Wpływ szumu na kluczowanie fazy (BPSK)

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wpływ szumu na kluczowanie fazy (BPSK)"

Kamil Marcinkowski
7 lat temu
Przeglądów:

1 Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki Skrypt do ćwiczenia T.9 Wpływ szumu na kluczowanie fazy ()

2 . Wpływ szumu na kluczowanie fazy () Ćwiczenie ma na celu wyjaśnienie wpływu szumów na proces kluczowania fazy () oraz porównanie odporności na zakłócenia sygnałów z ASK i FSK.. Część teoretyczna Wstęp W binarnym kluczowaniu fazy sinusoidalny przebieg o ustalonej amplitudzie i częstotliwości jest używany do reprezentowania binarnych sygnałów (0 i logicznej). Kiedy sygnał danych zmienia stan, faza sygnału nośnego zmienia się o 80. Jest to równoważne ze zmianą polaryzacji sygnału nośnego. Sygnały reprezentujące oba możliwe stany danych mają właściwie ten sam kształt i amplitudę, ale różnią się polaryzacją. Taki typ sygnałów nazywany jest sygnałem antypodalnym. Sygnały antypodalne zapewniają najlepszą z możliwych wydajność przesyłania danych w warunkach zakłóceń, ponieważ aby uzyskać daną różnicę amplitudy między dwoma stanami sygnału, wymagana jest mniejsza moc transmisji sygnału w porównaniu z innymi sygnałami. Można to wyjaśnić porównując dwa typy sygnałów NRZ, z których jeden jest antypodalny. Na rysunku. został pokazany unipolarny (jednobiegunowy) sygnał NRZ i równoważny, bipolarny (dwubiegunowy) sygnał danych NRZ. Jak można zauważyć na rysunku.a amplituda sygnału unipolarnego wynosi A lub 0 (sygnał ten nie jest antypodalny), a w przypadku równoważnego sygnału bipolarnego A/2. A A/2 0 a) Unipolarny sygnał NRZ (nie antypodalny) Próg +A/2 0 Próg -A/2 b) Bipolarny sygnał NRZ (antypodalny) Rysunek.. Porównanie unipolarnego i bipolarnego sygnału NRZ Jednobiegunowy sygnał może zostać wykryty przez porównanie go z ustalonym progiem leżącym np. w połowie jego amplitudy (A/2). W tym przypadku zakłócenia występujące w sygnale, mające chwilową amplitudę o wartości równej lub większej od A/2 mogą stać się przyczyną powstawania błędów w transmisji. Na rysunku. (b) przedstawiony jest bipolarny sygnał NRZ, którego amplitudy wynoszą: +A/2 i A/2. Jest to sygnał antypodalny. Różnica między tymi amplitudami wynosi A i jest równa amplitudzie sygnału unipolarnego. Z tego też względu wymagany poziom szumów, który może spowodować powstanie błędów w transmisji danych jest taki sam jak dla sygnału unipolarnego. Prawdopodobieństwo wystąpienia błędów w transmisji dla tego sygnału jest również takie samo jak dla sygnału unipolarnego. Sygnał antypodalny ma jednak jedną przewagę nad sygnałem unipolarnym: wymaga mniejszej mocy do transmisji. Wyliczając skuteczną wartość napięcia i mocy dla obu sygnałów mamy: unipolarny sygnał NRZ: U = A/ 2 [.] P = A 2 /(2Z) [.2] 2

3 bipolarny sygnał NRZ: U = A/2 [.3] P = A 2 /(4Z) gdzie, [.4] A amplituda sygnałów, Z impedancja, U wartość skuteczna napięcia, P moc sygnału. Z powyższych zależności wynika, że sygnał antypodalny wymaga dwa razy mniejszej mocy niż sygnał nieantypodalny, nawet jeśli sygnały te charakteryzują się takim samym prawdopodobieństwem wystąpienia błędów w trakcie transmisji. Gdyby sygnały te miały taką samą moc, większy poziom szumów byłby wymagany do powstania błędów w trakcie transmisji dla sygnałów antypodalnych, co świadczy o lepszej odporności tych sygnałów na zakłócenia. Porównanie to jest prawdziwe dla antypodalnych sygnałów i nieantypodalnych sygnałów ASK. Przy kluczowaniu amplitudy logiczna jest reprezentowana przez sinusoidalną falę nośną o ustalonej amplitudzie A, natomiast 0 logiczne jest reprezentowane przez brak transmisji fali nośnej na czas trwania danego bitu (reprezentującego 0 logiczne). Stosunkowo mała wartość mocy szumów jest wymagana do takiej zamiany amplitudy sygnału, by spowodować błąd w transmisji. Rysunek.2. Teoretyczna wydajność sygnałów ASK,FSK i w zakłóceniach 3

4 W przypadku amplituda jest stała, a zmianie ulega faza sygnału. Zmiana polaryzacji reprezentuje 0 i logiczną. Błąd transmisji występuje tylko wtedy gdy poziom szumów (chwilowa wartość amplitudy sygnału szumów) będzie w stanie zmienić chwilowo polaryzację otrzymanego sygnału. Dla transmisji wymagany jest więc większy poziom szumów, by wystąpił błąd niż dla ASK. Na rysunku.2 przedstawiono teoretyczną wydajność sygnałów ASK, FSK i w przypadku transmisji danych w obecności zakłóceń, dla średniej mocy tych sygnałów. Z rysunku widać, że sygnały są teoretycznie bardziej odporne na zakłócenia (o 3 db) niż koherentne sygnały ASK i FSK. Oznacza to, że otrzymane prawdopodobieństwo wystąpienia błędów w transmisji jest o połowę mniejsze od prawdopodobieństwa wystąpienia błędów w ASK i FSK. Modemy FSK wykorzystywane w poprzednich ćwiczeniach (4,5,6,7) są typu niekoherentnego. Różnica w stopniu odporności na zakłócenia pomiędzy koherentnymi modemami, a niekoherentnymi FSK wynosi około 4 db. Jednak modemy, ze względu na urządzenia niezbędne do demodulacji są bardziej kosztowne niż modemy innych typów. Modemy ze względu na lepsze parametry (np. mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia błędów) są szeroko stosowane w technice wojskowej i handlu..2 Część praktyczna Opis ćwiczenia Ćwiczenie polega na sprawdzeniu odporności sygnałów na zakłócenia. Na Rysunku.3 zostały pokazane elementy wykorzystywane w ćwiczeniu. Składają się na nie: - Zasilacz/Dwukanałowy Wzmacniacz Audio (ang. Power Supply/ Dual Audio Amplifier) - Dwukanałowy Funkcji ( DFG ang. Dual Function ) - Licznik Częstotliwości (ang. Frequency Counter) - Cyfrowy System Obudowy (ang. Digital System Enclosure)(2) - Sygnału go ( CG ang. Clock ) - Przypadkowego (losowego) Kodu Binarnego ( PRBSG ang. Pseudo-Random Binary Sequence ) - Synchroniczny Audio (ang. Synchronous Audio ) - Przerywacz Sygnału / (ang. Signal Interruptor/Selector) - Modulator - Demodulator - Oscyloskop - Wirtualny Interfejs Aparatury Pomiarowej (ang. Virtual Test Equipment Interface) - Filtr Dolnoprzepustowy (ang. Lowpass Audio Filter)(2) - Woltomierz RMS (ang. True RMS Woltmeter) - RF/ Zakłóceń ( NG ang. RF/Noise ) - Filtr Pomiaru Zakłóceń (Filtr NMF - ang. Noise Measurement Filters) - Miernik Poziomu Błędu Bitowego (ang. Bit Error Rate Indicator) W układzie zakłócenia generowane są przez Szumów. Pasmo zakłóceń jest ograniczane do 3kHz przez Filtr LAF. Talie ograniczenie powoduje, że szerokość pasma sygnału szumów jest w przybliżeniu taka sama jak efektywna szerokość pasma demodulatora. W takim przypadku poziom zakłóceń może być zmierzony bezpośrednio przy użyciu Woltomierza RMS. PRBSG wytwarza sygnał danych, który jest dostarczany do wejścia danych modulatora. W Filtrze Pomiaru Zakłóceń (Filtr NMF - ang. Noise Measurement Filters) zakłócenia dodawane są do sygnału danych pochodzącego z modulatora. Demodulator demoduluje zakłócony sygnał. Miernik 4

5 Poziomu Błędu Bitowego (ang. Bit Error Rate Indicator) porównuje odzyskany sygnał danych (sygnał ten jest nieznacznie opóźniony) z oryginalnym sygnałem danych i określa liczbę błędów w transmisji, które występują w określonym przedziale czasu. Demodulator działa na zasadzie wstępnej regeneracji sygnału nośnego i następnie porównuje ten sygnał z otrzymanym sygnałem. Odebrany sygnał nośny jest w fazie albo w przeciwfazie do oryginalnego sygnału nośnego ze względu na dwuznaczność. Jeśli odzyskany sygnał nośny jest w przeciw fazie do oryginalnego sygnału nośnego to zrekonstruowany sygnał danych należy odwrócić o 80. Można dokonać tego przy użyciu przycisku INVERT w demodulatorze. Podczas demodulacji Pętla Costasa synchronizuje się do jednej z dwóch faz odebranego sygnału. Nadmierna ilość zakłóceń w odebranym sygnale może spowodować chwilowe rozsynchronizowanie Pętli Costasa. W momencie kiedy Pętla Costasa jest ponownie synchronizowana, może zostać zsynchronizowana do innej fazy sygnału niż poprzednio. W takim przypadku zregenerowany sygnał nośny zmieni fazę, a sygnał danych będzie odwrócony. Niestety, w takim przypadku Miernik Poziomu Błędu Bitowego będzie interpretował cały otrzymany sygnał jako błąd, do momentu gdy sygnał danych nie zostanie ponownie odwrócony. Z tego powodu sygnały na wejściach: testowym i danych odniesienia Miernika Poziomu Błędu Bitowego będą w trakcie ćwiczenia monitorowane na oscyloskopie podczas pomiaru występowania błędów. W momencie kiedy sygnał danych testowych jest odwrócony należy przy pomocy przycisku INVERT, który znajduje się na demodulatorze dokonać inwersji tego sygnału i zignorować następny odczyt z Miernika Poziomu Błędu Bitowego. Poziom zakłóceń wymagany do rozsynchronizowania Pętli Costasa w czasie pracy jest tak wysoki, że w normalnych warunkach eksploatacyjnych problem ten nie występuje. Szumów Szumów Audio Filtr LAF Licznik Częstotliwości Audio Woltomierz RMS Sygnału go B Filtr FDP Demodulator Danych Test Miernik Poziomu Błędu Synchroniczny Audio Danych Modulator Modulatora Fazy Punkty Testowe Sygna odniesienia Dzielnika PRBS PRBSG Opóźniające Opóźniające Wejścia Przerywacz Sygnału/ 2 Oscyloskop Rysunek.3. Schemat układu do obserwowania wpływu zakłóceń na sygnał 5

Podobne dokumenty

Wpływ szumu na kluczowanie częstotliwości

Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki Skrypt do ćwiczenia T.15 Wpływ szumu na kluczowanie częstotliwości 15. Wpływ szumu na kluczowanie częstotliwości Ćwiczenie to ma na