xx xx xx xxxxxx xxxxxxxxx

xx xx xx xx xx

xx xx xx xxxxx xx

xx xx xx xxxxxx xx xx

xx x x xx xx xx xx xx

xx x xxx xxxxx xxxxxx xx

2007/2008 by aikon

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.

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)

TEORIA MODULACJI

Sygnał zmodulowany - iloczyn dwóch funkcji czasu:

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
.

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

Funkcjonał modulacji (liniowy)

Równanie sygnału zmodulowanego:

Jeżeli jest spełniony warunek
to mamy do czynienia z liniową modulacją amplitudy

Głębokość modulacji:

Widmo:

W wyniku modulacji widmo funkcji modulującej zostaje przesunięte o
.

Jeśli sygnał modulujący ma ograniczone widmo, to sygnał zmodulowany zajmuje pasmo o szerokości dwukrotnie większej, tj.
.

Interpretacja wektorowa

( 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

- średnia moc sygnału modulującego

Jeśli
, to:

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:

- 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:

Sygnał zmodulowany:

W wyniku tej operacji widmo sygnału modulującego ulega przesunięciu (zachowując swój kształt) o +/-
wzdłuż osi częstotliwości.

W sygnale nie występuje fala nośna.

Interpretacja wektorowa

Jest to suma dwóch wektorów o amplitudach A/2 wirujących w przeciwnych kierunkach z prędkością kątową
.

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:

Transformata Hilberta

Analityczny funkcjonał modulacji SSB:

Jeśli fala nośna ma postać
, to sygnał zmodulowany:

Widmo sygnału zmodulowanego:

Szerokość pasma zajętego przez sygnał zmodulowany jest najmniejsza ze wszystkich modulacji amplitudy i jest w równa szerokości pasma sygnału modulującego (
).

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:

gdzie H(w) - transmitancja filtru pasmowego

Funkcjonał modulacji:

Funkcja transmitancji filtru musi spełniać warunek:

ale tylko dla
, ponieważ widmo sygnału modulującego jest ograniczone (
) dla
.

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 (
).

MODULACJA KĄTA ФM

Sygnał modulujący oddziałuje na kąt fazowy fali nośnej. Amplituda pozostaje stała.

Funkcjonał:

Faza funkcjonału jest uzależniona od sygnału modulującego

Przyjmując harmoniczną falę nośną:
otrzymujemy sygnał zmodulowany:

Przy czym::

- faza sygnały zmodulowanego

Następuje uzależnienie fazy chwilowej
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:

Chwilowa faza sygnału zmodulowanego zmienia się proporcjonalnie do chwilowej wartości sygnału modulującego. Natomiast częstotliwość sygnału zmodulowanego zmienia się proporcjonalnie do pochodnej sygnału modulującego:

2) Modulacja częstotliwości (FM - Frequency Modulation)

Chwilowa faza sygnału zmodulowanego zmienia się proporcjonalnie do całki z sygnału modulującego. Chwilowa częstotliwość zmienia się proporcjonalnie do sygnału modulującego.

Modulacja PM pojedynczym sygnałem harmonicznym

Sygnał modulujący:

Chwilowa faza i częstotliwość sygnału PM:

Przy czym:

- dewiacja fazy

- dewiacja częstotliwości

Sygnał zmodulowany 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

Drugi człon nawiasu klamrowego można zapisać w postaci:

Otrzymujemy:

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

MODULACJA FM

Sygnał modulujący:

Faza chwilowa i pulsacja chwilowa sygnału zmodulowanego FM:

Dewiacja częstotliwości:

(ustalona)

Dewiacja fazy:

(zależy od częstotliwości sygnału modulującego)

Sygnał zmodulowany 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)

- przy modulacji FM (stosunek dewiacji częstotliwości do częstotliwości czyli

Stąd ogólny wzór na sygnał zmodulowany kątowo (FM lub PM):

Szerokość pasma FM

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

- moc przebiegu zmodulowanego kątowo jest taka sama jak moc niezmodulowanej fali nośnej.

Rodzaj modulacji	Sygnał zmodulowany	Widmo sygnału zmodulowanego	Funkcjonał	Modulator	Demodulator
AM				- z elementami kluczującymi - ze elementami nieliniowymi	- prostownikowy (lin.) - kwadratowy (niel.) - obwiedni - synchroniczny
DSB-SC				Tłumiące falę nośną!!! - kluczowane - z elementami nieliniowymi	Po uprzednim dodaniu fali nośnej!!! - synchroniczny (koherentny) - kwadratowy (liniowy)
SSB				- metoda filtracji (filtry LC, kwarcowe, mechaniczne, ceramiczne) - metoda fazowa - zmodyfikowana met. fazowa	Po uprzednim dodaniu fali nośnej!!! - synchroniczny - liniowy (kwadratowy)
VSB	---			- metoda filtracji	- detektor liniowy
PM		---		---	---
FM		---		- generacja pośrednia - generacja bezpośrednia	- dyskryminacja fazy - dyskryminacja częstotliwości

11

11

---