznany
KOLO 2beta id 239759 Nieznany
mikro-mini 1 koło, niezbędnik rolnika 2 lepszy, Gleboznawstwo, mikrobiologia
CHEMIA ROLNA 1 KOLO, niezbędnik rolnika 2 lepszy, chemia rolna
kolo mohra 2 id 237265 Nieznany
Kolo 1 teoria id 237085 Nieznany
więcej podobnych podstron