AKADEMIA MORSKA W GDYNI

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

W TELEKOMUNIKACJI

Temat: Transmisja FSK w kanale jednodrogowym i wielodrogowym

Data wykonania ćwiczenia: 01.03.2010r.

Data oddania sprawozdania: 08.03.2010r

Prowadzący zajęcia:

dr inż. Stanisław Lindner

Wykonał:

Turski Michał

III SiST

Gdynia 2010

1. Wstęp teoretyczny

FSK (Frequency-Shift Keying) - kluczowanie z przesunięciem częstotliwości, jest modulacją częstotliwości dla sygnałów cyfrowych. Ogólny zapis binarnego sygnału FSK jest wyrażony wzorem:

A - amplituda sygnału nośnego

f₁ i f₂ - częstotliwości zmienne

a)

b)

Rys. 1. Przykładowy sygnał:

1. cyfrowy,

2. FSK.

Dewiacja częstotliwości (Δf) - parametr który określa maksymalne oddalenie od częstotliwości nośnej. Dewiacja częstotliwości zależy od amplitudy przebiegu modulującego

oraz stałej charakteryzującej modulator. Gdy dewiacja w kanale jest duża, jakość transmisji w kanale jest wysoka, otrzymujemy szersze widmo, natomiast w przypadku gdy dewiacja jest zbyt duża może dojść do interferencji międzykanałowych. W przypadku gdy dewiacja jest mała liczba kanałów jest wyższa niż w przypadku dużej, widmo jest węższe natomiast może dojść do interferencji między kanałowych, co oznacza, że użytkownicy korzystający z kanału będą się wzajemnie zakłócać.

Rys. 2. przykład dewiacji częstotliwości.

Wielodrogowość - najważniejszy niekorzystny efekt występujący w kanale radiowym. Zjawisko to polega na wielokrotnym odbiciu fal wyemitowanych przez nadajnik od przeszkód terenowych znajdujących się na drodze do odbiornika. W wyniku czego w miejscu odbioru możemy zauważyć występowanie interferencji fal, czas potrzebny fali na dotarcie do odbiornika jest uzależniony od drogi jaką musi przebyć. Efekt wielodrogowości możemy dostrzec w życiu codziennym ponieważ w mieście nie ma bezpośredniej drogi między nadajnikiem a odbiornikiem. Najprostszym przypadkiem a za razem teoretycznym przypadkiem jest dwudrogowość. W takim przypadku sygnał nadany dociera do odbiornika po drodze bezpośredniej, oraz w wyniku odbicia od podłoża.

Rys. 3. Schemat propagacji dwudrogowej.

N - punkt nadawania

O - punkt odbioru

h_n - wysokość anteny nadawczej

h_o - wysokość anteny odbiorczej

d - odległość między antenami (od nadajnika do odbiornika)

d₁ - długość drogi fali bezpośredniej

d₂ - długość drogi fali odbitej

Rys. 4. Schemat kanału radiowego.

N - nadajnik

T₀ - opóźnienie początkowe

τ₁ - droga bezpośrednia (opóźnienie wynosi 0)

τ_2-4 - inne drogi

k_1-4 - tłumienie

T0=τ0

T1=τ0+τ1

T2=τ0+τ2

Rys. 5. Odpowiedz impulsowa kanału wielodrogowego.

2. Wyniki obserwacji

Podczas zajęć w laboratorium dokonywaliśmy symulacji transmisji sygnału zmodulowanego z binarnym kluczowaniem częstotliwości (BFSK) w kanale jednodrogowym i wielodrogowym, z występowaniem szumu lub bez niego.

Sygnał nadawany przez nas miał następującą postać paczek danych:

Rys. 6. Przykładowa struktura paczki danych.

Zadaniem które mieliśmy wykonać w laboratorium była obserwacja wpływu wielodrogowości kanału transmisyjnego, poziomów szumów na sygnał transmitowany przez kanał propagacyjny.

Parametry jakie przyjęliśmy do pomiaru są następujące:

Częstotliwość podnośna	fp=1700 [Hz]
Dewiacja częstotliwości	Δf=400 [Hz]
Szybkość transmisji	Vt=1200 [bps]
Liczba okresów przypadająca na „0” logiczne	2
Liczba okresów przypadająca na „1” logiczną	1
liczba próbek przypadająca na jeden bit	20
Sekwencja treningowa	1
Okres ciszy 1	2
Wygenerowany ciąg danych	11001
Okres ciszy 2	2

Oznaczenia kolorów przebiegów:

czerwony - sygnał nadany,

niebieski - sygnał odebrany bez szumów,

zielony - szum w kanale,

żółty - sygnał odebrany wraz z szumem.

Na zielono została oznaczona:

poziomo - siatka uwidoczniająca poziom odniesienia,

pionowo - przedziały czasu trwania poszczególnych bitów.

Pierwszym rozpatrywanym przypadkiem był kanał jednodrogowy:

W kanale jednodrogowym parametry toru są domyślnie ustawiane jako:

- wzmocnienie =1

- opóźnienie = 0 próbek

Przebieg sygnału nadanego w kanale jednodrogowym.

Rys. 7. Przebieg sygnału nadanego.

Przykład szumu losowego występującego w analizowanym kanale.

Rys. 8. Przebieg szumu losowego w kanale.

Przebieg sygnału nadanego w kanale jednodrogowym, wraz z przykładowym szumem losowym. Aby uzyskać sygnał odebrany należy zsumować oba sygnały.

Rys. 9. Przebieg szumu losowego i sygnału nadanego.

Przebieg sygnału odebranego wraz z szumem. Powstał w wyniku zsumowania sygnału nadanego oraz przykładowego szumu losowego.

Rys. 10. Przebieg sygnału odebranego z szumem.

Przebieg sygnału nadanego oraz sygnału odebranego bez szumu. Na charakterystyce można zauważyć tylko sygnał odebrany bez szumu. Jest on identyczny jak sygnał nadany. Oba sygnały pokrywają się idealnie.

Rys. 11. Przebieg sygnału nadanego

i sygnału odebranego bez szumu.

Drugim rozpatrywanym przypadkiem był kanał dwudrogowy:

W kanale dwudrogowym parametry toru są domyślnie ustawiane jako:

- wzmocnienie dla drogi pierwszej =1

- opóźnienie dla drogi pierwszej = 0 próbek

- wzmocnienie dla drogi drugiej = 0,8

- opóźnienie dla drogi drugiej = 25 próbek

Przebieg sygnału nadanego w kanale dwudrogowym. Przebieg sygnału nadanego jest identyczny jak na rys. 7.

Rys. 12. Przebieg sygnału nadanego.

Przykład szumu losowego występującego w analizowanym kanale.

Rys. 13. Przebieg szumu losowego w kanale.

Przebieg sygnału nadanego oraz przebieg sygnału odebranego bez szumu. Na charakterystyce można zauważyć przesunięcie sygnału odebranego. Związane jest to ze zjawiskiem wielodrogowości. Sygnał nadany poruszał się 2 drogami. Jedna z nich była drogą bezpośrednią bez opóźnienia. Druga była drogą z opóźnieniem wynikającym z odbicia sygnału od różnych obiektów. W drodze sygnał odbity został stłumiony. W odbiorniku oba sygnały zostały zsumowane ze sobą.

Rys. 14. Przebieg sygnału nadanego i odebranego bez szumu

w kanale wielodrogowym

Przebieg sygnału nadanego oraz przebieg sygnału odebranego z szumem. Sygnał nadany jest poddawany efektowi wielodrogowości oraz przypadkowemu szumowi występującemu w kanale. Sygnał odebrany jest sumą sygnału nadanego, sygnału odbitego oraz przypadkowego szumu.

Rys. 15. Przebieg sygnału nadanego i odebranego z losowym szumem

w kanale wielodrogowym.

Przebieg sygnału odebranego z szumem.

Rys. 16. Przebieg sygnału odebranego z losowym szumem

w kanale wielodrogowym.

3. Wnioski

1. Zawsze w kanale występuje losowy szum, który ma wpływ na sygnał odebrany.

2. Przy braku szumu w kanale jednodrogowym, sygnał odebrany pokrywa się idealnie z sygnałem nadawanym co można zauważyć na rys. 11.

3. Wielodrogowość zniekształca sygnał odebrany, co można zauważyć na rys. 14.

4. Wraz ze wzrostem dróg sygnał odebrany jest coraz bardziej zniekształcony.

5. Wraz ze wzrostem dróg transmisji sygnału wzrastają interferencje międzysymbolowe, co za tym idzie pogarsza się jakość transmisji.

4. Bibliografia

1. http://www.eres.alpha.pl

2. http://www.kt.agh.edu.pl/~brus/

3. http://pl.wikipedia.org

---