10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Podobne dokumenty
12. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Filtry cyfrowe procesory sygnałowe

Modulacja i kodowanie - labolatorium. Modulacje cyfrowe. Kluczowane częstotliwości (FSK)

UKŁADY Z PĘTLĄ SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (wkładki DA171A i DA171B) 1. OPIS TECHNICZNY UKŁADÓW BADANYCH

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Pętla fazowa


Demodulowanie sygnału AM demodulator obwiedni

Przebieg sygnału w czasie Y(fL

Synteza częstotliwości z pętlą PLL

Układy elektroniczne II. Modulatory i detektory

Detekcja synchroniczna i PLL

Laboratorium Analogowych Układów Elektronicznych Laboratorium 6

Rozwinięcie funkcji modulującej m(t) w szereg potęgowy: B PM 2f m

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

8. Realizacja projektowanie i pomiary filtrów IIR

WZMACNIACZ OPERACYJNY

MODULACJE ANALOGOWE. Funkcja modulująca zależna od sygnału modulującego: m(t) = m(t) e

Ćwiczenie nr 11. Projektowanie sekcji bikwadratowej filtrów aktywnych

SYMULACJA KOMPUTEROWA SYSTEMÓW

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Laboratorium układów elektronicznych Ćwiczenie 7: Pętla synchronizacji fazowej PLL

MODULACJA. Definicje podstawowe, cel i przyczyny stosowania modulacji, rodzaje modulacji. dr inż. Janusz Dudczyk

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Instytut Radioelektroniki Zakład Radiokomunikacji. Badanie układów syntezy częstotliwości PLL i DDS

Lekcja 20. Temat: Detektory.

Wpływ szumu na kluczowanie fazy (BPSK)

Modulatory i detektory. Modulacja. Modulacja i detekcja

Analiza właściwości filtra selektywnego

14 Modulatory FM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE Podstawy modulacji częstotliwości Dioda pojemnościowa (waraktor)

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

WYDZIAŁU ELEKTRONIKI. GENERATOR FUNKCYJNY 6 szt.

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Generatory przebiegów niesinusoidalnych

Systemy i Sieci Telekomunikacyjne laboratorium. Modulacja amplitudy

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Generator relaksacyjny

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Generator relaksacyjny z elementami pętli fazowej

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Jacek Rezmer -1-

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 5

2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAŁÓW CYFROWYCH

1. Definicja i przeznaczenie przerzutnika monostabilnego.

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Rozkład materiału z przedmiotu: Przetwarzanie i obróbka sygnałów

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

BADANIE MODULATORÓW I DEMODULATORÓW AMPLITUDY (AM)

Generatory impulsowe przerzutniki

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

Charakterystyka amplitudowa i fazowa filtru aktywnego

12.8. Zasada transmisji telewizyjnej

Ćwiczenie 3. Właściwości przekształcenia Fouriera

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

f = 2 śr MODULACJE

Ćwiczenie - 7. Filtry

Ćwiczenie - 8. Generatory

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:

1. Rezonansowe wzmacniacze mocy wielkiej częstotliwości 2. Generatory drgań sinusoidalnych

MODULACJE IMPULSOWE. TSIM W10: Modulacje impulsowe 1/22

Badanie wzmacniacza niskiej częstotliwości

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

Politechnika Warszawska

ANALIZA SYGNAŁÓ W JEDNÓWYMIARÓWYCH

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Generatory impulsowe przerzutniki

Modulacja i kodowanie laboratorium. Modulacje Cyfrowe: Kluczowanie Amplitudy (ASK) i kluczowanie Fazy (PSK)

UNIWERSALNE ZESTAWY LABORATORYJNE. Dokumentacja. Katedra Systemów Telekomunikacyjnych i Optoelektroniki Politechnika Poznańska

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

ĆWICZENIE 5 EMC FILTRY AKTYWNE RC. 1. Wprowadzenie. f bez zakłóceń. Zasilanie FILTR Odbiornik. f zakłóceń

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

06 Tor pośredniej częstotliwości, demodulatory AM i FM Pytania sprawdzające Wiadomości podstawowe Budowa wzmacniaczy pośredniej częstotliwości

INSTRUKCJA LABORATORIUM Metrologia techniczna i systemy pomiarowe.

GENERATOR SYGNAŁU Z LINIOWĄ MODULACJĄ CZĘSTOTLIWOŚCI NA PASMO K

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

TEMAT: SYSTEMY CYFROWE: MODULACJA DEMODULACJA FSK, PSK, ASK

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

Spis treści. 1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej UTK. Karty dźwiękowe. 1

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

U 2 B 1 C 1 =10nF. C 2 =10nF

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie generatorów sinusoidalnych (2h)

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych Laboratorium 1

LABORATORIUM Sygnałów, Modulacji i Systemów ĆWICZENIE 2: Modulacje analogowe

Temat: Wzmacniacze operacyjne wprowadzenie

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

6. Transmisja i generacja sygnałów okresowych

Generowanie sygnałów na DSP

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

Laboratorium z Układów Elektronicznych Analogowych

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

Detektor Fazowy. Marcin Polkowski 23 stycznia 2008

Laboratorum 2 Badanie filtru dolnoprzepustowego P O P R A W A

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Transkrypt:

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 do odtwarzania nośnych sygnału QAM. Pętla fazowa 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). Analogowe 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. Klasyczna pętla fazowa przedstawiona na rysunku 10.1 składa się z detektora fazy (układu mnożącego), generatora przestrajanego napięciem VCO (Voltage Controlled Oscillator) i filtru dolnoprzepustowego. detektor fazy cos(ωt) 0.5(sin(2ωt +Δφ) + sinδφ) 0.5sinΔφ VCO sin(ωt+δφ) sin(ωt+δφ) Rys. 10.1. Fazowa pętla sprzężenia zwrotnego

103 Generator VCO projektuje się na konkretną częstotliwość środkową ω 0, która jest generowana przy zerowym napięciu sterującym. W warunkach synchronizacji, gdy częstotliwość sygnału wejściowego ω jest równa częstotliwości środkowej VCO Gdy ω ω 0, to Zakres częstotliwości, w którym pętla fazowa jest w stanie synchronizacji, nosi nazwę zakresu trzymania. Elementy układu PLL mogą być łatwo realizowalne przez procesor sygnałowy. Detektor fazy realizowany jest przez zwykłe mnożenie, filtr dolnoprzepustowy jako filtr IIR pierwszego lub wyższego rzędu. Realizacja generatora VCO Generator VCO w pierwszej kolejności oblicza aktualną unormowaną fazę sygnału według wzoru rekurencyjnego (10.1) gdzie przyrost fazy jest zależny od napięcia sterującego;. Przyrost fazy obliczany jest w jednym takcie zegara na liczbach stałoprzecinkowych z przedziału, przepełnienie powoduje zmniejszenie wyniku o 2, tak że wynik mieści się w przedziale, w rezultacie faza zmienia się okresowo z okresem równym 2. Dla aktualnej fazy obliczana jest wartość sygnału sinusoidalnego, gdzie sine jest funkcją z biblioteki 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. Pętlę fazową można bezpośrednio wykorzystać jako demodulator częstotliwościowy podając na jej wejście sygnał FM. W stanie synchronizacji

104 sygnał wyjściowy jest sygnałem FM, a generator VCO pełni funkcję modulatora FM. Sygnał sterujący modulatora FM (generatora VCO) jest odtworzonym sygnałem modulującym. Innym zastosowaniem pętli fazowej jest synteza częstotliwości. W kolejnym doświadczeniu badane będzie jedynie wykorzystanie PLL jako dzielnika częstotliwości. Aby uzyskać dzielnik częstotliwości można dodać do pętli układ podnoszący sygnał wyjściowy generatora VCO do kwadratu. Po pomnożeniu przez siebie sinusoidy wyjściowej uzyskuje się sinusoidę o dwa razy większej częstotliwości, którą pętla synchronizuje z sinusoidą wejściową. W stanie synchronizacji sinusoida wyjściowa generowana przez VCO ma dwa razy mniejszą częstotliwość od sinusoidy wejściowej, rysunek 10.2. detektor fazy sin(ωt) 0.5(sin(2ωt +2Δφ) + + 0.5(sin(ωt) +0.5 sin2δφ) 0.5sin2Δφ VCO cos(0.5ωt+δφ) cos(ωt+2δφ) + 0.5 ( ) 2 Rys. 10.2. Fazowa pętla sprzężenia zwrotnego jako dzielnik częstotliwości Doświdczenie 10.1. Badanie pętli fazowej program PLL. 1. Zaobserwować synchronizację pętli PLL obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO =12 khz. 2. Zbadać zakres trzymania pętli zakres częstotliwości wokół częstotliwości środkowej generatora VCO w jakim pętla się synchronizuje. 3. Zaobserwować synchronizację pętli PLL jako dzielnika częstotliwości obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO = 6 khz. 4. Zaobserwować działanie pętli PLL jako demodulatora FSK. W sprawozdaniu:

105 1. Zamieścić 4 wybrane wykresy. 2. Opisać wykresy. Pętla Costasa Do odtwarzania nośnej sygnałów AM-SC stosuje się układ Costasa przedstawiony rysunku 10.3, 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. 10.3. Układ Costasa do odtwarzania nośnej sygnału AM-SC W warunkach synchronizacji, gdy, i sygnał wyjściowy jest odzyskanym sygnałem modulującym. Układ Costasa z rysunku 10.3 może pełnić funkcję demodulatora sygnałów AM- SC, AM i BPSK. Doświdczenie 10.2. 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 Costasa obserwując krzywe Lissajous częstotliwość VCO =12 khz. 3. Zaobserwować działanie demodulatora dla różnych typów modulacji: BPSK, AM, DSB_SC.

106 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 przedstawiające działanie demodulatora. Układ przedstawiony na rysunku 10.3 nie demoduluje sygnałów z modulacją kwadraturową QPSK ani QAM. Demodulatory modulacji kwadraturowych stosują zmodyfikowany układ Costasa. Demodulacja sygnału QAM Sygnał QAM dany jest wzorem s QAM ( t) I( t)cos( t) Q( t)sin( t) ; (10.2) 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 10.4.

107 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) + + 0.5Q(t)( cosδφ cos(2ωt +Δφ)) 0.5Q(t) cosδφ 0.5I(t) sinδφ = u O2(t) Rys. 10.4. Układ Costasa do odtwarzania nośnej sygnału QAM W układzie z rysunku 10.4 napięcie sterujące generatorem VCO dane jest wzorem (10.3) W warunkach synchronizacji, napięcie u f i różnica faz Δφ powinny być stałe i jak najmniejsze. Niestety gdy Δφ 0 napięcie u f zależy w pewnym stopniu od sygnałów modulujących, co może wywoływać migotanie fazy. Migotanie fazy jest najmniejsze, gdy sygnał wejściowy nie jest zmodulowany I(t) = const i Q(t) = const. W takiej sytuacji pętla synchronizuje się najlepiej, jednak niczego nie demoduluje. Gdy sygnałem wejściowym jest sygnał zmodulowany, synchronizacja jest trudniejsza do uzyskania i może wystąpić niewielkie migotanie fazy. Im sygnał zmodulowany przenosi więcej informacji tym, niestety, migotanie fazy jest większe. Na rysunku 10.5 przedstawiono krzywą Lissajous dla modulacji

108 16QAM, szybkość transmisji symboli 4000 bodów, symbole są generowane losowo, częstotliwość nośnej 12 khz. Rys. 10.4. Krzywa Lissajous dla modulacji 16QAM, szybkość transmisji symboli 4000 bodów, częstotliwość nośnej 12 khz, na osi x nośna, na osi y odtworzona nośna Z eliptycznego kształtu krzywej widać drobne przesunięcie fazy między nośną (oś x) a odtworzoną nośną (oś y), grubość linii wskazuje na drobne migotanie fazy. Doświdczenie 10.3. Badanie demodulatora QAM program QAM_PLL_Costas. 1. Ustawić poziom napięcia wejściowego tak, aby było nieznacznie mniejsze od napięcia generatora VCO. 2. Zaobserwować synchronizację pętli Costasa 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:

109 1. Opisać wyniki dla jednego typu modulacji. 2. Zamieścić wykresy. Na rysunku 10.5 przedstawiono przykładowy wynik demodulacji sygnału 16QAM. Na osi x jest zdemodulowany sygnał symfazowy I(t), a na osi y zdemodulowany sygnał kwadraturowy Q(t). Rys. 10.5. Wynik demodulacji sygnału 16QAM, na osi x zdemodulowany sygnał symfazowy I(t), na osi y zdemodulowany sygnał kwadraturowy Q(t). Na rysunku można rozpoznać 16 punktów konstelacji i przejścia między nimi.