Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
Radiofonia analogowa
1. Charakterystyka słyszalności ucha ludzkiego. Pasmo i dynamika sygnałów fizycznych.
Ucho ludzkie odbiera dz
więki o częstotliwości z zakresu od 20Hz  20kHz -teoretycznie, w praktyce
od kilkudziesięciu do około 16-17 kHz.
Człowiek zaczyna słyszeć dz
więk dopiero od określonej wartości poziomu ciśnienia akustycznego. Na
podstawie badań wykreślono statystyczne krzywe czułości naszego słuchu w zale\
ności od
częstotliwości dz
więków. Poziom ciśnienia akustycznego, od którego zaczyna ucho słyszeć dz
więk,
jest ró\
ny dla ró\
nych częstotliwości.
Człowiek potrafi rozró\
nić wysokość tonu (częstotliwość dz
więku) lecz tylko dzięki względnym -
czyli procentowym - ró\
nicom ich częstotliwości. A
atwo usłyszymy dwukrotną ró\
nicÄ™ np. 50 i 100
Hz (ró\
nica 100%) lecz nie usłyszymy ró\
nicy pomiędzy tonem 10 000 Hz i 10 050 Hz.
2. Systemy mono, stereo i kwadrofoniczne. Kompatybilność. Wymagania na sygnał sumy.
system Liczba mikrofonów Liczba torów Liczba głośników
Mono 1 1 1
Stereo 2 2 2
Kwadrofon 4 4 4
Pseudostereo. 1 1 2
Pseudokwadro. 2 2 4
Monofonia  nagranie zazwyczaj z 1 mikrofonu, odtwarzane na 1 głośniku, co nie daje uczucia
dz
więku przestrzennego
1
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
Stereofonia  u\
ywa 2 lub więcej niezale\
nych kanałów audio, którymi są przesyłane wiadomości o
dz
więku ( symetrycznie), tak odtworzone sygnały dają wra\
enie pochodzenia dz
więku z ró\
nych
z
ródeł - brzmi to naturalnie,
W systemach stereo występują podstawowe 2 sygnały :
A i B lub L i P, w nadajniku tworzony jest sygnał sumy  M=0,5(A + B) lub ró\
nicy S=0,5(A - B) ,
które wchodzą w skład sygnału modulującego nadajnik.
Jeśli zapewnimy poprawną transmisję sygnału M to spełnimy warunek kompatybilności  w dół  tzn.
odbiorniki mono (stosowane np. w UKF) muszą poprawnie odebrać sygnał stereo. W praktyce jest tak,
\
e w jednej chwili przesyłany jest sygnał tylko z 1 kanału ( L lub P)  przełączany za pomocą f= 38
kHz, a ludzkie ucho i tak nie jest w stanie  wyłapać ró\
nicy.
Kwadrofonia  4 kanały niezale\
ne, mikrofony i głośniki rozstawione na planie kwadratu, pierwszy
system dobrze oddający sygnał przestrzenny - jednak ze względu na problem z kompatybilnością i
ceną ( dodatkowe 2 kanały) nie wszedł do powszechnego u\
ycia.
3. Stereofonia z sygnałem pilotującym. Tworzenie sygnału. Opis analityczny. Nominalne widmo
częstotliwościowe sygnału modulującego.
- sygnał ró\
nicy przesuwamy w wy\
sze częstotliwości ( w pasmo ponadakustyczne) przez
wprowadzenie dodatkowej częstotliwości nośnej c(t) = 38 kHz ą 4 Hz, modulujemy c(t) sygnałem
ró\
nicy S(t) przy u\
yciu modulacji DSB-SC, w wyniku otrzymujemy sygnał X(t)
- aby móc odtworzyć sygnał X(t) w odbiorniku potrzebujemy sygnału c(t)  z dokładnością do
częstotliwości i fazy ( wymaganie mod. DSB-SC), więc wprowadzamy dodatkowy sygnał (tzw.
pilotujÄ…cy),
- przyjęło się, \
e częstotliwość pilota będzie na częstotliwości 2 razy mniejszej ni\
c(t) i będzie to
sygnał sinusoidalny,
2
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
- dodatkowo wymagania MPX to : sygnał M nie przekraczający poziomu 90%(10% na pilota) oraz
stłumienie podnośnej o 40 dB,
- odtworzenie sygnału w dekoderze :
M = S = A
Å„Å‚
òÅ‚M - S = B
ół
Sygnał modulujący:
L + R L - R
MPX (t) = M (t) + P(t) + X (t) = + 0,1sin(É Å" t) + sin(2 Å"É Å" t)
pi pi
2 2
É = 2 Å"Ä„ Å"19 Å"103[1/ rad]
pi
3
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
4
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
5
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
6
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
7. Widmo sygnału zmodulowanego częstotliwościowo tonem pojedynczym dla małych i du\
ych
wskaz
ników dewiacji. Niezbędne pasmo w.cz. odbiorników FM . Charakterystyka szumowa modulacji
FM.
Wskaz
nik modulacji FM
D
m=
fmod
D- dewiacja
fmod - funkcja modulujÄ…ca
Je\
eli m < 1 to mówimy o modulacji wąskopasmowej, je\
eli m > 1 to o szerokopasmowej, widmo
sygnału zmodulowanego ró\
ni się od siebie i posiada ró\
ne własności.
m < 1
- widmo przypomina modulacje AM
- amplituda fali nośnie nie zmienia się
- prÄ…\
ki boczne są symetryczne względem nośnej
- S/N jest mniejszy ni\
w szerokopasmowej
m > 1
- amplituda nośnej ulega zmianie
- prÄ…\
ki boczne są symetryczne względem nośnej i oddalone od niej o wielokrotność fm
- teoretyczne widmo jest nieskończone
- amplitudy prÄ…\
ków opisują funkcje Bessela pierwszego rodzaj
- dobre własności energetyczne
- zysk szerokopasmowy- polepszenie stosunku S/N
Niezbędna szerokość pasma w. Cz. Odbiornika
- B = 2(fm + D) prÄ…\
ki o energii większej ni\
10% energii fali nośnej
max
- B = 2(2 fm +D) prÄ…\
ki o energii większej ni\
5% energii fali nośnej
max
Pasmo dla modulacji mono i stereo zawierajÄ…ce prÄ…\
ki o energii powy\
ej 10% nośnej:
Mono
fm max = 15 kHz , D = 75Hz B = 2(15+75) = 180 kHz
Stereo
fm max = 53 kHz , D = 75Hz B = 2(53+75) = 256 kHz
7
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
8.Stosunek sygnał/szum w funkcji częstotliwości modulującej w systemach z modulacją częstotliwości.
Preemfaza i deemfaza  cel i sposób stosowania. [Widmo szumowe]
Stosunek sygnał/szum w systemach z modulacją FM wyra\
a się następującym wzorem:
Ps.wy ëÅ‚ D öÅ‚2 Ps
N= = 1.5ìÅ‚ ÷Å‚
÷Å‚
Psz.wy ìÅ‚ fm Psz
íÅ‚ Å‚Å‚
Jeśli wskaz
nik dewiacji jest mały, czyli mamy do czynienia z FM wąskopasmową, to stosunek
sygnał/szum jest mały i gorszy na wyjściu w porównaniu z wejściem.
Widmowa gęstość szumu rośnie proporcjonalnie do kwadratu częstotliwości, a w przypadku sygnału
u\
ytecznego składowe o wy\
szych częstotliwościach mają mniejszy poziom ni\
składowe o średnich
częstotliwościach
przy FM szerokopasmowych zawsze stosuje siÄ™ preemfazÄ™ i deemfazÄ™.
Preemfaza  podbicie wy\
szych częstotliwości modulujących. Wprowadzona jest za pomocą układu
ró\
niczkującego pierwszego rzędu. (nadajnik)- sztuczne uwypuklenie składowych sygnału informacji
o w.cz. przed modulacjÄ… w nadajniku .
W efekcie widmowa gęstość mocy składowych sygnału informacji o niskich i wysokich
częstotliwościach zostaje tak wyrównana, by sygnał zapełniał całe przydzielone pasmo częstotliwości.
Zysk premfazy na Ps/Psz to 12dB.
Deemfaza  proces odwrotny do preemfazy, tylko tłumiący składowe szumu o wysokich
częstotliwościach (zwiększa stosunek S/N na wyjściu). Proces ten odbywa się w odbiorniku za
pomocą układu całkującego..
Inne staÅ‚e czasowe 75 µs i 62 µs w tunerach
Wady:
Max dewiacja obni\
a się o tyle o ile został podbity sygnał
9. Analogowa radiofonia satelitarna. System Wegener-Panda.
W satelitarnych systemach analogowych wykorzystuje siÄ™ modulacje FM, w celu efektywnego
wykorzystania pasma stosuje system Wegener-Panda
(system kompresji widma)
Kompresja:
8
Systemy Radiokomunikacyjne  2007/2008  kolo1
-dla sygnałów o du\
ej amplitudzie charakterystyka przenoszenia jest płaska (od20Hz-20kHz)- nie
stosuje siÄ™ preemfazy
-sygn o niskich częstotl nie są podawane kompresji
-przy wzroście częstotl współczynnik kompresji rośnie i osiąga wartość 2dB dla f=15kHz.
Zakres satelitarny dla FM:
87,5-108 MHz  pasmo radiowe FM2
11,7-12,5GHz  pasmo satelitarne
Programy radiowe nadajemy powy\
ej podnośnej fonii, która towarzyszy wizji. Odległość od nośnej to
6,5-6,65MHz.
SYSTEM PANDA
Parametry systemu Panda:
-D = 50kHz
-odstęp międzysygnałowy -180kHz (w naziemnej 400kHz)
-zastosowana preemfaza i deemfaza
W metodzie Wegnera stosuje się dynamiczną kompresje sygnału.. Po stronie odbiorczej stosuje się
ekspanderPANDA1.
System PANDA zapewnia poprawę stosunku sygnał/szum o 20dB. Oznacza to \
e stosunek ten na
wejściu odbiornika wynosić mo\
e 72dB. Jest to ju\
klasa Hi-Fi systemów analogowych.
Dla PANDA2 sygnały przesyłane są ju\
z 10dB spadkiem. Sygnał 40dB mo\
e osiągnąć nawet 92dB
co odpowiada sygnałowi cyfrowemu. Zapewnia poprawę stosunku sygnał/szum o 40dB.
9