MODULATION AND MULTIPLEXING TECHNIQUES(1) Each earth station will in general, be transmitting and receiving many messages simultaneously to and from a satellite. The messages may be 'phone calls, ratio and TV signals and/or computer signals. They are transmitted by modulating a carrier signal in some way : - AM,FM, PM (analogue), ASK, FSK, PSK etc (digital). 3-en-de.gif

MODULATION AND MULTIPLEXING TECHNIQUES(2) In a multicarrier system the different messages are combined for transmission by multiplexing. The converse process of demultiplexing is carried out at the receiver. The multiplexing techniques used are : Frequency Division Multiplexing (FDM)

i)Frequency Division Multiplexing (FDM) each message is placed in a different frequency range by modulating a different carrier frequency. All the messages are combined for transmission. Each satellite link will have a certain bandwidth. The bandwidth may be divided into sub-bands with different sub-bands assigned to each station. The figure below shows a set of satellite transponders for (A) a C band, and (B) a Ku band system.

Schematic diagram of two satellite transponders. The top one is a C-Band system and the one on the bottom is a Ku-Band system. HPA = High power amplifier; DC = Downconverter; U/C = Upconverter C band 6/4GHz transponder Up Link Down Link

In the C band the uplink is at the higher frequency, so D/λ is greater for the (common) receive/transmit antenna –it will have a higher gain the input filter [1 ]is a fairly wideband -pass‘roofing’ filter to allow all the uplink frequencies in, but eliminating out-of-band noise LNA [2 ]– low noise amplifier D/C [3]– down converter to 4GHz (the down-link frequency) for signal processing error correction,amplification, signal channelling etc. frequency demultiplexing [4 ]– divides input signal into subbands to reduce non-linear distortion during amplification. Each sub-frequency band is processed by a single transponder. equalizers [5 ]– correct for phase differences between the different frequency components of a signal which are introduced by filters, demultiplexers etc HPAs [6 ]– high power amplifiers – to increase power levels before re- transmission on the down-link. Non-linear performance in the HPAs can intoduce harmonics, intermodulation distortion etc band-pass filters [7] at various points remove out-of-band products from the HPAs etc and reduce the background noise, but they cannot remove in-band 3

In the Ku (14/11GHz) system has many of the same elements, but the down-link frequency(11GHz) is too high for the elements in each transponder, so the input is mixed down from 14GHz to1GHz for demultiplexing and equalisation, then mixed up to 11GHz for power amplification, frequency MUX and re-transmission

Διαμορφώση Επεξεργασία σήματος βασικής ζώνης (πριν τη διαμόρφωση και μετά την αποδιαμόρφωση) για τη βελτίωση της ποιότητας της ζεύξης Αριθμός διαύλων επικοινωνίας που υποστηρίζονται από το φέρον Είδος διαμόρφωσης. Συνήθως FM λόγω σταθερού πλάτους και καλύτερης συμπεριφοράς στις µη γραμμικότητες του δορυφορικού διαύλου. Αν µας ενδιαφέρει το μικρό εύρος ζώνης επιλέγεται η SSB-AM.

Επεξεργασία Σήματος Βασικής Ζώνης Για την τηλεφωνία Φωνητική Ενεργοποίηση Προέμφαση και Αποέμφαση (κέρδος 3-5dB σε λόγο σήματος προς θόρυβο) Συμπίεση και Αποσυμπίεση (Companding) Για την τηλεόραση Προέμφαση και Αποέμφαση

Προέμφαση – Αποέμφαση (FM) Τηλεφωνία κέρδος 4-5dB σε λόγο σήματος προς θόρυβο Τηλεόραση κέρδος 3dB σε λόγο σήματος προς θόρυβο Υψιπερατό φίλτρο

Συμπίεση&Αποσυμπίεση (Companding) Επιτυγχάνεται βελτίωση του λόγου S/N στην έξοδο του αποδιαμορφωτή αν ελαττώσουμε τη δυναμική περιοχή του σήματος πριν τη διαμόρφωση (συμπίεση) και εκτελέσουμε την αντίστροφη διαδικασία μετά την αποδιαμόρφωση. Η βελτίωση στο λόγο S/N είναι της τάξης των 15dB. Η συμπίεση ελαττώνει στο ήμισυ τη δυναμική περιοχή του σήματος

Συμπίεση & Αποσυμπίεση (Companding) Μείωση του θορύβου λόγω αποσυμπίεσης Η αρχή της συμπίεσης του σήματος

Φωνητική Ενεργοποίηση Ενεργοποίηση του φέροντος μόνον όταν ο συνδρομητής μιλά. Ο συντελεστής ενεργητικότητας στην ομιλία είναι συνήθως 0.25 Οι παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη είναι Κατώφλι ενεργοποίησης (-30 ως -40dBm0) Χρόνος ενεργοποίησης φέροντος (6 ως 10 msec) Χρόνος απενεργοποίησης φέροντος (150 ως 200 msec)

Πολυπλεξία FDM

Πολυπλεξίας τηλεφωνίας FDM

Τα τηλεφωνικά κανάλια του πολυπλεγμένου σήματος είναι ασυσχέτιστα. Όταν n>240 το πολυπλεγμένο σήμα θεωρείται λευκός θόρυβος με κατανομή Gauss. Η μέση ισχύς Sm είναι το γινόμενο του n με τη μέση ισχύ ανά κανάλι (Pm=-5dBm0).

ΘεωρίαFM Στη διαμόρφωση FM “κερδίζουμε” σε Λόγο S/N (αύξηση του λόγου S/N στην έξοδο του αποδιαμορφωτή σε σχέση με το λόγο C/N στην είσοδό του). Στη διαμόρφωση FM “χάνουμε” σε εύρος ζώνης και κατά συνέπεια σε φασματική απόδοση. Προκύπτει δηλαδή αντιστάθμιση εύρους ζώνης – ισχύος στη διαμόρφωση FM. Η διαμόρφωση FM χρησιμοποιείται ευρέως στις δορυφορικές επικοινωνίες, όπου η ζεύξη είναι περιορισμένη ως προς την ισχύ και όχι ως προς το εύρος ζώνης.

ΘεωρίαFM Στη διαμόρφωση FM η στιγμιαία συχνότητα fi(t) μεταβάλλεται γραμμικά με ένα σήμα βασικής ζώνης m(t), καλούμενο σήμα πληροφορίας. Θεωρούμε ότι το m(t) είναι μια κυματομορφή τάσης: όπου kf είναι η ευαισθησία συχνότητας του διαμορφωτή σε Hz/Volt. Ολοκληρώνοντας ως προς το χρόνο και πολλαπλασιάζοντας με 2π

ΘεωρίαFM

Η ποσότητα ∆f καλείται απόκλιση συχνότητας και αναπαριστά τη μέγιστη απόκλιση της στιγμιαίας συχνότητας του FM σήματος από τη συχνότητα του φέροντος Η απόκλιση συχνότητας είναι ανάλογη του πλάτους του σήματος διαμόρφωσης και όχι της συχνότητας.

ΘεωρίαFM Ο Δείκτης Διαμόρφωσης αναπαριστά τη μέγιστη απόκλιση της γωνίας θi(t) από τη γωνία (2πfct) του αδιαμόρφωτου φέροντος Ανάλογα με την τιμή του β μπορούμε να διακρίνουμε δύο είδη FM διαμόρφωσης, την στενής ζώνης (β 0.5)

ΘεωρίαFM Απαιτήσεις Φάσματος Το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος στην πράξη περιορίζεται πριν τη μετάδοση. Το απαιτούμενο εύρος ζώνης δίνεται από τον κανόνα του Carson : Η ενέργεια που βρίσκεται εκτός του εύρους Β είναι μικρή και η παραμόρφωση που εισάγεται είναι μικρή. Για σήμα πληροφορίας με μέγιστη συχνότητα fmax ο κανόνας του Carson ισχύει

Θόρυβος Ο θόρυβος στην έξοδο του αποδιαμορφωτή δίνεται από τη σχέση: Όταν περιοριστεί το εύρος ζώνης σε Β σύμφωνα με το τύπο του Carson: Όταν το β είναι μεγάλο:

S/N για μετάδοση SPSC/FM (Single Channel Per Carrier) Όπου: ΔFr η rms απόκλιση συχνότητας Fmax=3400Hz p συντελεστής προέμφασης (6.3dB) και συμπίεσης (15dB) w ψωφομετρικός συντελεστής (2.5dB)

Απαιτήσεις για εύρος ζώνης SPSC/FM Όπου ΔF p η μέγιστη απόκλιση συχνότητας Όπου L ο παράγοντας φορτίου και g ένας συντελεστής που εξαρτάται από τα όρια του ψαλιδισμού. Συνήθως g=12.6dB

Απαιτήσεις για εύρος ζώνης SPSC/FM Η ισχύς του ομιλούντα είναι: -12.9dBm μέση ισχύς σήματος 5.8dB Τυπική απόκλιση Συντελεστής ενεργότητας Χωρίς συμπίεση Με συμπίεση Για τ=1 έχω: