xx xx xx xxxxxx xxxxxxxxx

xx xx xx xx xx

xx xx xx xxxxx xx kolokwium 2

xx xx xx xxxxxx xx xx

xx x x xx xx xx xx xx

xx x xxx xxxxx xxxxxx xx

2007/2008 by aikon

MODULACJA IMPULSOWA

Fala nośna - nie ma charakteru ciągłego lecz stanowi ciąg równo oddalonych impulsów

T₀ - okres powtarzania impulsów

c_i(t) - funkcja opisująca pojedynczy impuls

Twierdzenie Kotlielnikowa-Shannona

czyli

Żeby przesłać kompletny sygnał bez uszczerbku dla informacji musimy wysyłać co najmniej 2f_m próbek na sekundę.

Rodzaje analogowej modulacji impulsowej:

- PAM - Pulse Amplitude Modulation, modulacja amplitudy impulsów, odpowiednik AM

- PPM - Pulse Position Modulation, modulacja położenia impulsów, odpowiednik FM

- PDM - Pulse Duration Modulation, modulacja czasu trwania impulsów

PAM - modulacja amplitudy impulsów

Fala nośna:

Funkcjonał modulacji jest równy sygnałowi modulującemu

Sygnał zmodulowany:

Widmo sygnału zmodulowanego stanowi ciąg powtórzeń sygnału modulującego:

Próbkowanie:

- idealne

- naturalne

- chwilowe

PPM, PDM - brak pytań w teście.

PCM - modulacja impulsowo-kodowa (Pulse Code Modulation)

Za twórcę PCM uznaje się A. H. Reevesa w roku 1937. Jednak systemy PCM weszły do eksploatacji dopiero w latach 60-tych i od tego czasu obserwuje się ich szybki rozwój.

Zalety PCM:

- duża odporność na zakłócenia

- mała wrażliwość na zmiany parametrów toru

- możliwość regeneracji, co zapewnia stałą wartość stosunku sygnał/szum na całej długości toru

- łatwość współpracy z elektronicznymi centralami komutacyjnymi

Wady PCM:

- konieczność przenoszenia znacznie szerszego pasma niż w systemach analogowych. Pasmo PCM jest 7-8 razy szersze niż w systemach analogowych

Schemat systemu telekomunikacyjnego z modulacją impulsowo-kodową:

(wzięte ze slajdów La Toffique'a, w Bemie jest nieco inaczej)

Nadajnik:

Tor transmisyjny:

Odbiornik:

Kwadrat całkowitego błędu kwantowania (kwantowanie równomierne)

Stosunek wartości średniej kwadratowej sygnału do wartości średniej kwadratowej błędu:

- dla sygnału sinusoidalnego (bo P=1/2)

Liczba przedziałów kwantowania M dla N elementów kodu binarnego - bierzemy z tabelki (ogólnie M=2^N):

W przypadku rzeczywistych sygnałów kwantowanie równomierne nie jest korzystne.

Charakterystyki kompresji - kwantowanie nierównomierne:

- charakterystyka typu μ

, przy czym μ=100 lub μ=255

- charakterystyka typu A

przy czym A=87,6

Kompandor = kompresor + ekspandor

Zysk kompandora - dla A=87,6 otrzymuje się 16-krotne zmniejszenie poziomów kwantyzacji dla małych sygnałów, tzn. zysk kompandora wynosi 24,1 dB.

SYSTEMY WIELOKROTNE

Rodzaje systemów wielokrotnych

- FDM - z podziałem częstotliwościowym (Frequency Division Multiplex)

- TDM - z podziałem czasowym

- CDM - z podziałem kodowym

- PDM - z podziałem fazowym

- z rozdziałem według kształtu sygnałów

- z rozdziałem według poziomu sygnałów

- SDM - z rozdziałem przestrzennym

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są pierwsze trzy (FDM, TDM i CDM).

Najbardziej rozpowszechnioną jest FDM. Pojawiła się w latach 30-tych ubiegłego wieku. Krotność dochodzi do 10800 kanałów.

Pasmo częstotliwości przeznaczone na jeden kanał w telefonii wielokrotnej wynosi 4 kHz (czyli szersze niż pasmo oryginalne, np. dla telefonii 0,3-3,4 kHz).

Kanały łączy się w grupy, a następnie w grupy wyższego rzędu. Podstawową grupą pierwotną jest grupa 12-kanałowa, zajmująca pasmo 4*12 = 48 kHz. Pięć grup pierwotnych tworzy grupę wtórną 5*48 = 240 kHz.

Krotności systemu: 1, 12, 24, 60, 120, 300, 960, 1260, 1800 (1920), 2700, 3600, 7200, 10800

Systemy PCM pierwszego rzędu (stosowane w TDM) zatwierdzone przez CCITT:

- PCM-24 o przepływności 1544 kbit/s

- PCM-30 o przepływności 2048 kbit/s

SZUMY

Podstawowy podział szumów:

Zakłócenia powodowane przez człowieka

Zakłócenia interferencyjne mają wyraźnie określone widmo (często ograniczone do jednego prążka - fala nośna).

Zakłócenia przemysłowe maja bardzo szerokie widmo: od 50 Hz do 1 GHz.

Poziom zakłóceń przemysłowych maleje ze wzrostem częstotliwości o 28 dB na dekadę.

Źródła zakłóceń przemysłowych można podzielić na dwie kategorie:

- systemy energetyczne, które generują i przenoszą zakłócenia przez dołączone do nich urządzenia elektryczne - częstotliwości mniejsze niż 10 MHz

- urządzenia zapłonowe pojazdów samochodowych - w zakresie 0,02 do 1 GHz i wyżej.

Zakłócenia naturalne o charakterze makroskopowym

Dzielimy na:

- atmosferyczne

- kosmiczne

Przyczyną powstawania zakłóceń atmosferycznych są wyładowania elektryczne między chmurą a ziemią. Zakłócenia powstałe pod wpływem wyładowań elektrycznych możemy podzielić na dwa rodzaje:

- zakłócenia lokalne - objawiające się pojawianiem trzasków w odbiornikach radiowych

- zakłócenia dalekie - objawiające się ciągłym, słabym szumem w odbiorniku

Izoplety - linie na mapie łączące punkty o jednakowych zakłóceniach

Przy częstotliwościach powyżej 40 MHz poziom zakłóceń atmosferycznych znacznie się obniża.

Zjawiska burzowe występują na 0.16% powierzchni Ziemi jednocześnie.

W każdej sekundzie obserwujemy 100 wyładowań i 1000 burz.

Burza obejmuje 20-200 km² powierzchni i przesuwa się z prędkością 30-50 km/h. Nad lądami burze najczęściej występują w okresie letnim w godzinach 13-15. Nad morzami - zimą w godzinach nocnych i rannych. Zazwyczaj trwają 1 do 2 godzin. Aktywność burzowa różnych rejonów jest niejednorodna - najwięcej dni burzowych w Afryce, Ameryce Południowej i Azji (ponad 100 dni burzowych w roku).

W zakresie fal metrowych głównym źródłem zakłóceń jest promieniowanie dochodzące z różnych miejsc Galaktyki oraz obszarów pozagalaktycznych, jak również promieniowanie radiogwiazd , planet, Słońca i Księżyca.

Promieniowanie źródeł znajdujących się poza ziemią nazywa się promieniowaniem kosmicznym, a zakłócenia przez nie powodowane - zakłóceniami kosmicznymi.

Wzór Rayleigha-Jeansa:

Częstotliwościowa zależność zastępczej temperatury szumów kosmicznych dla wszystkich obszarów nieba ma postać

gdzie α = 2,4

Szumy fluktuacyjne

Dwa skrajne przypadki:

• fluktuacje prądów i napięć w przewodnikach metalicznych przy termodynamicznej równowadze z promieniowaniem (szum cieplny oporności) - Einstein 1907

• fluktuacje prądu elektronowego w diodzie próżniowej (szum śrutowy) - Shottky 1918

Parametry szumowe

• napięcie (prąd) szumów

• moc szumów

• temperatura szumowa

• współczynnik szumów

Schemat zastępczy z Thevenina

Schemat zastępczy z Nortona

Szum typu 1/f - rośnie wraz ze zmniejszaniem częstotliwości

• przyrządy elektronowe i jonowe

• przewodniki niemetaliczne

• czynne elementy półprzewodnikowe

Szum impulsowy - przyczyny:

• procesy przejściowe (stany nieustalone) podczas komutacji w centralach telefonicznych

• wyładowania koronowe w liniach transmisyjnych

• niedostateczne tłumienie między torami transmisyjnymi różnych systemów

• występowanie burz z piorunami w pobliżu napowietrznych torów kablowych, a także w pobliżu tras linii radiowych

Współczynnik szumów

Charakteryzuje własności szumowe wzmacniacza. Pojęcie współczynnika szumów odnosi się do wzmacniacza idealnego - bezszumnego. Współczynnikiem szumów nazywamy stosunek mocy szumu wydzielanej na dopasowanym obciążeniu w wąskim paśmie częstotliwości df do mocy szumu na wyjściu wzmacniacza idealnego.

Inna definicja współczynnika szumów - stosunek sygnał/szum na wejściu do stosunku sygnał/szum na wyjściu układu:

Związek między temperaturą szumową a współczynnikiem szumów:

Współczynnik szumów dopasowanego tłumika:

Zastępcza temperatura szumowa tłumika wyraża się wzorem:

Jeśli tor znajduje się w temperaturze 290K, to:

Szum biały, szum biały wąskopasmowy

Szum biały wąskopasmowy można przedstawić w postaci przebiegu wielkiej częstotliwości o wolnozmiennej w czasie amplitudzie i fazie.

---