Modulációk. Modulációk. Modulációk fajtái.

Átírás

1 Modulációk Ebben a éésben a háo alapvető odulációs eljáással isekedünk eg. A éés célja a koábban egiset jelalakoknak és egy gyakolatban egvalósított áakönek a vizsgálata. A valósághoz hasonló köülényeket odellezve a zaj hatását is figyelebe vesszük. A ééshez éőegységeket, egy zajgeneátot és egy száítógépet használunk fel. A éési jegyzőkönyvben szeepelniük kell a vizsgált jelalakoknak, a különböző jel/zaj viszonyhoz tatozó hibákat összefoglaló táblázatnak és a táblázat eedényeiből ajzolt gafikonnak. Modulációk fajtái. Egy szinuszos jelet egyételűen eghatáoz az aplitúdója, a fekvenciája, és (egy efeenciához viszonyított) fázisa. Ezek báelyikének egváltozása hodozhat hasznos infoációt. Attól függően, hogy ezek közül elyik paaéteét változtatjuk eg a jelnek, beszélhetünk aplitúdó-, fekvencia- vagy fázisodulációól. Ez a változás lehet folytonos vagy diszkét. Folytonos változása példa a űsoszóó ádiózás (AM - FM), aivel i ost ne foglalkozunk. Diszkét odulációt is sok helyen alkalaznakξ például a Coodoe és Spectu típusú száítógépeknél agnóa töténő adatögzítésko fekvenciaodulációt, űholdas távközlésben fázisodulációt, távíójelek átvitelénél aplitudó-odulációt használtak. A diszkét változás vizsgálatát is leszűkítjük a kététékű (bináis) odulációa. Ez a gyakolatban azt jelenti, hogy két éték között kapcsolgatunk, ezét ezt a ódszet angol elnevezéssel shift keyingnek (szószeinti fodításban : váltó billentyűzés) hívjuk. kinyotatva: n

2 Aplitúdó shift keying (ASK) A két állapot inél jobb egkülönböztethetősége édekében az egyik állapotban axiális, a ásikban iniális (0) aplitúdót alkalazunk. Modulálójel: Modulált jel: ába Fázis shift keying (PSK) A két állapot akko különböztethető eg a legjobban, ha egyáshoz képest 80 -os a fáziseltéés. Modulálójel: Modulált jel: Refeenciajel: 2 ába kinyotatva: n 2

3 Fekvencia shift keying (FSK) Két egyástól jól egkülönböztethető fekvenciát alkalazunk. A fekvencia-eltéés folyaatosan változó fáziskülönbségnek is felfogható. Modulálójel: Modulált jel: 3 ába A éési összeállítás eleei. A éés blokkvázlata. Mindháo odulációs eljáás éése egegyezik abban, hogy a száítógép adja a jeleket, aivel odulálunk és a száítógép dolgozza fel a kapott jelsoozatot. Egy éési ciklus eghatáozott száú bit elküldéséből és vételéből áll. Egy ciklus befejezése után a vett biteket összehasonlítja a poga az elküldöttekkel, kiétékeli az előfodult hibákat, kiíja a képenyőe az eedényt, ajd autoatikusan újaindul a következő ciklus. Dugaszolással lehet kiválasztani az éppen vizsgált eljáást. Az ASK és PSK esetén a deoduláto azonos, FSK esetén ás tipusú deodulátot kell használni. A oduláto és a deoduláto között elhelyezett áakö odellezi az átviteli csatonát. Itt keveedik a hasznos jelhez a zaj, ainek szintjét be lehet állítani. kinyotatva: n 3

4 A blokkvázlat : Zajgeneáto Moduláto Átviteli csatona Deoduláto Száítógép 4 ába kinyotatva: n 4

5 A odulátoegység. A oduláló jelet a beeneti eősítő fogadja, ai jelkondícionálást végez ajta. Az eősítő kienetén eedek fel- és lefutású négyszögjelet kapunk, ai eljut az ASK és a PSK odulátoba és a egfelelő dugó elhelyezésével az FSK odulátoba is. Az eősítő kienetén található egy aluláteesztő szűő is, ait ne használunk. A odulátoegység tatalaz egy szinuszos oszcillátot, ai a vivőt állítja elő. Van egy szinkon kienete ("sync.") az ASK és PSK detekto észée. Mivel FSK esetén a vivő fekvenciája változik, ezét ne alkalazható egyidőben indháo oduláció. A odulátoegység blokkvázlata: Adat Beeneti eôsítô Modulálójel Fázisoduláto PSK Aplitudó- ASK oduláto ] Vivô Oszcilláto, Fekvenciaoduláto FSK Szinkon 5 ába kinyotatva: n 5

6 Az ASK és PSK deoduláto. A dekódolást egy szozó áaköt tatalazó detekto végzi, ai egy efeenciajelet igényel ("sync."). Ezt a jelet nekünk kell biztosítani a odulátoból. A gyakolati egvalósí-tásoknál a vett jelből kell előállítani, eiatt ne lehet 00%-os odulációt alkalazni. A szozó áakö űködése azon alapszik, hogy a efeenciajellel azonos fekvenciájú jelet kieeli az egyéb jel közül. (Ezt az elvet alkalazzák a lockin technikában). A szozó kieneti jelének >> időe kiátlagolt étéke egy egyenszint lesz, ugyanis f a efeenciajel : U sin sin ω t a odulált jel : U t Ζ U sinξ Εω Η ωφt Η ζ U ki = U U t sin sin Η φ t Η ζdt = 0 ξε Φ γ 2 U U sin ν cos ν Ε Ε2 sin 2 Υ ν Ω Υ ν Φ Φ Ω 2 U U Ω cos ν sin ν Ε Ε Ω cos 2 Υ ν Ω 2 Υ ν Φ Φ 2 sin α U U cos ϑ U U α 2 ϑ cosα sin α Ezt a közelítést akko tehetjük eg, ha teljesül a α feltétel. Ha a odulált jel azonos fekvenciájú, int a efeenciajel (α =0), akko egy egyenfeszültséget kapunk, ainek nagysága függ a odulált jel aplitúdójától (U ) és a efeenciához viszonyított fázisától (cos ). A efeenciajelet tekinthetjük állandó aplitúdójúnak. Azonos fázis esetén axiális nagyságú (cos0 0 = ) jelet kapunk, ellenfázisú jel esetén (cos80 0 =-) azonos étékű, de ellentétes polaitású jelünk lesz. Eltéő fekvenciájú vagy zaj jellegű beeneti jele 0 feszültséget ad az áakö. A szozó kieneti jelét egy aluláteesztő szűőn vezetjük át, ez végzi az integálást. Egy hiszteézises kopaáto dönti el a szűő jele alapján, hogy 0 vagy bit ékezett. A kopaátonak van egy TTL szintű kienete is a száítógép szááa. A kopaálási szint beállítása egy kopoisszu eedénye, ugyanis ASK esetén az aplitúdó étékének a felée kellene beállítani, íg PSK esetén 0 V-os szinte. A hiszteézise a billenési bizonytalanság csökkentése édekében van szükség. kinyotatva: n 6

7 Az FSK detekto. A detektálást egy fázis-zát-huok (PLL) végzi elynek űködési elve egtalálható az "Elektonika" jegyzetben ezét itt csak öviden áttekintjük : -a feszültséggel vezéelhető oszcilláto (VCO) vezélés nélkül f 0 fekvenciát ad, -a fáziskopaáto (egy szozó-áakö) összehasonlítja a VCO jelét (f 2 ) a beeneti jellel (f ). A két jel egyáshoz viszonyított fázisától függ a fáziskopaáto kieneti négy-szögjelének kitöltési tényezője, vagyis az egyenáaú átlagétéke. -egy aluláteesztő szűő segítségével integáljuk ezt a négyszögjelet. -az így kapott egyenfeszültséggel vezéeljük a VCO-t. -ha a beeneti jel fekvenciája és fázisa egegyezik az f 0 -al, akko a szűő kieneti feszültsége = 0, egyébként a két jel fáziskülönbségével aányos előjeles éték. -egyensúlyi állapotban a VCO fekvenciája egegyezik a beeneti jel fekvenciájával és állandó étékű fáziskülönbség van közöttük. A szűő kieneti egyenfeszültsége állandó nagyságú. A PLL blokkvázlata : FSK jel f f 2 Fáziskopaáto Aluláteesztô szûô Kienet VCO Hibajel 6.ába kinyotatva: n 7

8 A odellezett átviteli csatona és a zajgeneáto. A valósághoz híven az adó és a vevő között töténik valai a jellel. Az aplitúdó csökkenését ne vesszük figyelebe, azt ugyanis egyszeű kiegyenlíteni (egnöveljük az eősítést). A zajt viszont seiképpen se tudjuk elkeülni. A odell ait használunk a következőképpen néz ki: Tiszta jel Zajos jel Zaj 7 ába A zajgeneáto sávliitált Gauss zajt podukál. Ezt egy 3 bites shift-egiszte segítségével hozzuk léte úgy, hogy axiális hosszúságú jelsoozatot kapjunk. Ez azt jelenti, hogy egy állapot csak akko fodul elő isét, ha 2 3 β állapoton átegy a endsze, vagyis lépésenként. A axiális hosszúságú jelsoozatot úgy állítjuk elő, hogy a 28. és a 3. helyétékől vett jelek XOR kapcsolatát vezetjük vissza az első helyétéke. Ebből az alsó 8 bitet használjuk fel egy digitál/analóg konvete vezéléséhez. Ahhoz, hogy sávliitált zajt kapjunk, sinx/x alakú függvénnyel súlyozottan konvetálunk. A zajgeneáto blokkvázlata: = XOR 8 bit sin x 8 bit D/A x Sávliitált GAUSS zaj 8 ába kinyotatva: n 8

9 A keetpoga. A száítógép bekapcsolásako induló poga segíti a éési feladatok elvégzését. A poga kezelése igen egyszeű: -előszö a oduláció típusát kell egadni (a későbbiekben az a betű egnyoása után egváltoztatható): : ASK 2 : PSK 3 : FSK -ezután a éési ciklusok hosszát kell eghatáozni ( b betűvel egváltoztathatjuk). A beít száot 8-al osztható száa keekíti. -végül kiválasztjuk ilyen bitintával vizsgáljunk ( c betűvel egváltoztathatjuk): : véletlenszá geneátoal előállított bitsoozattal (azonos valószínűséggel lesznek 0 és bitek), 2 : állandó 0 bitekkel, 3 : bitekkel, 4 : állandó bitekkel, 5 : 8 bites bináis alakban beadott kobinációval. -az betű leütéseko nullázódik a hibaátlag. -a v betű hatásáa egéi az éppen aktuális jel- és zajszintet (V-ban), kiszáítja a jel/zaj viszonyt (db -ben) és kijelzi az étékeket. Ezt addig isétli, aíg eg ne nyounk egy ásik billentyűt. A feszültségszinteket két A/D átalakító segítségével, az iset definíció alapján hatáozza eg: T U eff U T 0 2 dt N U 2, N ahol U a intavételi időkben felvett pillanatnyi éték, N a intavételek száa A jel/zaj viszonyt a 20 log U jel db képlet alapján száolja ki. Uzaj -a t betű leütése után folyaatosan biteket küld a poga, a hiba kiétékelése nélkül. -az s betűvel be lehet fejezni a poga futását. A poga indulásko autoatikusan bekéi ind a háo paaétet, és nullázza a hiba-átlagot. Futás közben a beállított paaéteeket láthatjuk a képenyő felső észén, sága színnel az aktuális, zöld színnel a lehetséges egyéb étéket. A képenyő alsó észén a poga folyaatosan kiíja a éési eedényeket, a kiküldött valahány bitből hány ékezett vissza helyesen és hány tévesen. A képenyő alsó észén: -a hibaaány utatja a legutóbbi éési ciklusban előfodult hibák százalékos aányát. kinyotatva: n 9

10 -a hibaátlag utatja a poga indítása (vagy az betű legutóbbi egnyoása) óta ösz-szesen kiküldött és tévesen visszakapott bitek aányát százalékban. -az utolsó 0-00 éési ciklus hibaátlaga. A poga a éési ciklus elején küld egy szinkon ipulzust, aie szinkonizálni lehet az oszcilloszkópot. Minden egyes kiküldött bit után vá egy eghatáozott ideig, utána beolvassa a detekto kienetének állapotát és összehasonlítja az elküldött bittel. Miután az összes bitet elküldte és visszaolvasta, kiétékeli az előfodult hibák száát, ajd a kapott eedényt a képenyőn egjeleníti. Ezután indul a következő ciklus. A poga indítása DOS-ból : a DN begépelésével behívja DOS Navigátot és a egjelenő enüben a éés enüponttal indítja a éést. Egyéb tudnivalók. A tápegység bekapcsolása után a éési összeállítás ne biztos, hogy űködőképes! Le kell ellenőizni, hogy beindult-e a vivőfekvenciás geneáto. A "syn" feliatú ponton eg kell jelenni egy 00 khz-es fekvenciatatoányba eső jelnek. Ennek hiányában a tápegység ki- és bekapcsolásával el kell indítani a ezgést. Az oszcilloszkóp szááa kiadott szinkonjel a BNC típusú csatlakozóval ellátott koaxiális kábelen jelenik eg. A kiadott jelsoozat a zöld színű vékony vezetéken jut el a odulátoig. A vastag, szüke színű vezetéken fogadja a száítógép a detektált jelet. Ügyeljünk aa, hogy a száítógép beenete csak TTL szintű jeleket képes feldolgozni, ennél nagyobb (pl. a kopaáto kienetén egjelenő kb. 0 V-os aplitúdójú) jel tönke teszi! +5 V-os tápfeszültséget csak a zajgeneáto használ, 2 V-ot indegyik éőegység. kinyotatva: n 0