Π.ΚΩΣΤΑΡΑΚΗΣ- Β.ΧΡΙΣΤΟΦΙΛΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ-ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ & ΕΦΑΡΜΟΓΩN ΤΟΜΕΑΣ ΙV ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ

ΕΝΟΤΗΤΑ 3 2

◦ ΥΠΕΡΕΤΕΡΟΔΥΝΟΣ ΔΕΚΤΗΣ ◦ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΠΟΛΑΒΗΣ, ΦΑΣΗΣ ◦ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ◦ ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ ΚΑΙ ΘΟΡΥΒΟΣ ◦ ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΚΑΝΑΛΙ-ΠΟΛΥΟΔΗ ΔΙΑΔΟΣΗ

 Το τμήμα ενός συστήματος εκπομπής ή λήψης το οποίο είναι σχεδιασμένο να εκπέμπει ή να λαμβάνει ηλεκτρομαγνητικά κύματα

 Ενισχύει το RF σήμα αμέσως μετά τη κεραία.  Η ενίσχυση πρέπει να είναι τέτοια ώστε να μην υπερφορτωθεί ο μίκτης και να εξασφαλίζει ταυτόχρονα καλή αναλογία σήματος προς θόρυβο ADL5611 RF amplifier

 Το RF ενισχυμένο σήμα εισέρχεται στην είσοδο του μίκτη. Το σήμα τοπικού ταλαντωτή εισέρχεται στην άλλη είσοδο. Ο τοπικός ταλαντωτής μπορεί να αποτελείται από ένα ταλαντωτή μεταβλητής συχνότητα ή ένα συνθέτη συχνοτήτων που θα επιτρέψει υψηλότερα επίπεδα σταθερότητας και της ακρίβειας ρύθμισης.

 Τα φίλτα χρησιμοποιούνται ευρύτατα στον τομέα των τηλεπικοινωνιών.  Διακρίνονται σε παθητικά, ενεργά. ◦ Παθητικά ειναι αυτά που περιλαμβανουν R,L,C ηλεκτρικά στοιχεία ◦ Ενεργά ειναι αυτα που περιλαμβάνουν και ενεργά στοιχεία π.χ ενισχυτές  Τα φίλτρα μπορούν επίσης να ταξινομηθούν βάσει των αποκρισεών τους σε 4 κατηγορίες

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ V out /V in 1 fcfc ΖΩΝΗ ΔΙΕΛΕΥΣΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΑΠΟΚΟΠΗΣ

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ V out /V in 1 fcfc ΖΩΝΗ ΔΙΕΛΕΥΣΗΣ

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ V out /V in 1 fcαfcα ΖΩΝΗ ΔΙΕΛΕΥΣΗΣ fcβfcβ

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ V out /V in 1 fcαfcα ΖΩΝΗ ΦΡΑΓΗΣ fcβfcβ

Δέκτης λαμβάνει RF σήμα με συχνότητα 1GHz. Ποια η συχνότητα LO ώστε να εχουμε IF στα 100MHz; Σχεδιάστε το δέκτη απο τη κεραία μέχρι την είσοδο του IF ενισχυτή.

 Το hardware που περιλαμβάνουν τα συστήματα επικοινωνιων: φίλτρα, μίκτες, ενισχυτές, κλπ, και οι περισσότεροι τύποι καναλιών: καλώδιο, οπτικές ίνες, αέρας κλπ εισάγουν παραμόρφωση απολαβής η οποία εξαρτάται συνήθως απο τη συχνότητα.

 Φίλτρα, δεν είναι ποτέ τέλεια «επίπεδη» στη ζώνη διέλευσης, αλλά εμφανίζουν και κάποιο βαθμό κυμάτωσης πλάτους.  Ορισμένοι τύποι φίλτρου όπως τα ελλειπτικά ή τα Chebychev έχουν πολύ υψηλή κυμάτωση πλάτους, αλλά απότομη κλίση προς τη ζώνη μετάβασης.  Το αντίθετο συμβαίνει με φίλτρα Butterworth ή Bessel  μικρότερ κυμάτωση αλλά πολύ ομαλή κλίση.

Η μη γραμμικότητα ανάμεσα στην ισχύ εισόδου και εξόδου των ενισχυτών εισάγει παραμόρφωση η οποία με τη σειρά της προκαλέσει παραμόρφωση στη μορφή του παλμού και κατά συνέπεια διασυμβολική παρεμβολή (Intersymbol interference, ISI).

Το κανάλι εισάγει παραμόρφωση στην απολαβή. Στα ενσύρματα κανάλια προκαλείται εξασθένιση στο πλάτος όσο αυξάνεται η συχνότητα λόγω της χωρητικής φύσης μεγάλου μήκους καλωδίων

 Τα φίλτρα, εκτός από τις διακυμάνσεις του πλάτους στη ζώνη διέλευσης, εισάγουν και μεταβολές φάσης.  Εάν η μετατόπιση φάσης (phase shift) στις διάφορες συχνότητες δεν είναι ίδια (μη γραμμική απόκριση φάσης) τότε θα έχουμε παραμόρφωση των παλμών δεδομένων.  Στην περίπτωση αυτή γίνεται χρήση ψηφιακών φίλτρων τα οποία έχουν τέλεια γραμμική απόκριση φάσης και τα οποία ονομάζονται φίλτρα γραμμικής φάσης (linear-phase filters). Η εξάλειψη των παραμορφώσεων απολαβής και φάσης μπορεί να επιτευχθεί σε μεγάλο βαθμό από κυκλώματα ισοσταθμιστών (equalizer circuits).

Παραμόρφωση φάσης μπορεί να προκληθεί και εξαιτίας των ενισχυτών. Οι ενισχυτές γενικά έχουν μεγάλη περιοχή γραμμικής απόκρισης φάσης ως προς την ισχύ εισόδου. Προβλήματα προκύπτουν όταν χρησιμοποιείται μεγάλο εύρος ζώνης διαμόρφωσης. Αυτή έχει ιδιαίτερη επίπτωση σε μεθόδους διαμόρφωσης που στηρίζονται στη μεταβολή της φάσης, όπως είναι η Μ-αδική PSK ή QAM

 Το ενσύρματο κανάλι, εξαιτίας του φιλτραρίσματος που προκαλεί, επιφέρει παραμόρφωση φάσης. Στις οπτικές ίνες η παραμόρφωση οφείλεται στη χρονική διασπορά που οφείλεται στις διαφορετικές διαδρομές που ακολουθούν τα διάφορα οπτικά σήματα.  Στα ασύρματα κανάλια παραμόρφωση φάσης δημιουργείται εξαιτίας των πολλαπλών διαδρομών διάδοσης (πολύοδη διάδοση – multipath propagation) λόγω της ανάκλασης σε κτίρια, δέντρα κτλ

Σε κάθε σύστημα επικοινωνίας που στηρίζεται στη διαμόρφωση ενός υψίσυχνου ημιτονικού σήματος (φορέας – carrier) κατάλληλου για μετάδοση (ασύρματα συστήματα), υπεισέρχονται σφάλματα από τις πηγές παραγωγής του σήματος αυτού, τόσο στον πομπό όσο και στο δέκτη. Οι γεννήτριες αυτές είναι αδύνατο να είναι ταυτόσημες, όσο προσεκτικά και αν κατασκευαστούν. Πάντα θα έχουν κάποια απόκλιση μεταξύ τους. Ανάλογα με τη μέθοδο διαμόρφωσης μπορεί να απαιτείται συνεχής έλεγχος και διόρθωση συχνότητας και φάσης του τοπικού ταλαντωτή στο δέκτη (σύμφωνη ανίχνευση). Σε περιπτώσεις όπου η σύμφωνη (coherent) ανίχνευση στο δέκτη είναι κρίσιμη τότε χρησιμοποιείται μια διαδικασία η οποία ονομάζεται ανάκτηση φέροντος. Στη διαδικασία αυτή γίνεται παραγωγή στο δέκτη του φέροντος από το σήμα (RF signal) που λαμβάνεται στο είσοδο του δέκτη.

 Όταν μια πηγή σήματος παρουσιάζει σχετική κίνηση ως προς δέκτη, η συχνότητα του σήματος, όπως παρατηρείται στο δέκτη έχει διαφορετική τιμή.  Ο βαθμός της μετατόπισης συχνότητας είναι μια γραμμική συνάρτηση της ταχύτητας της κίνησης και της συχνότητας φέροντος σήματος.

πηγή και δέκτης απομακρύνονται πηγή και δέκτης πλησιαζούν

 Όχημα κινείται με ταχύτητα 150Km/h προς αναμεταδότη που εκπέμπει στη συχνότητα των 100ΜHz. Βρείτε τη μετατόπιση Doppler

 Παρεμβολή (interference) έχουμε όταν γίνεται παράλληλη εκπομπή στην ίδια περιοχή συχνοτήτων με αποτέλεσμα να υποβαθμίζεται το σήμα μας λόγω μεταδιδόμενων σημάτων από άλλα συστήματα επικοινωνίας.  Ακόμη παρεμβολή μπορεί να έχουμε εξαιτίας διαφόρων μηχανημάτων, ηλεκτρικών γραμμών ισχύος, συστήματα ανάφλεξης κ.α.  Η μείωση της παρεμβολής είναι δυνατή με προσεκτική σχεδίαση των συστημάτων επικοινωνίας καθώς και με τη χρήση κατάλληλα σχεδιασμένου ζωνοπερατού φίλτρου στην είσοδο του δέκτη. Άλλη μέθοδος είναι η χρήση κατευθυντικών κεραιών, ώστε να λαμβάνονται σήματα από όσο το δυνατόν λιγότερες πηγές.

Τα ανεπιθύμητα ηλεκτρικά σήματα τα οποία υπεισέρχονται στα συστήματα επικοινωνιών χαρακτηρίζονται ως θόρυβος. Τα σήματα αυτά μπορούν να ταξινομηθούν σε:  Θόρυβο τεχνητής προέλευσης ◦ Ηλεκτρικές συσκευές, βόμβος 50Ηz ηλεκτρικού δικτύου  Θόρυβο φυσικής προέλευσης ◦ Ουράνιος θόρυβος: Κοσμική ακτινοβολία, Ηλιακή δραστηριότητα ◦ Κυκλωματικός Θόρυβος: Θερμικός και Βολής

33

k = 1.38 x 10 –23 watts/Hz/ o K o C = o K – N av = kTB k σταθερά Boltzmann T η απόλυτη θερμοκρασία σε o K, B το εύρος ζώνης Ο Θερμικός θόρυβος μπορεί να μειωθεί με ψύξη της πηγής θορύβου. Προέρχεται από τη θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων

 Παράγεται στις επαφές ημιαγωγών όταν τα ηλεκτρόνια περνούν από ένα φράγμα δυναμικού.  Η ισχύς του θορύβου βολής είναι ανάλογη του ρεύματος πόλωσης στον ημιαγωγό.  Η φύση του θορύβου βολής είναι επίσης καθαρά τυχαία

N 0 Watts/Hz  Ο λευκός θόρυβος έχει επίπεδη φασματική πυκνότητα ισχυος σε όλο το εύρος συχνοτήτων που μας ενδιαφέρει

 Ο έγχρωμος θόρυβος έχει ανομοιόμορφη φασματική κατανομή.  Pink ή Flicker ή 1/f θόρυβος  Η ισχύς του είναι ανάλογη του 1/f 1/f

 Σε αντίθεση με τα καλώδια και τις οπτικές ίνες το ασύρματο κανάλι είναι μη κυματοδηγούμενο και έτσι ο τρόπος με τον οποίο διαδίδονται τα δεδομένα από τον πομπό στο δέκτη κυριαρχεί στη απόδοση της ζεύξης

Αν η διαφορά φάσης ειναι κοντά στις 180 ο τότε έχουμε εξουδετέρωση. Αν η διαφορά φάσης ειναι κοντά στις 0 ο τότε έχουμε ενίσχυση

 Εάν είτε ο πομπός, ο δέκτης ή ανακλαστήρες κινούνται μέσα σε ένα περιβάλλον πολλαπλών διαδρομών, οι σχετικές φάσεις μεταξύ των σημάτων θα κυμαίνονται επίσης με τη θέση των χρηστών.  Το βάθος της προκύπτουσας διάλειψης του σήματος εξαρτάται από την ύπαρξη οπτικής επαφής  Κατανομή Ricean για LOS  Κατανομή Rayleigh για NLOS

 Ο τρόπος με τον οποίο τα σήματα διαδίδονται στον αέρα ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα δλδ το μήκος κύματος. Ορισμένα μικροκυματικές συχνότητες εξασθενούν σε μεγάλο βαθμό από τα σταγονίδια νερού ή μόρια οξυγόνου στην ατμόσφαιρα όταν το μέγεθος αυτών των σωματιδίων γίνεται συγκρίσιμο με το μήκος κύματος του σήματος, (60 GHz για απορρόφηση μόριο νερού).

 Σε πολύ χαμηλές συχνότητες λειτουργίας (<30 MHz), όπου το μήκος κύματος είναι πολύ μεγάλο, τα ραδιοσήματα μπορούν να μεταδοθούν σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις (στην πραγματικότητα γύρω από τη Γη) λόγω των διαφόρων στρωμάτων μέσα στην ιονόσφαιρα που ενεργούν ως κυματοδηγοί.

 Ψηφιακές Επικοινωνίες, A.Bateman  Ψηφιακά και αναλογικά συστήµατα επικοινωνίας, S.Shanmugam  ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΨΗΦΙΑΚΟΥ ΔΕΚΤΗ ΜΕ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ QPSK, ΜΔΕ, Ν.Σταύρου  ELECTRONIC WARFARE AND RADAR SYSTEMS ENGINEERING HANDBOOK, NAVAL AIR SYSTEMS COMMAND