14
POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI Transmisja danych laboratorium Kierunek studiów: Informatyka Rok studiów: III Numer grupy: L6 Rok akademicki: 2013/2014 Semestr: V Temat: Badanie układów modulacji i demodulacji FSK Lp. Nr indeksu Imię i nazwisko Data oddania I Data oddania II OCENA 1. 81423 Paulina Radziszewska 18.11.2013 2. 85675 Sebastian Sobek Termin zajęć: Prowadzący: dzień: Poniedziałek dr inż. Zygarlicka Małgorzata godzina: 12:50

sprawozdanie FSK

Embed Size (px)

Citation preview

POLITECHNIKA OPOLSKAWYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI

Transmisja danychlaboratorium

Kierunekstudiów: Informatyka Rok studiów: III

Numer grupy: L6

Rokakademicki: 2013/2014 Semestr: V

Temat:

Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

Lp. Nr indeksu Imię i nazwisko Data oddania I Data oddania II OCENA

1. 81423 Paulina Radziszewska18.11.2013

2. 85675 Sebastian Sobek

Termin zajęć: Prowadzący:

dzień: Poniedziałekdr inż. Zygarlicka Małgorzata

godzina: 12:50

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

1 | S t r o n a

I. Cel ćwiczenia

W ćwiczeniu zaobserwowaliśmy na sprzęcie laboratoryjnym zjawisko kluczowaniaczęstotliwości FSK oraz demodulację tego sygnału. Celem ćwiczenia było zapoznanie się zmodulacą, zrozumieniem techniki, a potem przy wykorzystaniu tego w praktyce, z pomocąsygnałów cyfrowych oraz urządzeń pokazujących przebiegi sygnałów.

II.Wstęp teoretyczny

Modulacją w technice nazywa się celowy proces zmiany parametrów faliumożliwiający przesyłanie informacji (komunikację). Modulacja jest konieczna, ponieważsygnał musi nadawać się do transmisji przez sieć telekomunikacyjną. Ograniczenia fizycznepowodują, że informacja może zostać przekłamana na skutek szumów, zniekształceń iprzesłuchów pochodzących od innych sygnałów przesyłanych w tym samym ośrodku.Modulowany komunikat po pokonaniu tych wszystkich przeszkód musi być na tyle poprawny,aby odbiorca mógł wydzielić z niego użyteczne dane.Urządzenie dokonujące modulacji to modulator.Demodulacja to proces odwrotny do modulacji. Urządzenie nazywane demodulatorem lubdetektorem odtwarza sygnał modulujący z przebiegu zmodulowanego. Jeżeli komunikacja macharakter dwustronny, to jedno urządzenie dokonuje równocześnie modulacji nadawanychsygnałów i demodulacji tych, które odbiera (modulator-demodulator w skrócie modem).

Przykładem modulacji cyfrowej jest FSK (ang. Frequency Shift Keying). Tutajczęstotliwość nośnej przyjmuje za swoje zamiennie dwie wartości, które reprezentuje się jako“1” i “0” - stany logiczne odpowiednio “jest” lub “brak”. Dzięki temu możliwa jest transmisjaciągu bitów z informacją.FSK to dokłądniej modulacja kluczowania, z przesunięciem częstotliwości dla sygnałówcyfrowych. Przy niezmiennej amplitudzie dla sygnału harmonicznego dochodzi do zmianyczęstotliwości - niższej dla “0” logicznego, czy wyższej dla “1” logicznej w informacjibinarnej. Czasem zdarza się, ze przypisanie częstotliwości sygnału wyjścia może byćodwrotne. Sygnał FSK może być generowany z wykorzystaniem jednego generatoraprzestrajalnego lub dwóch oddzielnych generatorów. Zaletą pierwszego rozwiązania jestuzyskanie ciągłości fazy w momencie zmiany częstotliwości generowanego sygnału.Możemy również wyróżnić dwa przypadki modulacji sygnałów FSK:

Odbiornik koherentny, który pracuje w stanie synchronizacji fazy z nadajnikiem. Odbiornik niekoherentny nie zapewnia synchronizacji fazy pomiędzy oscylatorem

lokalnym użytym w odbiorniku dla demodulacji, a oscylatorem wytwarzającymsinusoidalną falę niezbędna do modulacji.

Widmo koherentnego sygnału FSK ma wyraźne słupki oczekiwanych częstotliwości, dlategoprzy detekcji w łatwy sposób możemy odfiltrować inne zbędne sygnały i zakłócenia, co jestutrudnieniem przy detekcji niekoherentnego sygnału FSK.

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

2 | S t r o n a

Rys. 1 - Widmo gęstości mocy sygnału FSK z ciągłą fazą dla różnych wartości wskaźnika kluczowania

FSK ma taką przewagę nad niektórymi innymi systemami modulacji jak stałaamplituda sygnału. To oznacza, że większość szumu, jaki może się pojawić w czas transmisjiw postaci zmian amplitudy odbieranego sygnału można prosto usunąć za pomocąogranicznika amplitudy. Stałość obwiedni sygnału FSK umożliwia zastosowanieautomatycznej regulacji wzmocnienia (AGC) zapobiegającej zmianom poziomu sygnałupodczas transmisji.Sygnał FSK może być rozpatrywany jako suma dwu oddzielnych sygnałów, jednegoreprezentujące binarne “1” a drugiego binarne “0”.Obie częstotliwości nośne muszą być odpowiednio odległe od siebie, aby uniknąćzachodzenia na siebie widm obu składowych. Przez co pojawia się ograniczenie maksymalnejszybkości modulacji fali nośnej. Zastosowanie systemu FSK ogranicza się przez to domniejszych szybkości modulacji.

III. Wykaz przyrządów

Ćwiczenie zostało wykonane w sali S-409 za pomocą sprzętu przy stanowisku FSK.Płyta czołowa układu do badania modulacji i demodulacji FSK jest wyposażona w pięćniezależnych modułów. W skład zestawu laboratoryjnego wchodzą:

zasilacz stabilizowany 15V, 5V; generator funkcyjny 40Hz - 2kHz; modulator FSK; demodulator FSK; koder DTMF; dekoder DTMF; linia zakłócająca; modułodsłch.; oscyloskop dwukanałowy; czętościomierz cyfrowy;

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

3 | S t r o n a

generator przebiegu prostokąnego; zestaw laboratoryjny (kaseta).

Rys. 2 - sprzęt na stanowisku

Stanowisko laboratoryjne do badania modulacji i demodulacji FSK składa się z zespolonychwe wspólnej obudowie paneli z których każdy pełni określoną funkcję.

Rys. 2 - sprzęt na stanowisku - zbliżenie oscyloskop

Płyty czołowe paneli są wyposażone w odpowiednie wejścia i wyjścia oraz szeregpotencjometrów i przełączników umożliwiających dokładne analizowanie badanego procesu.Ponadto zdublowane wejścia i wyjścia na poszczególne moduły znajdujące się w panelachoraz przejścia na różne rodzaje gniazd wtykowych (m.in. BNC) .

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

4 | S t r o n a

Rys. 4 oraz Rys .5 - płyta czołowa z modułami - zespolone panele

IV. Schematy pomiarowe stosowanew ćwiczeniu.

Rys. 6 - Schemat połączeń układu pomiarowego dla pomiaru częstotliwości modulatora FSK

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

5 | S t r o n a

Rys. 7 - Schemat połączeń układu pomiarowego dla badania modulatora FSK

Rys.8 - Schemat połączeń układu pomiarowego dla badania układu modulatcji FSK

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

6 | S t r o n a

Rys. 9 - Schematy dostępnych na panelu konfiguracji linii zakłócającej

Pierwszy to układ to połączenie szeregowo-równoległe; z rezystorem połączonymszrergowo oraz kondensatorem równolegle. Drugi także jest układem z połączeniemszeregowo-równoległym; z kondensatorem szeregowo oraz rezystorem równolegle. Trzeci tosam kondensator na linii połączony szeregowo na linii do układu.

V. Obliczenia parametrówwyznaczonychw ćwiczeniach.

Przeliczenie częstotliwości modulatora FSK do sprawdzenia wyników z wartościamiwyświetlanymi na monitorze:

f = 1/tGdzie:f - częstotliowśćt - czastrwaniadrgań

Dlaczęstotliwości niskiej:Wynik z oscyloskopu = 16,92 kHzWyliczenia: f=1/t

f=1/60 μs = 0,01667 Hz = 16,67 kHz

Dlaczęstotliwościwysokiej:Wynik z oscyloskopu = 21,42 kHzWyliczenia: f=1/t

f=1/46 μs= 0,02174 Hz = 21,74 kHz

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

7 | S t r o n a

VI. Tablice z wynikami otrzymanymi podczas badań.

Częstotliwość niska[kHz]

Częstotliwość wysoka[kHz]

Z oscyloskopu 16,92 21,42Z obliczeń 16,67 21,74

Tabela 1: Pomiar częstotliwości modulatora FSK

Chanel1 częstotliwości[kHz]

Chanel2częstotliwości[kHz]

34,76 2,31627,37 138,520,24 75,9921,53 152,91,278 113,415,62 56,372,876 104,314 86,6617,25 246,945,72 106,58,625 64,10

17,2811110

Tabela 2: Badanie modulatora FSK

Chanel1 częstotliwości[kHz]

Chanel 2częstotliwości[kHz]

15,11 63,0564,10 189,721,57 25007,94 320,510,78 3,21718,224,3132,99108,1

Tabela3:BadanieukładumodulacjiFSK- Ischematnalinii zakłócającej

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

8 | S t r o n a

Chanel1 częstotliwości[kHz]

Chanel2częstotliwości[kHz]

17,34 133,51,576 131,729,07 135,97,189 137,48,664 134,00,188324,025,7782,201

Tabela4:BadanieukładumodulacjiFSK- IIschematnalinii zakłócającej

Chanel1 częstotliwości[kHz]

Chanel2częstotliwości[kHz]

1,333 264,87,182 231,136,66 2444,141 246,140,32 227,2340,1 223,017,34

Tabela5:BadanieukładumodulacjiFSK- IIIschematnalinii zakłócającej

Chanel1 częstotliwości[kHz]

Chanel2częstotliwości[kHz]

1,333 171,27,182 161,436,66 171,64,141 160,140,32 168,1340,1 269,917,34 170,729,07 157,424,02 158,664,10 149,3

Tabela6: BadanieukładumodulacjiFSK-bez linii zakłócającej

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

9 | S t r o n a

VII. Wykresy w oparciu o wyniki pomiarowe

Rys. 10 - wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla pomiaru częstotliwości modulatora FSK

Rys. 11- wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla pomiaru badania modulatora FSK

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

10 | S t r o n a

Rys. 12 - wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla pomiaru badania modulatora FSK

Rys. 13- wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla badania układu modulatcji FSK

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

11 | S t r o n a

Rys. 14- wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla badania układu modulatcji FSK

Rys. 15- wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla badania modulatora FSK

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

12 | S t r o n a

Rys. 16 - wykres dla schematu połączeń układu pomiarowego dla badania modulatora FSK - bez zakłócenia

VIII.Wnioski sporządzone na podstawie wykonanych badań.

Dzięki wykonaniu tego ćwiczenia laboratoryjnego najpierw teoretycznie, przygotowując siędo jego wykonania, a potem praktycznie już na zajęciach, zapoznaliśmy się ze sposobemmodulacji, demodulacji FSK, oraz transmisji zmodulowanych sygnałów. Udało się namdzięki temu zrozumieć iddę Frequency Shift Keyingu, przyjrzeć potrzebnemu do niegoukładowi, sprzętowi dzięki któremu transmisja jest możliwa, oraz przetestowaniu go.

Zauważyliśmy że zmienny jest wykres na monitorze układu pomiarowego dla pomiaru badaniamodulatora FSK. Nie były to zmiany zupełnie chaotyczne, udało nam się dostrzec pewnien wzórzachowań linii wykresu, powtarzalny w czasie. Zmiany te następowały po sobie bardzo szybko,musieliśmy nagrać film by w sprawozdaniu umieścić wykresy przebiegu.

Przebieg amplitury sygnału oraz jego częstotliwość dla badania modulatora zależne były odtego czy podłączona została do układu linia zakłócająca czy nie, oraz jakie dodatkoweczynniki tłumiące ona wprowadzała. W czasie odsłuchu porównywaliśmy dźwięk sygnałuwydobywającego się przez głośnik - porównując wszystkie trzy przypadki do układu bez liniizakłócające jak i względem siebie - dla tego samego ustawienia głośności. Stwierdzamy żesygnał zakłócenia w każdym z przypadków był inny. Zdecydowanie najlepszy inajgłośniejszy bez zakłóceń, które wpływają na gorszy odbiór. Praktycznie sprawdziliśmy żepokrywa się to z teorią móiącą o tym że zakłócenia pogarszają jakośćprzesyłanych/odbieranych danych.Dla pierwszej konfiguracji linii zakłóceń sygnał był według nas najsłabszy. Przy podłączeniutylko drugiego sygnał nieco wzrósł na swej mocy. Najgłośniejszym spośród tych z liniązakłócającą był przy podłączeniu do konfiguracji trzeciej, z samym kondensatorem. Zobserwacji, uważamy że dźwięk sygnału ( jak i pośrednio jego jakość w transmisji) zależnyjest od przyłączenia do układu bądź całkowitego braku rezystora. Gdy został przełożony i

SPRAWOZDANIELab. 9 Badanie układów modulacji i demodulacji FSK

13 | S t r o n a

podpięty równolegle lub w ogóle nie podpięty ( konfiguracja trzy), sygnał jaki słyszeliśmy byłznacznie lepszy.

IX. Literatura http://pl.wikipedia.org/wiki/Modulacja http://pl.wikipedia.org/wiki/Frequency-Shift_Keying http://rafalnowak1979.w.interia.pl/FSK.htm Instrukcja laboratorium udostępniona przez prowadzącą - dr inż. Zygarlicką Małgorzatę

X. Załącznik – Protokół z pomiarów