POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki

LABORATORIUM PODSTAW TELEKOMUNKACJI

Temat ćwiczenia:

Transmisja radiomodemowa.

Radiofonia.

Wykonali: Kapuściński Karol

Skiba Adam

Wawreczko Damian

Grupa: KSS

Sekcja: 1

Data wykonania ćwiczenia: 29.03.2011

Data oddania sprawozdania: 12.04.2010

Data obrony sprawozdania:

1. Wprowadzenie.

Wszystkie radiokomunikacyjne urządzenia nadawczo - odbiorcze wykorzystują zjawisko modulacji oraz demodulacji. Modulacja jest procesem nakładania sygnału zawierającego informację (głos, dane cyfrowe) na sygnał nośny.

Modulacja FM

Przy modulacji częstotliwościowej amplituda fali nośnej jest stała, natomiast jej częstotliwość zmienia się w zależności od amplitudy sygnału modulującego. Wartość o jaką częstotliwość fali nośnej zmienia się od częstotliwości początkowej (częstotliwość przy braku modulacji) nazywa się dewiacją - odchyleniem częstotliwości. Dewiacja to różnica między najniższą i najwyższą częstotliwością fali nośnej w trakcie modulacji. W radiotelefonach FM częstotliwość wysyłana przez nadajnik zmienia się w granicach +/- 1,5 - +/- 5 kHz. 5 kHz to najwyższa wartość dewiacji, ponieważ przy większej dewiacji mogłyby wystąpić zakłócenia sąsiednich sygnałów.

Drugą wielkością charakterystyczna dla modulacji częstotliwości jest tak zwany wskaźnik modulacji : mf który wyraża się stosunkiem dewiacji częstotliwości do częstotliwości modulującej. Zaletą modulacji częstotliwości jest znacznie mniejsza niż dla AM wrażliwość transmisji na zakłócenia zewnętrzne, zmieniające chwilową amplitudę sygnału zmodulowanego. Ponadto jakość sygnału jest lepsza. Moc sygnału FM nie zmienia się w procesie modulacji i jest równa mocy niemodulowanego sygnału nośnego. Cała moc jest więc wykorzystywana do przekazywania informacji. Nadajniki FM mają bardzo wysoka sprawność energetyczną. W celu podwyższenia stosunku sygnału do szumu stosuje się zabieg uwypuklania tonów wysokich (preemfaza) przy nadawaniu i odpowiedniego symetrycznego tłumienia tych tonów (deemfaza) w odbiorniku. W wyniku takich procesów wypadkowa charakterystyka częstotliwościowa sygnału nie ulega zmianie, a powoduje zmniejszenie poziomu szumów.

Radiomodemy

Radiomodemy przeznaczone są do transmisji danych. Wykorzystywane są przede wszystkim do lokalnego przesyłania danych drogą radiową w środowisku miejskim lub przemysłowym. Dzięki swojej konstrukcji i małym rozmiarom może być łatwo montowany zarówno na elementach stałych, jak i poruszających się. Złącza (np. RS232) zapewnia łatwe połączenie z dowolnym systemem komputerowym.

1. Zasada działania układu

   1. Radiofonia

Badanym przez nas urządzeniem był nadajnik UKF stereo o mocy wyjściowej 200mW lub 1W.

Sygnał stereo jest tworzony jako suma kanałów lewego i prawego, czyli L + R. Jeżeli jest ponadto nadawany sygnał odpowiadający różnicy kanałów lewego i prawego, czyli L − R, to z sumy obu sygnałów można otrzymać kanał lewy, a z ich różnicy kanał prawy. Następnym problemem jest znalezienie sposobu nadawania sygnału L − R. Jest to jednak stosunkowo łatwe. Standardowe transmisje FM mogą przenosić sygnały o paśmie znacznie szerszym niż potrzebne. Sygnał mono, czyli L + R, jest nadawany w normalny sposób. Natomiast sygnał L − R zostaje umieszczony powyżej normalnego pasma audio przez zmodulowanie podnośnej 38kHz. Sama podnośna zostaje następnie stłumiona, pozostają więc jedynie wstęgi boczne. To tak, jakby umieścić transmisję AM tuż powyżej pasma audio i usunąć nośną. W celu ułatwienia odtworzenia sygnałów w odbiorniku, do transmisji zostaje dodany ton pilotujący, o częstotliwości 19kHz, dokładnie dwukrotnie niższej od częstotliwości podnośnej 38kHz. Wszystkie te informacje, sygnał L + R, ton pilotujący 19kHz i wstęgi boczne L − R, modulują częstotliwość podstawową FM.

Sygnał odebrany przez odbiornik przechodzi przez wszystkie jego stopnie i zostaje zdemodulowany, odtwarzając sygnał audio wraz z wszystkimi dodatkami. Jeżeli jest to odbiornik mono, to po wzmocnieniu słyszalny będzie tylko sygnał mono L + R. Jeżeli jest to odbiornik stereo, to zdemodulowany sygnał zostaje skierowany do dekodera stereo. Obecnie wszystkie obwody do tego potrzebne mogą mieścić się w jednym układzie scalonym. Dekoder poszukuje przede wszystkim tonu pilotującego 19kHz. Jeżeli go nie ma, to znaczy że transmisja jest mono i dekodowanie sygnału stereo nie jest potrzebne. Jeżeli pilot został wykryty, zostaje on skierowany do podwajacza, aby odtworzyć podnośną 38kHz, albo posłużyć do synchronizacji oscylatora 38kHz. Podnośna i wstęgi boczne zostają doprowadzone do miksera, który wydziela sygnał L − R. Mając już oba sygnały, odtworzenie kanałów L i R jest tylko sprawą ich zdemultipleksowania przez dodanie i odjęcie. Zostają one następnie oddzielnie wzmocnione w normalnym wzmacniaczu stereo.

1. Radiomodem

Transmisja radiowa jest realizowana w postaci pakietów maksymalnie 520 bajtowych jeżeli do modemu zostanie przesłanych więcej niż 520 bajtów, wówczas radiomodem rozpoczyna transmisję pakietów po 520 bajtów do momentu opróżnienia bufora o pojemności 8Kb. Ponieważ transmisja miedzy komputerem może przebiegać szybciej niż po torze radiowym i gdyby wbudowany bufor okazał się za mały, do sterowania przepływem danych stosuje się sygnał CTS którego zadaniem jest informowanie komputera nadrzędnego czy modem jest gotowy na przyjęcie danych. Dlatego do poprawnej pracy modemu w terminalu należy ustawić sprzętowe sterowanie przepływem danych. Jeżeli przesłane dane przekroczą pojemność bufora czyli 8kB zerowany jest sygnał CTS, przez co komputer wstrzymuje transmisje danych. Następnie modem po wysłaniu pakietu danych ustawia sygnał CTS sygnalizując gotowość do przyjęcia kolejnych danych.

Tryby pracy modemów

Domyślnym rodzajem pracy jest tryb transparentny w którym nie ma sterowania przesyłaniem danych.

Dane wysyłane z komputera nadrzędnego są przesyłane poprze port szeregowy RS 232 do modemu a następnie drogą radiową. Inne modemy będące w zasięgu odbierają dane i wystawiają się na port RS232 lub RS485. W trybie transparentnym urządzenie nadzorujące realizuje funkcję potwierdzenia i retransmisji w przypadku błędów transmisji. W trybie transparentnym nie jest wymagane konfigurowanie adresów radiowych dla poszczególnych radiomodemów.

Radiomodem posiada opcję do korekcji błędów. Gdy korekcja jest aktywna dane nie pojawiają się na wyjściu radiomodemu do momentu ich poprawnego odebrania

W sterującym rodzaju przesyłaniem danych sterują same radiomodemy a nie urządzenia nadrzędne. Każdy radiomodem w sieci posiada indywidualny adres radiowy oraz adres radiomodemu docelowego do którego mają zostać wysłane dane. W radiomodemie który wysyła dane dodatkowo do transmisji dodawana jest funkcja korekcji błędów. Docelowy modem po odebraniu danych i sprawdzeniu błędów wysyła odpowiedź do modemu źródłowego. Jeżeli transmisja przebiegła poprawnie wysyłany jest kolejny pakiet z modemu źródłowego. W przeciwnym wypadku gdy w odpowiedzi modemu jest zawarta informacja o błędzie lub modem źródłowy nie uzyska odpowiedzi do sekundy po wysłaniu, ponawia wysłanie poprzedniego pakietu. Jeżeli w dalszym ciągu radiomodem źródłowy nie uzyska odpowiedzi po pięciu próbach uzna za brak komunikacji i nie będzie ponawiać transmisji danych.

Radiomodem jako repeater - radiowy translator danych

Taki rodzaj pracy jest wykorzystywany do powiększenia zasięgu przesyłania danych.

Repeater w trybie transparentnym w którym jeden radiomodem pracuje jako repeater, odebrane dane są ponownie wysyłane (retransmitowane).

Można również zastosować „ulepszony repeater systemu transparentnego” pozwalający na zastosowanie większej ilości tego typu urządzeń w sieci bez ryzyka zapętlenie danych.

Repeater ulepszony zawiera dwa adresy, odbiera informację z jednego adresu systemu i przesyła ją na drugi adres.

1. Zakres ćwiczenia

   • Zapoznanie się z obsługą modulatora FM oraz modemu radiowego.

   • Zarejestrowanie sygnałów wejściowych modulatora.

   • Sprawdzenie poprawności działania modulatora poprzez przetestowanie transmisji radiowej do odbiornika radiowego.

   • Sprawdzenie funkcji opisanych w instrukcji obsługi modemu radiowego (np. połączenia z innym modemem, wysyłanie i odbieranie danych).

2. Przebieg ćwiczenia

   1. Radiofonia

Modulator był podłączony do karty dźwiękowej komputera. W programie generowaliśmy przebiegi rożnych sygnałów i podawaliśmy na wejście kanału lewego oraz prawego. Zmienialiśmy amplitudę oraz kształt generowanych sygnałów, a następnie obserwowaliśmy na oscyloskopie przebiegi sygnałów na wyjściu nadajnika.

Na początku zbadaliśmy za pomocą oscyloskopu sygnały wytworzone przez samą kartę dźwiękową. Sygnały sinusoidalne oraz trójkątne na wyjściu w dużej mierze przypominały kształtem te, które zadawaliśmy przez generator.

Po sprawdzeniu kształtów sygnałów dochodzących do modulatora oraz nadajnika przystąpiliśmy do transmisji dźwięku do radioodbiornika na częstotliwości 89MHz.

1. Transmisja radio modemowa

Po zapoznaniu się z instrukcja przystąpiliśmy do pracy z urządzeniem. Aby przełączyć się w tryb konfiguracji modemu należy wpisać „+++”, a następnie wpisać odpowiednie komendy konfiguracyjne. Tryb jest aktywny 60 sekund, a następnie automatycznie powraca do trybu roboczego.

W ćwiczeniu sprawdziliśmy na wstępie aktualny stan rejestrów konfiguracyjnych. Można to wykonać poprzez wpisanie w trybie konfiguracyjnym rozkazu AT&V. Radiomodem 405U zawiera 15 rejestrów z zapisanymi parametrami pracy urządzenia. Naszą pierwszą zmianą była zmiana trybu pracy urządzenia z transparentnego trybu na sterujący tryb pracy za pomocą rozkazu ATS0=3.

Kolejnym elementem który zmieniliśmy był adres systemu, a dokładniej jego wyższy bajt z 1 na 20. Do tego celu wykorzystaliśmy rozkaz ATS6=20 (w tym samym czasie sekcja obok zmieniła tak samo adres).

W celu połączenia się modemów wykorzystaliśmy rozkaz ATDx.

Dokonaliśmy także sprawdzenia jakości sygnału odbieranego przez radiomodem za pomocą rozkazu AT&T8, jak również sprawdziliśmy błędy podczas przesyłania ramek danych za pomocą rozkazu AT&TB.

1. Wyniki

   1. Radiofonia

   2. Transmisja radio modemowa

Po wpisaniu polecenia AT&V następuje wygenerowanie listy stanu rejestrów modemu.

AT&V

S0= 4 tryb pracy radiomodemu

S1= 20 czas zwłoki

S2= 43 znak sekwencji

S3= 255 maksymalna długość pakietu danych

S4 = 9 przepustowość portu szeregowego („9” – 19200 Bit/s)

S5= 0 prędkość danych radiowych („0” – 9600 Bit/s)

S6 = 2 adres systemu, wyższy bajt

S7 = 1 adres systemu, niższy bajt

S8= 2 adres jednostki (indywidualny adres radiomodemu)

S9 = 4 typ słowa danych („4”-8bajtowe słowo danych bez kontroli parzystości)

S10= 3 tryb wyświetlania („3” – aktywne echo lokalne)

S11= 60 czas wyjścia z trybu konfiguracji

S12= 70 czas wstrzymania danych po zakończeniu transmisji w ms

S13= 20 czas wstrzymania transmisji po odbiorze danych w ms

S14= 1 czas aktualnego połączenia

Auto Dial: none

OK.

Zmiana trybu pracy z transparentnego na sterowany bez kontroli błędów.

ATS0=3

OK.

Pierwsza próba połączenia z modemem innej sekcji nie powiodła się.

ADT2

RINGING

NO ANSWER

Poleceniem zmiany adresu wyższego bajtu systemu dostosowaliśmy się do sekcji obok.

ATS6=20

OK.

Poleceniem ATD2 wykonywana jest próba połączenia z urządzeniem o numerze 2.

ATD2

RINGING

CONNECT

ksksksjdjdakjdj;klsd,/,da/aaaaasks ;odebrane dane

Wyświetlanie jakości odbieranego przez radio modem sygnału.

AT&T8

RSSI Display - Press a key to exit

-107 dBm

OK .

Wpisując rozkaz AT&TB odbieramy pseudolosową ramkę danych i sprawdzamy ją pod względem błędów:

AT&TB

Test Error Extra Level TotErr TotTest

201 0 0 -43dBm 0 20kbit

Test kolejny numer ostatnio odebranej ramki

Errors liczba błędnie odebranych bitów w ostatnio odebranej ramce

Extra jakiekolwiek dodatkowe znaki na końcu ramki

Level poziom RSSI w momencie odebrania ramki

TotErr całkowita liczba błędów odebrana w czasie tego testu

TotTest całkowita liczba wysłanych bitów

1. Wnioski