3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΨΗΦΙΑΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ 1

ASK Ψηφιακή διαμόρφωση πλάτους – Amplitude shift keying – Αποθήκευση πληροφορίας στο πλάτος Δυαδική ASK – On Off Modulation 2

ASK M – αδικη διαμόρφωση 3

ASK Φάσμα ASK διαμόρφωσης cos ω m t x cos ω c t = 0.5 cos (ω c – ω m )t cos (ω c + ω m )t Συμμετρία ως προς την συχνότητα του φέροντος fc. 4

ASK Μίξη συνιστωσών με φορέα – Αμφίπλευρο φάσμα Κάτω πλευρική – Ζεύγη διαφορών Άνω πλευρική – Ζεύγη Αθροισμάτων ASK διπλάσιο εύρος ζώνης από το σήμα βασικής ζώνης 5

ASK Παραγωγή σημάτων ASK – Μίξη => Γραμμική διαδικασία – Διακόπτης => Μη γραμμική διαδικασία, δεν μεταφέρεται πληροφορία πλάτους στην περιβάλλουσα => Το φέρον πολλαπλασιάζεται με την τιμή του πλάτους που αντιστοιχεί σε κάθε σύμβολο. Ανίχνευση – Ασύμφωνη ανίχνευση περιβάλλουσας: Ανορθωτής και φίλτρο εξομάλυνσης, μειωμένη ανοχή σε θόρυβο – Σύμφωνη ανίχνευση περιβάλλουσας : Μίξη εισερχόμενου με φέρον 6

Φασματική απόδοση : C/B ASK = 1 bps/Hz Ανάκτηση φέροντος στην ASK μέσω τεχνικής βρόχου κλειδωμένης φάσης – Phase locked loop (PLL) – Ένας ταλαντωτής κλειδώνει στη φάση του φορέα όταν φτάσει σήμα με «φέρον ON» και διατηρεί την ίδια φάση ακόμα και όταν δεν στέλνεται σύμβολο (φέρον OFF), με αποτέλεσμα την παραγωγή σύμφωνου σήματος αναφοράς. 7 ASK

Ανάκτηση χρονισμού συμβόλων : Κύκλωμα χρονισμού – Θεωρεί ότι βέλτιστη χρονική στιγμή για δειγματοληψία του σήματος είναι όταν το σήμα είναι μέγιστο. – Το κύκλωμα έχει δύο ανιχνευτές, έναν με χρονική αναφορά που προπορεύεται και έναν με χρονική αναφορά που καθυστερεί. – Οι έξοδοι αυτών συγκρίνονται και εξετάζεται ποια είναι μεγαλύτερη. – Το σημείο ισορροπίας είναι όταν αυτές οι δύο έξοδοι είναι ίσες, δηλαδή το βέλτιστο σημείο δειγματοληψίας βρίσκεται ακριβώς στο μέσο μεταξύ του επιταχυνόμενου και του καθυστερούμενου σήματος. 8

ASK Ρυθμός εμφάνισης εσφαλμένων bit στην ASK (Pe, Eb /No) 9

ASK-Παραδείγματα Χρησιμοποιώντας COHASK έχουμε 1 σφάλμα για bit που αποστέλλονται. Τι Eb/No θα έχουμε εάν επιθυμούμε να αλλάξουμε σε NONCASK και να κρατήσουμε σταθερό το ρυθμό σφαλμάτων; Σε ένα σύστημα ισχύει ότι Eb/No=8 dB. Ποια διαμόρφωση θα χρησιμοποιήσουμε για να έχουμε το χαμηλότερο ρυθμό σφαλμάτων; 10

ΑΣΚΗΣΗ 1 Χρησιμοποιείται η μέθοδος ASK για τη μετάδοση δεδομένων με Rd= 28.8 Kbps σε ένα κανάλι εύρους ζώνης από 300 εως 3400 Hz. Α) Πόσες καταστάσεις συμβόλων απαιτούνται; Β)Ποιος θα ήταν ο απαιτούμενος αριθμός καταστάσεων εάν η ζώνη εκτείνεται από 0 έως 3100 Hz; Γ)Ποια είναι η χωρητικότητα του καναλιού εάν S/N = 30dB; 11

ΑΣΚΗΣΗ 2 Ένα οκταδικό σύστημα διαμόρφωσης ASK εκπέμπει σε ένα κανάλι με ρυθμό 2400baud. Ποιο είναι το εύρος ζώνης που καταλαμβάνεται από το διαμορφωμένο σήμα, θεωρώντας ότι το σήμα φιλτράρεται από ιδανικό ορθογώνιο φίλτρο; Εάν χρησιμοποιηθεί RRC φίλτρο με α=0.5 ποιο θα είναι τότε το εύρος ζώνης που καταλαμβάνει; 12

FSK Ψηφιακή διαμόρφωση συχνότητας – Frequency shift keying: δεν επηρεάζεται από τις διακυμάνσεις πλάτους που εισάγει το κανάλι. Δυαδική FSK, διαμόρφωση σήματος μόνο με χρήση δύο διακριτών συχνοτήτων. 13

FSK Θεωρούμε ότι η FSK προκύπτει από δύο ASK που αθροίζονται. 14

FSK Μ- αδικη ψηφιακή διαμόρφωση συχνότητας 15

FSK Δημιουργία FSK Modulation – Διακόπτης ενεργοποίησης φορέων: παρουσία υψίσυχνων όρων - αύξηση εύρους ζώνης μετάδοσης – Ταλαντωτής ελεγχόμενος από τάση – VCO (Voltage control oscillator) : Το σήμα δεδομένων εφαρμόζεται σαν τάση ελέγχου σε ένα VCO. Έτσι παράγεται ημιτονοειδής έξοδος με συχνότητα που είναι συνάρτηση της τάσης στην είσοδο. 16

FSK Φάσμα FSK με μεταβολές φάσης 17

FSK Φάσμα FSK συνεχούς φάσης 18

Το φάσμα μιας FSK, είναι το άθροισμα του φάσματος δύο ASK που είναι κεντραρισμένες σε δύο συχνότητες f1 και f2. Ανάλογα την απόσταση των δύο συχνοτήτων, που αντιπροσωπεύουν τα δύο μεταδιδόμενα συμβόλα, προκύπτει το φάσμα και η ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη στους πλευρικούς λοβούς. 19 Φάσμα FSK

Φάσμα Sunde Το φάσμα μιας FSK με συνεχή φάση λέγεται φάσμα κατά Sunde. Η απόσταση των συχνοτήτων, που αντιπροσωπεύουν τα μεταδιδόμενα σύμβολα, επιλέγεται να είναι ίση με το ρυθμό εκπομπής συμβόλων. Το φάσμα περιέχει δύο διακριτές φασματικές γραμμές στις συχνότητες των συμβόλων. Αυτές χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές συνεχούς διαμόρφωσης ως πηγές των σημάτων αναφοράς. 20

FSK Φιλτράρισμα με Lowpass Gaussian Filter Ασύμφωνη ανίχνευση με PLL 21

FSK - PLL PLL- Phase Locked loop- Βρόχος κλειδωμένης φάσης – Ανιχνευτής φάσης – παράγει τάση εξόδου ανάλογη της διαφοράς φάσης των δύο εισόδων (σήμα εισόδου και σήμα από VCO). – Φίλτρο βρόχου – χρησιμοποιείται για να ελέγχει τη συμπεριφορά του κυκλώματος ανάδρασης – VCO - δίνει συχνότητα εξόδου ανάλογη της τάσης εισόδου 22

FSK - PLL Συγκρίνει τη φάση του σήματος εισόδου με το σήμα που παράγει το VCO. Η τάση που δημιουργείται, χρησιμοποιείται στον ανιχνευτή φάσης για να μεταβάλει τη συχνότητα και τη φάση του VCO, ώστε να ταιριάξει με αυτή της εισόδου. Το σύστημα έρχεται σε μια σταθερή κατάσταση, όταν η έξοδος του ανιχνευτή φάσης είναι μηδέν. Έτσι το VCO έχει κλειδώσει στη φάση του σήματος εισόδου. 23

FSK Ρυθμός εμφάνισης εσφαλμένων bit στην FSK 24

FSK Πλεονεκτήματα – Διαμόρφωση σταθερής περιβάλλουσας – Ανοχή στην ολίσθηση συχνότητας Μειονεκτήματα – Χαμηλή απόδοση εύρους ζώνης – Μεγάλος ρυθμός εμφάνισης εσφαλμένων bit 25

FSK Μια εταιρεία χρησιμοποιεί ασύμφωνη FSK με Eb/No= 13dB. Πόσο θα είναι το Eb/No αν κρατήσει σταθερή την πιθανότητα εσφαλμένου bit και χρησιμοποιήσει σύμφωνη FSK; Μια εταιρεία χρησιμοποιεί σύμφωνη FSK με πιθανότητα σφάλματος 3 bit για 100 που στέλνονται. Πόσο θα είναι ο νέος ρυθμός σφαλμάτων αν κρατήσουμε σταθερό το Eb/No και χρησιμοποιήσουμΕ ασύμφωνη FSK; 26

PSK Phase Shift Keying – Ψηφιακή Διαμόρφωση Φάσης Σύμφωνη PSK Διαφορική PSK 27

PSK Φάσμα, ίδιο με αυτό της ASK 28

PSK Παραγωγή κυματομορφής PSK: 29 Με διακόπτη αλλαγής προσήμου φορέα, προκαλώντας διαφορά φάσης 0 ο και 180 ο Φιλτράρισμα εισερχόμενου σήματος και έπειτα γραμμικός πολλαπλασιασμός με τον φορέα

PSK Ανάκτηση χρονισμού συμβόλων όταν γίνεται ανίχνευση μηδενικών περασμάτων 30

PSK Ρυθμός εμφάνισης εσφαλμένων bit 31

Σύγκριση Διαμορφώσεων Καλύτερη θεωρείται η PSK, σε σχέση με την ASK και FSK, γιατί χρησιμοποιεί με καλύτερο τρόπο το εύρος ζώνης, άρα καλύτερη φασματική απόδοση. 32

Άσκηση 4 Θεωρούμε ότι έχουμε μια BPSK η οποία απαιτεί εύρος ζώνης 8kHz. Βρείτε τον μέγιστο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων αν γνωρίζετε ότι χρησιμοποιείτε Root raised cosine φίλτρο με παράγοντα κλίσης α=1. 33

Σύγκριση Διαμορφώσεων (1/2) Ίδια μέση ενέργεια συμβόλων (Pe, Eb /No) 34

Σύγκριση Διαμορφώσεων (2/2) Ίδια μέγιστη ενέργεια συμβόλων (Pe, Eb /No) 35