HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

69
HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3 Frigyes István 2006-07/II.

description

HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3. Frigyes István 2006-07/II. 3.Digitális jelek átvitele analóg csatornán: torzításmentes átvitel, lineáris torzítás-diszperzió hatása. Bevezető megjegyzések. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Page 1: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes István

2006-07/II.

Page 2: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

3.Digitális jelek átvitele analóg csatornán: torzításmentes átvitel, lineáris torzítás-diszperzió hatása

Page 3: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 3

Bevezető megjegyzések

• Eddig egyedülálló jelek átvitelét vizsgáltuk. A valóságban, persze, mindig jelsorozatokat visznek át. Akkor egy újabb minőségrontó hatás léphet fel: a szomszédos jelek interferálhatnak egymással, (ISI: intersymbol interference, jelátlapolódás) ami megnövelheti a hibavalószínűséget

Page 4: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 4

Bevezető megjegyzések

• Lineáris csatornát fogunk vizsgálni: mi az ISI-mentes átvitel feltétele – az ilyen átviteli függvényű rendszert/szűrőt tekintjük torzításmentesnek. Ugyancsak megvizsgáljuk, hogy mi a hatása, ha a szűrő nem ilyen – torzít.

Page 5: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 5

Vizsgálat

• 1. Bináris alapsávi átvitel – Dirac-delta alakú jelek

• 2. Bináris alapsávi átvitel – általános jelalakok• 3.M-állapotú alapsávi (PAM)• 4 RF átvitel, ASK• 5.QAM-PSK• 6. Zaj figyelembevétele – adószűrő-vevőszűrő• 7. Zaj és lineáris torzítás együtt

Page 6: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 6

ISI-mentes átvitel: a vizsgálandó modell

• Egyelőre nem foglalkozunk a zajjal, az eredő átviteli csatornát vizsgáljuk.

• 1. Első lépésben ezt a modellt nézzük:

IMPULZUSGENE-RÁTOR

LINEÁRIS ÁTVITELI

CSATORNAFORRÁS NYELŐDÖNTŐ

Időzítés

M=2; T b(t)=δ(t) C(ω)c(t)z(t)

y(t)

Láttuk: C(ω) legalább 3 szűrő eredője: adószűrő, frekvenciaszelektív csatorna, vevőszűrő

Page 7: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 7

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t)

• Az eddigiektől eltérően: a forrás T- időnként egy új üzenetet ad ki. Így

• A szomszédos bitek nem zavarják egymást, ha a döntés pillanatában csak az aktuális bit válasza nem 0 (Nyquist-feltétel); a 0-indexűt véve

k kkk

kkk

kTtcatckTtaty

akTtatz

1;

kktk kTtca

;00

0

Page 8: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 8

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t)

t

ttc

0

0sin

Legegyszerűbb: id. aluláteresztő:C(ω)

ω0

1

De az ak-sorozat bármilyen lehet;így ez azonosságminden k-ra: c(-kT)=0, ha k0

Milyen C(ω)?

Page 9: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 9

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t)

kktk kTtca

;00

0

lTkTk

Tk

k

0

00

0 0sin

Nyquist:

Hz

TTk

l

Tk

l

2

1 ;1:legkisebb a ; rad/sec

00

Page 10: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 10

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t); kétségek

• 3 probléma:

• 1. nem kauzális – nem baj: késleltetés

• 2. szakadásos átv. függv.: approximálható; de

• 3. jitter: ha kT+ε

• Itt már az ISI, persze, 0de, nem is korlátos

kT+ε

Page 11: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 11

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t); kétségek

k

Ta

kTa

kT

kTkTa

kT

kTa

k

k

k

k

kk

1sin1

sincoscossinsin

0

0

0

0000

0

0

k

kk

k k k

a

TkT

kTa

1sinÍgy

0

0

amely számsor – az ú.n. harmonikus sor - divergens

Page 12: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 12

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t); kétségek

• Megoldás: lekerekítés. • Kimutatható (mindjárt látjuk): ha

az ideális Nyquist-szűrőt szimmetrikusan kerekítik le,

• a 0-helyek ott maradnak,de a sor tagjai k magasabb hatványa szerint csökkennek;az ilyen már konvergens

• Vagyis: a lekerekített szűrő (kicsit)szélesebb sávot foglal el, de az ISI – időzítési hibánál – legalább korlátos.

C(ω)

ω0

1

½=-6 dB

C(ω)

ω0

1

Page 13: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 13

ISI-mentes átvitel: 1. a Nyquist feltétel b(t)=δ(t)- általános eset

TfTfC

mTm 1

;)(

Vagyis az f= 1/T-vel eltolt spektrumok összege konstans

Feltétel (a Nyquist-féle kritérium),általánosan:

Page 14: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 14

A Nyquist-kritérium bizonyítása

deCtc tj)(2

1)(

deCkTc kTj)(2

1)(

m

T

T

kTj

m

Tm

Tm

kTj deT

mCdeCkTc

2/2

2/2

2/)12(2

2/)12(2

2

2

1)(

2

1)(

Felbontva 2/T széles frekvenciasávokra:

T

T

kTjT

T

kTj

m

deDdeT

mC

/

/

/

/

)(2

12

2

1

Page 15: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 15

A Nyquist-kritérium bizonyítása (2)

T

T

kTjk kTTcdeD

Td

/

/

)()(2

0, 00 kdTd

k

kTjkedD 2)(

véges tartományban érdekel, 2/T széles; előállítható Fourier-sorral :

m T

mCD

2ˆ)(

Mivel volt a követelmény:0)0( kc1)0( kc

const)( TD

Page 16: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 16

Koszinuszos lekerekítésű szűrő

-1 -0.5 0 0.5 1

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

normalizált frekvencia, T/t

C(f

)

=0.1=0.35=0.5=0.75=1

Emelt

Emelt

Page 17: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 17

Emelt koszinuszos lekerekítésű szűrő

20 40 60 80 100 120 140 160-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

=0=0.5=1

Page 18: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 18

Koszinuszos lekerekítés

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time

Am

plitu

de

Eye Diagram

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Time

Am

plitu

de

Eye Diagram

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time

Am

plitu

de

Eye Diagram

Page 19: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 19

JELGENE-RÁTOR

LINEÁRIS ÁTVITELI

CSATORNAFORRÁS NYELŐDÖNTŐ

Időzítés

M=2; T y(t)b(t) C’(ω)

c’(t)z(t)

δ(t)

IMPULZUSGENE-RÁTOR

b(t)

B(ω)

C(ω)

ISI-mentes átvitel: 2. a Nyquist feltétel, általános alapsávi b(t)

Modell:

Igy: C’(ω)=C(ω)/B(ω)

Page 20: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 20

ISI-mentes átvitel: 2. a Nyquist feltétel általános alapsávi b(t)

ωC(ω) ω0

1 'C

'CC(ω)

ω0

1

2

2sin

T

TB

tb

CT

TC

2sin

2'

t

Pl: „ablakfüggv” (NRZ)

Page 21: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 21

ISI-mentes átvitel: 3. a Nyquist feltétel, általános alapsávi b(t);PAM, M>2

• Ha M>2, de a jeleknek csak az amplitúdója különbözik: persze ugyanaz a szűrő jó, mert az ISI-mentesség feltétele, hogy c(kT)=0.

• (Persze: érzékenyebb az időzítési hibánál fellépő ISIre.)

Page 22: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 22

ISI-mentes átvitel: 4. a Nyquist feltétel RF átvitelnél: ASK

• Tudjuk: AM-nél az amplitudó lineárisan függ a moduláló jeltől.

• Ha az ISI nélküli digitális jel,(vagyis Nyquist-aluláteresztőn ment át), az AM jelben sem lesz ISI.

• Vagyis: tekintsük ezt a szűrőt ekvivalens aluláteresztőnek; az ilyen sávátersztő is Nyquist

c

c

tqtx

ttatx

sin

vagycos

ω=0ω= ωc

Page 23: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 23

ISI-mentes átvitel: 5. a Nyquist feltétel RF átvitelnél: QAM és PSK

• QAM-nél azonos kvadratúra (sin vagy cos) külön-külön ugyanilyen.

• De a két kvadratúra között sincs interf., mert aluláteresztőt transzformáltunk sávszűrővé – így az hivatalból konjugált szimmetrikus

• A PSK egy fajtája a QAMnek, csak a két kvadr. nem független egymástól – így ugyanolyan

• FSK jóval bonyolultabb – de azzal nem foglalkozunk

Page 24: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 24

6. Jelsorozatok, zajban: C(ω), C’(ω) megosztása adó és vevő között

ABS

eSC

eSHtTsthTj

Tj

:Továbbá

' :Így

:Tudjuk2

JELGENE-RÁTOR

FORRÁS NYELŐDÖNTŐA(ω) H(ω)+

n(t)

b(t)

C(ω)= B(ω). A(ω). H(ω)

C’(ω)= A(ω). H(ω)s(t)

BA

C

C;CH

ésfázisú lineáris:

:is Végül

Page 25: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 25

7. Ha nem Nyquist: zaj és lineáris torzítás együttes hatása

• Kisebb zaj okoz hibás döntést

• Az utána következő és az előző bitekben is

• Kauzalitás?τ

Page 26: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 26

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM)

ZÓNASZŰRŐ

DÖNTŐ+LOG.

H(ω)+

n(t)JEL

GENE-RÁTOR

FORRÁS A(ω)(×T(ω))

b(t) a(t) h(t)

×

×ZÓNA

SZŰRŐ

cos ωctsin ωct

z(t) y1(t)r’(t)

r(t)=y(t)+n(t)

Modell:

A feltüntetett jelek: komplex burkolók(hullám nélkül)

;

sincos

kkk

kck

kckv

kTtbjqatz

tkTtbqtkTtbatz

Page 27: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 27

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM)

kkk

kk

Tkkk

kkk

kkk

jIRjqaty

thtakTtbjqaty

T

thtakTtbjqathtyty

takTtbjqatatzty

0

1

1

:ban-0 :Döntés

;

kTtk

kTtk

thtatbI

thtatbR

Imˆ

Reˆ

R-2 R-1 R0 R1

I-2 I-1 I0 I1

Page 28: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 28

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM)

• Itt most 3-féle jel van

• a hasznos jel: s=a0R0+jq0R0

• ISI:(Σ’: a k=0 tagot kihagyjuk)

• zaj: N (Gauss-zaj, E(N)=0, σ2)

• Így:

kkk

kk jIRjqag

'

Ngsjrrtr IR 0

Page 29: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 29

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM)

dHN

NN

N

IaRqjIqRa

g

kkk

kkk

kkk

kkk

2022

2

1

2;,0;

:serészletezé

''

:serészletezé

És mégegyszer: Ngsjrrtr IR 0

Mindegyiknek van R és I összetevője

Page 30: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 30

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM): hibavalószínűség

• Helyesen döntünk: ha r az si tartományában van

• De: zaj ortogonális összetevői függetlenek

• (Majdnem) független ai és qi.

• Ígysi

r

gN

D

CECICRC

iIiICIiRiRCR

PPPPP

DsrPDsrP

1;

2:;2:

Page 31: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 31

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM): hibavalószínűség

• r feltételesen gaussi; így

• Segít a karakterisztikus függvény

RRgiRRCRiRCR

R

D

2

iRRRiRRCR

dggps,gPsP

drsgr

2

1exp

2

1s,gP

R

i

↓?

Page 32: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 32

Közbevetőleg: val.vált. karakterisztikus függvénye

• Valószínűségi változó: x

• Karakterisztikus függvény:

• Ez x függvényének várható értéke, így

• Vagyis: ha ismerjük a kar.fv.-t:

juxx uU eE

xpdxxpuU xxjux

x Fe

uUxp xx1F

Page 33: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 33

Közbevetőleg: val.vált. karakterisztikus függvénye

• Ha x véletlenül független val. vált.-ok összege:

n

iixx

1

n

ix

n

i

jux

n

i

juxn

ii

jxux

uU

xjuuU

i

i

i

11

11

Ee

eEexpEeE

Page 34: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 34

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása (QAM): hibavalószínűség

• Független val. vált. összege:

• Nálunk:

• Ezek (nagyjából) függetlenek – tekintsük úgy• (Miért csak nagyjából?)

uUeeeuUxxix

i

ijux

i

ixjujuxxi EEE;

kkkkR IqRag ' Pl.

Page 35: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 35

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása pl. 16QAM

• De akkor:

• és így a Π k-adik tényezője, általában:

• Rk-t, Ik-t ismerjük, ak-ra, qk-ra átlagolhatunk

1,3

1, kk qa

kIkjuqkRkjuak eeuU EE

kk

kjuRkjuRkjuRkjuRkRkjua

uRuR

eeeee

cos3cos2

14

1E 33

Page 36: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 36

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása pl. 16QAM

dueuUuUgp

uIuIuRuRuU

uRjggRgRRRg

kkk

kkk

gR

2

1

és

cos3cos2

1cos3cos

2

1'

1F

dudgdrjuguU

sgrsP

RRRRg

iDiRRR

N

iCR

exp

2

1exp

2

1

2

1

végülÉs

2

2

Page 37: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 37

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása – QAM

• Az utóbbi (szép) formulában a gc-szerinti integrál zárt alakban is elvégezhető: g csak a kitevőben van, így az kiegészíthető teljes négyzetté és integrálható (-, határok között). Így legvégül

• ami egy szép formula, de numerikusan integrálni kellene. Numerikusan nem nagyon előnyös, vannak jobb módszerek is, de azok nem ilyen szépek. (Longitudinális transzverzális)

dudruUsrju

sP RRg

iDiRR

N

iCR

2

2

2exp

2

1

Page 38: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 38

7. Zaj és lineáris torzítás együttes hatása

• A zajjal persze nem tudunk mit csinálni – a torzítást szeretnénk elkerülni

• A szűrőket tudjuk (megpróbálhatjuk) jóra csinálni (A(ω) és H(ω)), de a közeg (esetleges) torzítását nem.

• Csatornakiegyenlítés

• EDDIG

Page 39: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

4. Analóg jelek átvitele – analóg modulációs eljárások

Page 40: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 40

Analóg jelek

• Analógnak nevezett jel olyan s(t) időfüggvényt-folyamatot reprezentál, amely bizonyos specifikáción belül tetszőleges lehet. Ilyen specifikációs adat lehet a jel tartója vagy Fourier-transzformáltjának tartója, teljesítménye, dinamika-tartománya vagy hasonlók.

Page 41: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 41

Kétoldalsávos el-nem-nyomott vivőjű AM (AM-DSB-NSC)

• Az amplitúdó a modulált jel lineáris függvénye:

• (lineáris moduláció, mert…; (történetesen inhomogén lineáris))

• Ennek a Fourier-transzformáltja:

• Az analitikus jelé:

01

1~cos12

ths

tshtxttshAtx c

F 1 hs t hS

cc hSAX 2

Page 42: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 42

Kétoldalsávos el-nem-nyomott vivőjű AM (AM-DSB-NSC)

• Amiből a modulált jel

• Van: vivőfrekvenciás vonalalatta-fölötte egy-egy oldalsáv

• (Ilyet már láttunk:

)

X A h S h Sc c c c 2

2. .

(kétszeresen pazarló)

S(ω)

x(ω)=F[s(t)cosωct]

Page 43: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 43

Kétoldalsávos elnyomott vivőjű AM (AM-DSB-SC)

• Ez ilyen:

• (Tk. Ilyet láttunk QAMnél, PSKnál)

• Analitikus jelének Fou-trszf.-ja:

x t A s t tc 2 . cos

cASX 2

Page 44: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 44

Egyoldalsávos elnyomott vivőjű AM (AM-SSB-SC)

• Minthogy az átviendő információt egy oldalsáv is teljes egészében tartalmazza, indokolt, a frekvencia-takarékosság érdekében, nem elfoglalni a másodikat.

• Az eddigiek ismeretében ilyen egy-oldalsávos AM-hez jutunk, ha a vivőt nem a moduláló jellel, hanem annak analitikus jelével moduláljuk

• (so(t)-nek nincs negativ frekvenciájú összetevője, így x(t)-nek csak az egyik oldalsávja lesz meg.)

x t A s t js t tc 2 . cos

Page 45: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 45

Egyoldalsávos elnyomott vivőjű AM (AM-SSB-SC)

• Mi is ez?:• Persze, az így előállított moduláló jel nem valós,

így nem létezik. De az AM jel:• analitikus: szorozva ejωct-vel• modulált jel:

• De hogy csináljuk a H[x]-et? Szűrő vagy (frekifüggetlen) 90o-os fázistoló (Hilbert szűrő) (áramkörrel nem triviális megcsinálni)

tsjtsAts ˆ.2

ttsttsetsjtstx cctj c sinˆcosˆRe

Page 46: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 46

AM demodulálsa – AM-DSB-NSC

• Burkolódetektor kimenő jele: a komplex burkoló absz. értéke.

• De tudjuk: a burkoló valós; és

01 tsh

Page 47: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 47

AM demodulálsa – AM-DSB-SC

• A burkoló absz. értéke most nem jó: koherens referenciajellel kell szorozni

• Ha a referencia fázisa δ-val eltér: meg van szorozva cosδ val (pl cos[(Δω)t] vel). Koherensnek kell lenni! (nem könnyű –ellentétben a digitálissal)

ttARhstRttAhsts cccd 2cos1cos2cos2

kiszűrhető

ttARhspltARhs

tRttAhstslp

ccd

cos:.;cos

cos2cos2

Page 48: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 48

AM demodulálsa – AM-SSB-SC

• Ehhez is kell referencia (szorozni a vivővel)

• Ha most nem egészen koherens:

• Ennek az absz négyzete (telj.) nincs eltorzítva:; (beszédhez jó)

tsARhtttsttsARh

tRttsttsAhts

lpccc

lpcccd

cossinˆcos

cos2sinˆcos2

2

signsinsigncos

áltjatranszform-Fourier aaminek

sinˆcos

j

lpd

lpd

eAhRSSjSAhRS

tstsAhRts

eredeti az 2S

Page 49: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 49

Szögmoduláció

• Emlékeztető:

• Szögmodulációnál d(t) = 1 és θ elvileg tetszőlegesen, a gyakorlatban lineáris módon függ az s(t) moduláló jeltől. Gyakorlati alkalmazásban háromféle (t) függvény fordul elő:

• Fázismoduláció:

tttAdtx c cos2

t hs t x t A t hs tc 2 2 2; cos

Page 50: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 50

Szögmoduláció• Frekvenciamoduláció (FM):

• FM preemfázissal:

t

dttsFt 2

dttstpFtA

txdttstpFt

t

c

t

..2cos2

;..2

Általában: P(ω) kiemeli a nagyfrekvenciákat

Célszerű normalizálás:

1E 2 ts

Page 51: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 51

Szögmoduláció; spektrális tulajdonságok – példák

• Láttuk: x(t) nemlineáris függvénye s(t)-nek

• Spektrum: bonyolult meghatározni

Példa: i. Frekvenciamoduláció egyetlen szinusszal: s(t)=cos mt;

Periódikus jel – Fourier-sor (t) = F/fm.sin mt

mcmcn m

n nnf

FAX

J8

xy sincos

Page 52: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 52

Szögmoduláció; spektrális tulajdonságok – példák

• ii. Keskenysávú FM tetszőleges jellel• Ha a frekvencialöket a moduláló spektrum

felső határfrekvenciájához képet kicsi, a moduláció lineárisnak tűnik: a két oldalsáv alakja megegyezik (t)-ével.

• iii. Szélessávú FM véletlenszerű jellel• Elég érdekes eredmény: a spektrális

sűrűségnek két oldalsávja van, melyek alakja megegyezik a moduláló jel valószínűségi sűrűségével.

Page 53: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 53

Szögmodulált jel előállítása

• Legplauzibilisebb: VCO

VCO

s(t))

x(t))FM:

x(t))VCO

s(t))

PM:

d/dt

tekinteni

x(t))

VCO

s(t))

FM+preemfázis:

p(t)

Page 54: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 54

Szögmodulált jel előállítása

• „Indirekt” (vagy Armstrong) módszer:

• Így: kis-löketű PM

ttAhtAtxh

thtA

thtAthtAtx

cc

c

cc

sin2cos2 :kicsi ha

sinsin2

coscos2cos2)(

OSZC.π/2

×× ×+x(t)s(t)

Page 55: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 55

Szögmodulált jel előállítása

• Kis löketű FM(indirekt):

• Akármilyen löketű FM:

OSZC.π/2

×× ×+x(t)s(t)

t

dt

OSZC.π/2

×× ×+x(t)s(t)

t

dt FREKV.SOKSZ (n).

FREKV.SOKSZ.(m)

KEVERŐ

Page 56: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 56

FM demodulálása

• Elv lehet: átalakítani AMmé majd AM dem.

• 1. félrehangolt rezgőkör:

• 2. jobb: két félrehangolt rezgőkör különbsége (frekv. diszkriminátor):

f

s

Page 57: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 57

FM demodulálása

• Persze: ez a vett jel amplitúdójával (zajával) arányos lesz: így legyen attól független. U.n. „frekv. detektor”:

SÁVÁT.LIMITER

FREKV.DISZKR.

LIMITERSÁV

SZŰRŐ

Ideális limiter: amplitúdó konstansfázis: változatlan

x(t)) txjeconstty ~

tdt

dtz x2

1~

Page 58: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 58

FM (vagy PM) demodulálása

• Eltérő alapelv: PLL:

VCO

frequ

phase

Megjegyzés: a PLL ideális limiter

Page 59: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 59

Szögmoduláció; az elfoglalt frekvenciasáv

• Közelítő (u.n. Carson) formula:

max2 fFB

Page 60: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 60

Zaj hatása

• Pl. FM:

• Tulajdonképpen: becslési feladat: ismeretlen függvény becslése zajban, csak a fv. nemlin. függvényét ismerjük.

• De: két okból egyszerűsíthető: a S/N jó mértéke a minőségnek

• és: túl bonyolult

• Ezért: csak jel/zaj viszonnyal foglalkozunk.

tndttsFtAtx c 2cos2

Page 61: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 61

×H(ω)+

n(t)cos ωct

x(t)) ALULÁTs(t))

Zaj hatása – AM-DSB-SC

• A vizsgált (egyszerű) modell

• Az (ideális) szűrők a moduláló jelet nem befolyásolják.

• Tudjuk: a referenciajellel való szorzás a (komplex) burkolót állítja elő.

×

Page 62: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 62

Zaj hatása – AM-DSB-SC

• Láttuk: a modulált jel• (s(t) sztoh foly

mintafüggvénye)• Ennek teljesítménye• A zajteljesítmény és S/N:• A demodulátor jele:

• A teljesítmény az RF telj. fele – de ugyanígy a zaj is. Így

x t A s t tc 2 . cos

ttARhstRttAhsts cccd 2cos1cos2cos2

dSAS s2

12

BN

N 22

0BN

S

N

S

RF 0

RFd N

S

N

S

Page 63: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 63

Zaj hatása – AM-SSB-SC

• Ugyanilyen megfontolás alapján: a S/N ugyanannyi

• (AM-DSB-NSC: bonyolultabb: a detektor (egyenirányító) nemlineáris

Page 64: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 64

Zaj hatása – FM, kis zaj

tntxq

tntxa

a

q

a

q

SjS

nx

nx

nx

nx

nx

nx

z

~~Im

~~Re

arctan

22

Az korábbiaknak megfelelően:

Egyszerűsítések: i. eltekintünk x modulációs tartalmától ii. feltesszük, hogy n << x.Akkor

SÁVÁT.LIMITER

FREKV.DISZKR.

n(t))

+x(t))

z(t))

ALULÁT(Ba)

24

12

1

1

0222

022

N

AS

N

AS

AS

A

q

aA

q

z

n

n

n

n

Page 65: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 65

Zaj hatása – FM, kis zaj

• Zajteljesítmény a kimeneten:

• Jelteljesítmény (a normalizálás miatt nem kell részletezni): ΔF2

• Így a jel/zaj viszony:

3322

1

2

1 2

20

3

20

2

2

202

aaaaB

aB

B

A

BNB

A

Nd

N

AN

2

,

3

aaBRF B

F

N

S

N

S

Page 66: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 66

Megjegyzés.

• A demod utáni aluláteresztő szűrő sávszélessége általában a moduláló alapsávi jel legfelső frekvenciája

Page 67: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 67

Zaj hatása – FM, kis jel, csak kvalitativ

ΔΦΔΦ >2π

f

Φ

0

FM küszöb

kb 10 dB (S/N)RF

S/N

f

Φ

0

π

Page 68: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 68

Zaj hatása – FM, kis jel, küszöb csökkentés: PLL

• Nagy jel/zajnál: fr. detektor és PLL minősége (kb) egyforma

• De kicsinél – fr. detektor: • RF sávszélesség: 2(ΔF+Ba) (Carson)• itt kell >10dB S/N• Kicsi – PLL :• a küszöb itt is kb. 10 dB• de a PLL követi a modulált frek-t• zaj-sávszélessége kb Ba – vagyis az RF

S/Nkb.10×lg 2(1+ΔF/Ba) dB-lel nagyobb

Page 69: HÍRKÖZLÉSELMÉLET/3

Frigyes: Hírkelm 69

Preemfázis

• Említettük: FM+preemf (elő-kiemelés):

• mivel a zaj nagyobb frekvencián nagy, 0 körül 0: a mod. előtt a nagyfrekit kiemeljük – a demod után elnyomjuk; ezzel elnyomódik a nagyobb zaj is, a ≈0 kicsit kiemelődik

dttstpFtAtx

dttstpFt

t

c

t

..2cos2

;..2