12. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "12. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego"

Bożena Milewska
7 lat temu
Przeglądów:

1 Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego Cele ćwiczenia Badanie właściwości pętli fazowej. Badanie układu Costasa do odtwarzania nośnej sygnału AM-SC. Badanie układu Costasa do odtwarzania nośnych sygnału QAM. Demodulacja synchroniczna polegająca na mnożeniu zmodulowanego sygnału przez odzyskaną nośną jest pojęciowo prosta, układowo i programowo mnożenie jest obecnie łatwo realizowalne ale istotnym problemem jest odzyskanie nośnej z sygnału zmodulowanego. Powszechnie stosuje się w tym celu układy z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego PLL (Phase-locked Loop). Pętle fazowe mogą pracować z sygnałami sinusoidalnymi lub prostokątnymi (impulsowymi). Realizacja pętli PLL na procesorze sygnałowym nie przedstawia większego problemu, podlega jednak istotnym ograniczeniom. Widmo Fouriera przetwarzanych sygnałów powinno mieścić się w paśmie podstawowym i nie przekraczać połowy częstotliwości próbkowania, co łatwo spełnić stosując sygnały sinusoidalne, a bardzo trudno stosując sygnały prostokątne. Pętla fazowa Klasyczna pętla fazowa przedstawiona na rysunku 1 składa się z detektora fazy, generatora przestrajanego napięciem VCO (Voltage Controlled Oscillator) i filtru dolnoprzepustowego.

2 95 detektor fazy cos(ωt) 0.5(sin(2ωt +Δφ) + sinδφ) 0.5sinΔφ VCO sin(ωt+δφ) sin(ωt+δφ) Rys. 1. Fazowa pętla sprzężenia zwrotnego W stanie synchronizacji Elementy układu PLL mogą być łatwo realizowalne przez procesor sygnałowy. Detektor fazy realizowany jest przez mnożenie a filtr dolnoprzepustowy jako filtr IIR pierwszego rzędu. Realizacja generatora VCO Generator VCO w pierwszej kolejności oblicza aktualną unormowaną fazę sygnału według wzoru rekurencyjnego gdzie przyrost fazy jest zależny od napięcia sterującego;. Obliczenia są wykonywane w jednym takcie zegara na liczbach stałoprzecinkowych z przedziału, przepełnienie powoduje zmniejszenie wyniku o 2, tak aby wynik mieścił się w przedziale, w rezultacie faza zmienia się okresowo z okresem równym 2. Dla aktualnej fazy obliczana jest wartość sygnału, gdzie sine jest funkcją z biblioteki TMS320C55x DSPLIB. Jeśli trzeba uzyskać dwa sygnały przesunięte w fazie np. o, to fazę drugiego sygnału można obliczyć poprzez dodanie do fazy pierwszego sygnału odpowiedniej wartości, następnie oblicza się wartości funkcji sine dla obu faz. Przesunięcie fazy już obliczonego sygnału sinusoidalnego jest o wiele bardziej skomplikowane niż modyfikacja fazy i dodatkowe obliczenie wartości funkcji sine, co zajmuje łącznie tylko 20 taktów zegara.

3 96 Doświdczenie 1. Badanie pętli fazowej program PLL. 1. Zaobserwować synchronizację pętli PLL obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO =12 khz. 2. Zaobserwować synchronizację pętli PLL dzielnika częstotliwości obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO = 6 khz. 3. Zaobserwować działanie demodulatora FSK. W sprawozdaniu: 1. Zamieścić 4 wybrane wykresy. 2. Opisać wykresy. Pętla Costasa Do odtwarzania nośnej sygnałów AM-SC stosuje się układ Costasa przedstawiony rysunku 2, blok V to filtr dolnoprzepustowy o bardzo małej częstotliwości granicznej, rzędu kilku Herców. 0.5m(t)( cos(2ωt +Δφ) + cosδφ) 0.5m(t)cosΔφ = u O(t) cos(ωt+δφ) s AM-SC(t) = = m(t)cos(ωt) VCO sin(ωt+δφ) (1/8)m 2 (t)sin2δφ V (1/8)m 2 (t)sin2δφ 0.5m(t)(sin(2ωt +Δφ) + sinδφ) 0.5m(t)sinΔφ Rys. 2. Układ Costasa do odtwarzania nośnej sygnału AM-SC W warunkach synchronizacji, gdy, i sygnał wyjściowy jest odzyskanym sygnałem modulującym.

4 97 Układ Costasa z rysunku 2 może pełnić funkcję demodulatora sygnałów AM-SC, AM i BPSK. Doświdczenie 2. Badanie demodulatora AM program AM_PLL_Costas. 1. Ustawić poziom napięcia wejściowego tak, aby było nieznacznie mniejsze od napięcia generatora VCO. 2. Zaobserwować synchronizację pętli PLL obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO =12 khz. 3. Zaobserwować działanie demodulatora QAM dla różnych typów modulacji: BPSK, AM, DSB_SC. 4. Zaobserwować działanie demodulatora BPSK dla różnych częstotliwości nośnej i różnych szybkości modulacji. W sprawozdaniu: 1. Opisać wyniki dla jednego typu modulacji. 2. Zamieścić wykresy. Układ nie nadaje się do demodulacji sygnałów z modulacją kwadraturową QPSK i QAM. Demodulacja sygnału QAM Sygnał QAM dany jest wzorem s QAM ( t) I( t)cos( t) Q( t)sin( t) ; (11.1)

5 98 gdzie: I(t) składowa symfazowa, Q(t) składowa kwadraturowa. Demodulacja synchroniczna sygnału QAM wymaga odtworzenia nośnej symfazowej i kwadraturowej. W tym celu powszechnie stosuje się układ Costasa przedstawiony rysunku 3. s QAM(t) = = I(t)cos(ωt) + Q(t)sin(ωt) 0.5I(t)( cos(2ωt +Δφ) + cosδφ) + 0.5Q(t)(sin(2ωt +Δφ) + sinδφ) 0.5I(t) cosδφ 0.5b(t) sinδφ = u O1(t) ( ) 3 cos(ωt+δφ) VCO sin(ωt+δφ) V u O1(t) u O2(t) (u 2 O1(t) u 2 O2(t)) + + ( ) 3 0.5I(t)(sin(2ωt +Δφ) + sinδφ) Q(t)( cosδφ cos(2ωt +Δφ)) 0.5Q(t) cosδφ 0.5I(t) sinδφ = u O2(t) Rys. 3. Układ Costasa do odtwarzania nośnej sygnału QAM Pomiary Układy Costasa najlepiej synchronizują się, gdy sygnał wejściowy nie jest zmodulowany m(t) = 1, I(t) = 1 i Q(t) = 1 Napięie u f sterujące generatorem VCO powinno zależeć tylko od różnicy faz między nośną a sygnałem generowanym przez VCO.

6 99 Doświdczenie 2. Badanie demodulatora QAM program mainqam_pll_costas. 1. Ustawić poziom napięcia wejściowego tak, aby było nieznacznie mniejsze od napięcia generatora VCO. 2. Zaobserwować synchronizację pętli PLL obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO =12 khz. 3. Zaobserwować działanie demodulatora QAM dla różnych typów modulacji: QPSK, QAM, 16QAM. 4. Zaobserwować działanie demodulatora QAM dla różnych częstotliwości nośnej i różnych szybkości modulacji. W sprawozdaniu: 1. Opisać wyniki dla jednego typu modulacji. 2. Zamieścić wykresy.

Podobne dokumenty

10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

102 10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego Cele ćwiczenia Badanie właściwości pętli fazowej. Badanie układu Costasa do odtwarzania nośnej sygnału AM-SC. Badanie układu Costasa