COMUNICAŢII CU MODULAŢIE LINIARĂ

COMUNICAŢII CU MODULAŢIE LINIARĂ

2 COMUNICAŢII CU MODULAŢIE LINIARĂ

- continuare -

1


2.6 Procedeul heterodinării într-un lanţ de comunicaţie

Pentru inceput, să ne amintim că un lanţ de comunicaţie conţine două componente esenţiale: emiţătorul şi receptorul, între care se află mediul de propagare sau canalul de comunicaţie.

Fig. 2.1

2.6.1 Emiţătorul

La începuturile comunicaţiei radio, se folosea procedeul modulării directe care consta în modularea purtătoarei de radiofrecvenţă cu semnalul informaţional, ceea ce permitea utilizarea unor circuite simple în detrimentul calităţii comunicaţiei.

Astăzi se realizează întâi modularea unui semnal de frecvenţă diferită de purtătoarea reală, şi apoi cu acest semnal modulat se face o nouă translaţie la frecvenţa purtătoare corespănzând canalului ce va fi utilizat sau benzii de emisie folosite.

In Fig. 2.2 este prezentată schema bloc a unui emiţător format din următoarele etaje: oscilatorul local care produce un semnal a cărui frecvenţă este controlată de

obicei cu un circuit PLL. Acesta este semnalul peste care se va transpune informaţia în procesul de modulare

modulatorul care schimbă spectrul frecvenţei furnizate de oscilatorul local conform cu tipul de modulaţie folosit şi cu tipul de semnal informaţional. Semnalul de la ieşirea modulatorului este aşa numitul semnal de frecvenţă intermediară (semnalul IF). Frecvenţa acestuia este mereu aceeaşi, nu depinde de frecvenţa canalului radio care va fi utilizat pentru transmisie (radiofrecvenţă RF), deci filtrul nu are nevoie de recalibrare. Acest lucru permite optimizarea modulaţiei şi a circuitelor de filtrare.

filtrul IF curăţă semnalul util de orice produse de intermodulaţie sau zgomot. Cum frecvenţa intermediară este mereu aceeaşi, filtrul nu are nevoie de reglaje sau calibrări, şi poate fi realizat cu componente obişnuite.

convertorul de frecvenţă are sarcina de a transla frecvenţa de la frecvenţa intermediară IF la radiofrecvenţa RF.

filtrul RF, numit şi filtru de ieşire, curăţă semnalul util de produsele de intermodulaţie care apar în procesul de translaţie de frecvenţă. Dacă frecvenţa canalului radio pe care se emite se schimbă, filtrul RF trebuie recalibrat.

Procesul de translatare a frecvenţei IF pe frecvenţa radio poartă numele de heterodinare sau superheterodinare.

Fig. 2.2

2

Emiţătorul ReceptorulCanalul de comunicaţieinfo infoLT LT

ModulatorinfoFiltrulFI &

Amplifi-cator FI

Convertorfrecvenţă

FiltrulRF &

Amplifi-cator RF

Oscilatorlocal

FI RF

Ieşire RF


2.6.2 Receptorul

În trecut, când se folosea procedeul modulaţiei directe, receptoarele extrăgeau semnalul informaţional direct din purtătoarea de RF. Astăzi extragerea informaţiei din purtătoare, proces numit demodulare, se face în mod diferit: întâi se face translarea semnalului recepţionat pe un anumit canal din RF în IF şi apoi se face demodularea propriu-zisă. Procedeul asigură un mod simplu de asigurare a controlului şi calitate superioară pentru semnalul extras, dar presupune o complexitate mai mare a circuitelor.

În Fig. 2.3 este prezentată schema bloc a unui receptor superheterodină. Modul de lucru este următorul:

filtrul şi amplificatorul de RF elimină canalele pe care nu dorim să le recepţionăm şi amplifică semnalul util. În acest fel, pentru recepţia unui alt canal trebuie schimbată caracteristica filtrului de intrare. Tipic, aceasta se face automat, fără intervenţia operatorului uman, prin intermediul circuitelor de control

convertorul de frecvenţă translatează frecvenţa din RF – frecvenţa canalului recepţionat – în IF.

filtrul şi amplificatorul IF curăţă semnalul util de orice produse de intermodulaţie sau zgomot şi îl amplifică. Frecvenţa acestuia este mereu aceeaşi, nu depinde de frecvenţa canalului radio recepţionat (radiofrecvenţa RF), deci filtrul nu are nevoie de recalibrare.

Demodulatorul trebuie să extragă semnalul info conţinut în semnalul IF. Spectrul de frecvenţe al semnalului IF depinde de tipul de modulaţie folosit. Pentru că semnalul IF este acelaşi indiferent de canalul recepţionat, se poate face uşor optimizarea procesului de demodulare şi a circuitelor de filtrare.

Fig. 2.3

Oscilatorul local poate opera pe frecvenţa

Equation 2-1

unde fi este mai mic decât frecvenţa fc a oricărui canal radio.Dacă notăm r(t) semnalul recepţionat

sRF(t) semnalul la ieşirea ARFsIF(t) semnalul la ieşirea CFsr(t) semnalul la ieşirea AFI

Equation 2-2

Prin acord se selectează numai un anumit canal de rang i:

Equation 2-3

3

Intrare RF Filtru RF &amplificator

Filtru IF &amplificator

X DemodRF IF info

Oscilatorlocal

acord

Convertor de frecvenţă


2.7 Demodularea (detecţia) liniară

2.7.1 Principiile demodulării semnalelor cu ML

Pentru început, vom considera semnalul modulat ca fiind neafectat de zgomot şi având expresia generală

Equation 2-4

unde gc(t) şi gq(t) se numesc funcţii caracteristice. Pornind de la această expresie generalizată, cele 4 tipuri de modulaţie prezentate în cadrul acestui capitol se pot scrie prin particularizare, după cum urmează:

1. MA: gc(t) = A[1+mam(t)] gq(t) = 02. BLD: gc(t) = Am(t) gq(t) = 03. BLU: gc(t) = Am(t) gq(t) = Am(t)4. QAM: gc(t) = Am1(t) gq(t) = Am2(t)

Pentru semnalul MA, având expresia mai sus amintită, în care ma este indicele de modulaţie subunitar, extragerea informaţei poate fi făcută cu un circuit capabil să urmărească anvelopa semnalului. Un asemenea circuit este cunoscut sub denumirea de detector de anvelopă.

Acesta este cazul cel mai simplu. Pentru celelalte semnale ML, folosirea directă a unui detector de anvelopă nu permite extragerea semnalului informaţional, deoarece anvelopa lor nu reproduce exact legea de variaţie a acestuia. În aceste cazuri este necesară prezenţa unui semnal sinusoidal având frecvenţa şi faza egale cu cele ale purtătoarei de la emisie, semnal numit purtătoare regenerată (recuperată, refăcută). Dar producerea unui astfel de semnal este mai dificilă, de aceea vom considera cazul general când semnalul produs are erori de fază 0 şi/sau abateri de frecvenţă faţă de purtătoarea de la emisie. Cu aceste remarci, semnalul regenerat local poate fi scris sub forma

Equation 2-5

Există trei situaţii posibile:1. semnal local sincron şi fără eroare de fază (caz ideal): = 0 0 = 02. semnal local sincron dar care are eroare de fază: = 0 0 03. semnal local asincron: 0 0 = 0

4


2.7.2 Tehnici de demodulare a semnalelor ML

Ţinând cont de parametrii semnalului local, sunt trei procedee de demodulare:a) demodulare asincronă (necoerentă)b) demodulare sincronă (coerentă)c) demodulare pseudosincronă

a) Demodularea asincronă Se aplică numai semnalelor ML care conservă purtătoarea, altfel spus, numai pentru MA.

Constă dintr-un detector liniar de anvelopă (DLA) realizat cu redresor mono sau bialternanţă şi un filtru trece-jos (FTJ) a cărui bandă coincide cu banda semnalului informaţional .

Fig. 2.4

Forma semnalelor redresate:

(diagramele de la curs)

Fig. 2.5

Pentru semnalul MA, având expresia

Equation 2-6

unde indicele de modulaţie ma este subunitar, extragerea informaţei poate fi făcută cu un circuit capabil să urmărească anvelopa

Equation 2-7

Un asemenea circuit este cunoscut sub denumirea de detector de anvelopă. Acesta produce la ieşire un semnal proporţional cu anvelopa semnalului modulat (semnalului recepţionat)

Equation 2-8

unde d este randamentul detecţiei. Eliminând componenta continuă, care nu poartă informaţie, printr-un condensator de cuplaj, va rezulta la ieşire un semnal

Equation 2-9

proporţional cu semnalul informaţional.

5

DLARedr. mono

sMA(t)FTJ

sredr(t) y(t)


b) Demodularea sincronă Este utilizabilă pentru demodularea oricăror semnale ML. Se bazează pe utilizarea unui

demodulator cu operator de produs cu schema prezentată în Fig. 2.6, cu observaţia că trebuie realizată sincronizarea între semnalul recepţionat şi semnalul dat de oscilatorul local.

Fig. 2.6 Detecţia cu operator de produs

Equation 2-10

Vom analiza ce semnal apare la ieşirea acestui gen de detector pentru cazul în care semnalul prezent la intrare este BLD.

BLD

Equation 2-11

După filtrare rămâne componenta de joasă frecvenţă:

Equation 2-12

Dacă sunt îndeplinite condiţiile de sincronism

Equation 2-13

semnalul la ieşirea FTJ va fi proporţional cu semnalul info m(t):

Equation 2-14

6

XsML(t)

FTJ

Oscilatorlocal

sp(t)

c0(t)

y(t)


Presupunând că la intrare se aplică un semnal ML-BLD, îndeplinirea condiţiilor impuse în Equation 2-13, va avea ca rezultat obţinerea la ieşirea filtrului FTJ a unui semnal y(t) proporţional cu semnalul info (vezi Equation 2-14).

Să vedem ce efect au eventualele nesincronizări de frecvenţă şi/sau fază asupra semnalului furnizat la ieşire:

Nesincronizarea frecvenţei

Equation 2-15

Equation 2-16

Relaţia pune în evidenţă existenţa unei modulaţii de tip BLD a semnalului info de la ieşire. Ţinând cont că spectrul unui semnal BLD are expesia dată de Error: Reference source notfound, se poate scrie spectrul acestui semnal ca fiind

Equation 2-17

În funcţie de semnul şi valoarea abaterii de frecvenţă, se pot face următoarele remarci:

Dacă

Equation 2-18

atunci spectrul semnalului demodulat este deplasat spre frecvenţe înalte (vezi Fig. 2.7). În cazul transmisiei unui mesaj vocal, pentru valori rezonabile ale abaterii de frecvenţă, deplasarea componentelor către frecvenţe înalte se manifestă printr-o tonalitate mai ridicată (dispar frecvenţele joase), păstrându-se totuşi inteligibilitatea.

Fig. 2.7

7

f

|YBLD(f)|

f-fm f f+fm

caracteristica FTJ


Dacă

Equation 2-19

atunci spectrul semnalului demodulat este deplasat spre frecvenţe joase (vezi ) ceea ce se manifestă printr-o tonalitate mai joasă (dispar frecvenţele înalte) a mesajului vocal şi menţinerea inteligibilităţii.

Fig. 2.8

Dacă

Equation 2-20

atunci are loc efectul de „întoarcere a spectrului” semnalului demodulat (frecvenţele înalte sunt redate ca joase şi cele joase ca înalte), ceea ce alterează semnificativ mesajul transmis (vezi Fig. 2.9).

Fig. 2.9

Sincronism de frecvenţă şi eroare de fază

Equation 2-21

Particularizând Equation 2-12, se obţine

Equation 2-22

Dacă s-ar menţine constant, efectul asupra semnalului demodulat s-ar manifesta numai printr-o atenuare a nivelului acestuia. Dar la anumite condiţii meteo, defazajul canalului se modifică, provocând atenuări fluctuante ale semnalului recepţionat şi poate merge până la dispariţia din timp în timp a semnalului. Fenomenul poartă numele de „fading” (ofilire).

8

f-fm f f+fm

f

|SP(f)|

maA/2

f

|YBLD(f)|

f-fm f f+fm

maA/2

caracteristica FTJ

caracteristica FTJ


Presupunând că la intrare se aplică un semnal ML-MA, semnalul y(t) la ieşirea filtrului FTJ va fi:

Equation 2-23

Şi în acest caz sincronismul de frecvenţă este obligatoriu, putând fi acceptate doar deviaţii de frecvenţă mai mici decât cea mai mică frecvenţă a semnalului info. Existenţa unui defazaj are aceleaşi consecinţe ca în cazul BLD, putând provoca atenuări fluctuante ale mesajului şi posibila apariţie a fading-ului.

Dacă la intrare se aplică un semnal ML-BLU, semnalul y(t) la ieşirea filtrului FTJ va fi:

Equation 2-24

Doar sincronismul total duce la un semnal reconstituit corect:

Equation 2-25

În caz contrar, erorile se traduc prin distorsiuni de quadratură. Nu se poate accepta 0, pentru că distorsiunile de quadratură s-ar traduce printr-un semnal de tip BLU raportat la :

Equation 2-26

Dacă semnalul modulator m(t) este semnal audio, în anumite condiţii, poate fi acceptată. Pentru justificarea acestei afirmaţii, să urmărim ce se întâmplă dacă

Equation 2-27

Equation 2-28

Dacă raportul m este constant pentru toate componentele semnalului audio, efectul va fi apariţia unei întârzieri de semnal (întârziere de grup) care nu deranjează urechea.

În cazul transmisiunilor de date sau imagini, prezenţa acestei întârzieri determină o modificare a fronturilor şi palierului impulsurilor, ceea ce poate afecta semnificativ calitatea mesajului.

9


c) Demodularea pseudosincronă Pentru a putea aplica detecţia de anvelopă şi la demodularea semnalelor ML care nu

conservă purtătoarea (BLD şi BLU), s-a pus la punct un procedeu de demodulare care în locul oscilatorului local din schema detectorului sincron (Fig. 2.6) conţine un sintetizor de frecvenţă.

Fig. 2.10

Deoarece sintetizorul de frecvenţă produce un semnal de frecvenţă 0 sensibil egală cu cea intermediară i, se poate scrie

Equation 2-29

Să vedem efectul erorii de fază, eroare care se menţine şi în acest caz.BLD: Semnalul de la ieşirea circuitului sumator are o structură similară celui MA

Equation 2-30

Equation 2-31

fadingBLU:

Equation 2-32

distorsiuni de quadratură

10

sML(t)

DLA

Sintetizor de frecvenţă

s(t)

c0(t)

y(t)


2.8 Procedee de refacere a purtătoarei

În sistemele moderne de comunicaţie demodularea semnalelor ML se face folosind detectorul cu operator de produs. Principala problemă care trebuie rezolvată constă în generarea semnalului local având aceeaşi frecvenţă şi aceeaşi fază cu a semnalului purtător. De remacat că semnalul refăcut poate fi sinusoidal sau dreptunghiular, demodularea fiind corectă în ambele cazuri.

2.8.1 Refacerea purtătoarei pentru semnale MA

În acest caz este situaţia cea mai uşoară, pentru că semnalul recepţionat conţine o informaţie importantă despre purtătoare: frecvenţa acesteia. Există două metode simple de a extrage această informaţie:

a) cu circuit de limitareb) cu circuit tip PLL

a) refacerea purtătoarei cu circuit de limitare

Fig. 2.11

În primul etaj se face o limitare foarte puternică, necesară pentru eliminarea completă a variaţiilor de amplitudine funcţie de semnalul info.

Metoda se foloseşte în radioreceptoarele MA cu CI tip TDA 1046 şi în receptoarele TV cu CI tip TDA 440.

b) refacerea purtătoarei cu circuit tip PLL

Fig. 2.12

Comparatorul de fază determină eroarea de fază existentă între semnalul recepţionat şi semnalul generat de oscilatorul controlat în tensiune (OCT). Semnalul proporţional cu eroarea de fază este filtrat de filtrul trece-jos (FTJ) şi aplicat pe intrarea de control a OCT-ului. În acest fel, după timpul necesar pentru calare, cele două semnale ajung să aibă aceeşi frecvenţă şi o anumită diferenţă de fază, dependentă de tipul comparatorului.

11

s

sMA(t) Circuit de limitare FTB

crec(t) y(t)X FTJ

fc=f0

OCT

FTJ

crec(t)

y(t)X FTJ

sMA(t)

Comparator de fază

PLL


2.8.2 Refacerea purtătoarei pentru semnale ML-BLD

În cazul semnalelor BLD, componenta medie a semnalului modulator este nulă şi metodele mai sus expuse de extragere a purtătoarei nu sunt aplicabile. Pentru aceasta se folosesc alte metode de refacere a purtătoarei, dintre care vom prezenta doar două:

a) refacerea purtătoarei prin recuperarea armonicii a douab) refacerea purtătoarei cu buclă Costas

a) refacerea purtătoarei prin recuperarea armonicii a doua

Fig. 2.13

b) refacerea purtătoarei cu buclă CostasSchema bloc este cea din Fig. 2.14. Semnalul prezent la intrare are o expresie de forma:

Equation 2-33

Funcţionarea se poate urmări scriind expresiile semnalelor la ieşirile diferitelor etaje:

Equation 2-34

După FTJ1, rămâne doar componenta de joasă frecvenţă

Equation 2-35

La ieşirea celui de-al doilea operator de produs se obţine:

Equation 2-36

12

sBLD(t) Circuit neliniar

Ku2FTB

crec(t)Divizor de frecv.

1:2FTB

fc=2f0Circuit

de limitare

fc=f0

X1 FTJ 1

X3

X2 FTJ 2 Derivator

OSC

/2

sBLD(t)

OC

cos (1t+)

sin (1t+)

v

v1(t)

v2(t) v2D(t)

v1F(t)

v2F(t)

X4

FTJ 3

FTJ 4

v3(t)

v v4(t)


Fig. 2.14

Equation 2-37

Al treilea operator de produs multiplică cele două semnale de la ieşirile filtrelor

Equation 2-38

Cum pentru valori mici ale lui x se poate face aproximaţia sin x x,

Equation 2-39

Deci după FTJ3, se obţine un semnal de eroare, v(t), proporţional cu defazajul dintre semnalul purtător refăcut şi cel recepţionat.

Semnalul la ieşirea derivatorului va avea expresia:

Equation 2-40

Iar semnalul la ieşirea celui de-al patrulea operator de produs este:

13


Equation 2-41

Observaţie: Filtrele notate FTJ2, FTJ3 şi FTJ4 au frecvenţa de tăiere mai mică decât frecvenţa minimă a semnalului m(t), ceea ce simplifică expresiile analitice ale semnalelor de la ieşirea acestora, după cum urmează:

Equation 2-42

Equation 2-43

Equation 2-44

14

Documents

COMUNICAŢII CU MODULAŢIE LINIARĂ