Híradástechnika Intézet – Infokommunikációs technológiák specializáció

Az előadások a következő témára: "Híradástechnika Intézet – Infokommunikációs technológiák specializáció"— Előadás másolata:

1 Híradástechnika Intézet – Infokommunikációs technológiák specializáció
2. Dr. Wührl Tibor Híradástechnika Intézet – Infokommunikációs technológiák specializáció

2 Jelek grafikus ábrázolása

3 Ki volt Fourier? Jean Baptiste Joseph Fourier ( ) matematikus es fizikus A Hő terjedését tanulmányozta 1807-ben írt dolgozatában a hő eloszlását szinuszokkal próbálta közelíteni A dolgozat bírálói: J. L. Lagrange ( ) és P. S. Laplace ( ) A dolgozatot Lagrange kérésére visszautasították 15 évvel később, Lagrange halála után, kiadták a dolgozatot

4 A Fourier transzformáció célja
Áttranszformálni a függvényt IDŐ tartományból FREKVENCIA tartományba; Frekvencia tartományban sokszor egyszerűbb eszközökkel oldható meg egy mérnöki számítás, illetve könnyebben értelmezhető az adott feladat.

5 Fourier transzformáció fajtái
A jel típusa alapján megkülönböztetünk: I. Folytonos és periodikus: Fourier sorfejtés II. Folytonos és nem periodikus: Fourier transzformáció III. Diszkrét és periodikus: Diszkrét jel Fourier sorfejtése IV. Diszkrét és nem periodikus: Diszkrét idejű Fourier transzformáció

6 Fourier sorfejtés Periodikus, folytonos jelekre alkalmazhatjuk;
Periodikus jelek spektruma harmonikusakat tartalmaz a spektrumkép vonalas; Az alapharmonikust, amely a periodikus jel periódus idejének reciprokával megegyező frekvencia, alapfrekvenciának nevezzük Jelölése: f0 A spektrum csak az alapfrekvancia és annak egész számú többszöröseinek megfelelő frekvenciákat (felharmonikusait) tartalmazza: f0, 2f0, 3f0, …

7 Jelek spektrális felbontása
x(t) folytonos, T szerint periodikus jel , ekkor ahol Abszolút integrálható jeleknél (ha ) x(t) előállítható: ahol Az X() függvényt az x(t) jel Fourier transzformáltja.

8

9 Sávhatárolt jel x(t) sávhatárolt f1<f2 frekvenciák között, ha a spektrum összetevők az [f1 f2] és a [-f1,- f2] intervallumokon kívül zérus súlyúak.

10 Legfontosabb jelek és spektruma
Szinuszos jel:   Négyszög jel: Spektrumanalizálás- milyen harmónikus komponensek milyen amplitudóval jelennek meg

11 Legfontosabb jelek és spektruma
Fűrészjel: C(t) f Szinuszos jel kétutas egyenírányítás után: C(t) 20 0 30 f

12 Legfontosabb jelek és spektruma
Szinuszos jel egyutas egyenirányítás után C(t) 30 40 0 20 f

13 Spektrum ábra példa

14 Alapsávi jelek - Beszédjel
Fonéma: írásban egy vagy több betűvel jelzett önálló hangtani egység. kb. 40 db, információtartalma log240=5,3 bit Emberi beszéd: 3 szótag/s, 2-3 fonéma/szótag A szükséges átviteli sebesség <50 b/s. De, passzív szakaszok, nincs kihasználva a fonémák összes lehetséges kombinációja, redundancia, ezért a tényleges információtartalom 12 b/s. A fül-agy vételi képessége kb. 50 b/s.

15 Alapsávi jelek Beszéd spektrumsűrűsége
A zenei hangátvitel frekvencia igénye jóval nagyobb.

16 Adatjel Elektromos áram megléte, vagy hiánya  Morse
Morse ABC, rövid és hosszú áramjelek, különböző hosszú szünetjelek. Bináris szimbólumrendszer: Az átviteli csatorna torzító hatású. Ezért és egyéb műszaki okok miatt kedvezőbbé kell tenni: kódolás megfelelő karakterisztikájú csatorna

17 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak
A sávszélesség A sávszélesség az a frekvenciatartomány, amelyben az áramkör használható. A sávszélességet az f2-f1 különbséggel definiáljuk, ahol f1 az alsó és f2 az ún. felső határfrekvancia. Ezekben a pontokban a kimenő jel a maximális érték felére esik vissza. BW=f2-f1

18 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak
A csillapítás és erősítés Definíció szerint a csillapítás a bemenő és a kimenő jel teljesítmény hányadosa. Ha ez a hányados nagyobb, mint 1, akkor a kimeneten a jelszint kisebb mint a bemeneten. Az erősítés a csillapítás reciproka. A csillapítást és az erősítést gyakran dB-ben fejezzük ki.

19 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak
A decibel-skála Bizonyos viszonyszámokat decibelben szokás megadni. Például teljesítmény viszonyok: 𝑎 𝑑𝐵 =10∙𝑙𝑜𝑔10 𝑃 1 𝑃 2 Netmonitor , vételi szint; mobil;

20 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak

21 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak
A zaj és a jel/zaj viszonyszám Minden olyan jelet, ami nem része az információnak, a kommunikációs összeköttetésben zajnak tekintünk. Az áramkör, vagy berendezés kimenetén és bemenetén mérhető jel/zaj hányados a rendszer zajosságára jellemző. NF: noise figure Ha az NF értéke 1, azt jelenti, hogy a rendszer nem termel zajt. Ha egynél kisebb, a rendszer zajos.

22 Infokommunikációs Technológiák szakirány
Híradástechnika Infokommunikációs Technológiák szakirány Modulációk

23 Mi a moduláció? A hírközlésben a vivőhullám valamely jellemzőjének változtatását nevezik modulációnak A szinuszos jel három fő paraméterét, az amplitúdóját, a fázisát vagy a frekvenciáját módosíthatja a modulációs eljárás, azért, hogy a vivő információt hordozhasson

24 Miért van szükség modulációra?
hullámokat megfelelő hatásfokkal sugározhassuk ha minden adó ugyanazon a frekvencián sugározna, az eredmény az lenne, mintha több száz ember beszélne egyszerre, ugyanabba a teremben

25 Mi az eszköze? A berendezés, amely végrehajtja a modulációt: modulátor
A berendezés, ami a visszaállításhoz szükséges inverz műveletet hajtja végre: demodulátor A mindkét művelet végrehajtására képes eszköz (a két kifejezés összevonásából): modem

26 A moduláció fajtái Két alapvető fajtát használunk: analóg moduláció
digitális moduláció sm(t) – moduláló jel (információ) fv – vivőfrekvencia s(t) – modulált jel r(t) – modulált jel és a csatorna zaja sd(t) – demodulált jel

27 Analóg moduláció Az analóg moduláció esetén a vivőjel változása folyamatos, és a vivőjel valamilyen jellemzőjének folyamatos megváltoztatásával történik az információ(k) továbbítása Általában a modulációval szemben a következő követelményeket támasztják: egyszerűség (kis veszteség, kis szóródás), a jel elektromágneses hullámként való továbbítása multiplexálhatóság, egy adott átviteli közegen keresztül több jelfolyam is átvihető legyen egy időben a vevő oldalon könnyen kezelhető legyen A vivőjel általában nagyfrekvenciájú elektromágneses hullám

28 Amplitúdómoduláció Az elnevezés is utal arra, hogy ezeknél az eljárásoknál az amplitúdó hordozza az információt A modulált jel fAM(t) pillanatnyi amplitúdója a moduláló jel m(t) pillanatnyi értékétől függ

29 AM-DSB (kétoldalsávos amplitúdó moduláció)
Sávszélesség: fBW=2fmax Modulációs mélység:

30 AM-DSB/SC (elnyomott vivőjű kétoldalsávos a.m.)
Az adóteljesítmény csökkentése érdekében a vivőfrekvenciás komponenst kiszűrik, vagy már eleve 0 középértékű modulálót használnak. Ez teljesítmény szempontjából kedvező, azonban megnehezíti a vivő visszaállítását

31 AM-SSB/SC (elnyomott vivőjű egyoldalsávos a.m.)
Ebben az esetben a két oldalsáv egyikét a sávszélesség és az adóteljesítmény csökkentése érdekében még sugárzás előtt kiszűrik. Két változata használatos: Felső oldalsávos (Upper Sideband): Ez az oldalsáv a moduláló spektrumának pozitív frekvenciájú összetevőjének eltoltja, ezért nem fordít spektrumot. Alsó oldalsávos (Lower Sideband: Spektrumot fordít, mivel a negatív frekvenciájú félspektrum eltoltja, ami a moduláló pozitív frekvenciájú spektrumkomponensének tükörképe.

32 AM-DSB és AM-DSB/SC

33 AM-SSB/USB és AM-SSB/LSB

34 Szűrővel leválasztható!
AM jelek demodulálása A szorzó demoduláció minden AM típusra alkalmazható Szűrővel leválasztható! =0-nál

35 AM-DSB demodulálása egyszerű áramkörrel
Az R-C szűr tag időállandóját úgy kell megválasztani, hogy a vivőt kiszűrje, de a modulációs tartalmat ne torzítsa

36 AM összefoglalás Viszonylag kis sávszélességet igénylő eljárás
Zajjal szembe nem vagy csak alig mutat védettséget Lineáris torzításra érzékeny

37 Szögmodulációk Szögmoduláción olyan modulációs eljárásokat értünk, amelyeknél a szinuszos vivő fázisa hordozza az információt, amplitúdója konstans Amikor a modulált jel fázisa arányos a moduláló jellel, fázismodulációról (PM) beszélünk. Ha a modulált jel (kör)frekvenciája - a fázis idő szerinti deriváltja - arányos a moduláló jellel, frekvenciamodulációval (FM) van dolgunk.

38 Szögmodulációk A kPM és kFM modulációs konstansok határozzák meg, hogy a moduláló jel milyen mértékben változtatja meg a vivő fázisát illetve frekvenciáját

39 mf = Δfv / fm A maximális löket: BFM = ±Δf
Frekvenciamoduláció A szinuszos nagyfrekvenciás vivő pillanatnyi frekvenciája változik a moduláló jellel arányosan, annak ütemében. Miközben amplitúdója állandó marad. A moduláció frekvenciaváltozást löketnek nevezik és Δf a jele. A moduláció nagyságát a modulációs index jelöli: mf = Δfv / fm A maximális löket: BFM = ±Δf

40 Frekvenciamoduláció

41 FM jel demodulálása Olyan áramkör szükséges amelynek kimenetén a bemenetre adott jel pillanatnyi frekvenciájával arányos feszültség jelenik meg: Frekvenciadiszkriminátor Gyakorlatban: differenciáló áramkör, majd burkolódetektorral szedhető le az eredeti moduláló jel

42 FM összefoglalás Nagy sávszélességet igénylő eljárás
Zajjal szemben jelentős védettséget mutat Lineáris torzításokra, különösen a fázistorzításra érzékeny rendszer Mivel az FM nemlineáris rendszer, a lineáris torzítás hatására nemlineáris torzítási komponensek léphetnek fel a kimeneten

43 FM az autóban

44 Digitális modulációk A digitális moduláció célja a lehető legtöbb információ átvitele a legkisebb sávszélesség felhasználásával, a legkisebb hibavalószínűséggel. Ellentétben az analóg modulációs eljárásokkal, itt nem feltétel a jelek alakhű átvitele, a digitális üzenet hibaaránya minősíti az átviteli rendszert.

45 Digitális moduláció csoportosítása
A digitális információ hordozója szerint: PAM – impulzus amplitúdó moduláció PDM – impulzusidőtartam moduláció PPM – impulzushelyzet moduláció Fontos paraméter: a bithibaarány (Pb) Eb – bitidőre eső energia N0 – zaj energia

46 Dirac impulzus Minimális sávszélesség:

47 Digitális modulációs technikák
Az amplitúdóeltolás-billentyűzés (ASK, Amplitude- Shift Keying) véges számú amplitúdót használ, és nagyon hasonlít az impulzus-kód modulációhoz. A frekvenciaeltolás-billentyűzés (FSK, frequency- Shift Keying) véges számú frekvenciát használ. A fáziseltolás-billentyűzés (PSK, phase-shift keying) véges számú fázist használ.

48 Vivőfrekvenciás digitális modulációs rendszerek
ASK FSK PSK AM-DSB A moduláló jel alapsávi Impulzus formálás után