LUKU 7 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

Transkriptio

1 1 LUKU 7 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS 51357A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

2 Kantatajuisen järjestelmän lähdön (SNR) D = P T /(N 0 W) käytetään referenssinä verrattaessa eri kantoaaltomodulaatioita keskenään. Analyysissä oletettiin AWGN-kanava, jonka kohinan n(t) PSD = N 0 /. Kohinan esitetään signaalianalyysia varten kapeakaistaisen AWGNkohinan muodossa, jolla oli kvadratiiriset n c (t) ja n s (t)-komponentit. Kohina voidaan esittää vektorimuodossa: n(t) = r n (t)cos[ω c t + φ n (t)] Ilmaisussa ollaan kiinnostuneita SNR-arvoista esi-ilmaisusuodattimen (RF- ja IF- kaistanpäästösuodatukset yhteensä) jälkeen ennen ilmaisua ja jälki-ilmaisusuodattimen (alipäästösuodatin) jälkeen. Suuretta (SNR) D / (SNR) T sanotaan ilmaisuvahvistukseksi. DSB-järjestelmän (SNR) D = P T /(N 0 W), eli sama kuin kantataajuisella järjestelmällä. Ilmaisuvahvistus on (3 db). SSB:n ilmaisuvahvistus on 1, mutta sen suorituskyky (SNR) D = P T /(N 0 W) on kuitenkin ekvivalenttinen kantataajuisen järjestelmän ja DSB:n kanssa, koska DSB:hen verrattuna sisään tulee puolta vähemmän kohinaa. Lineaarisella koherentilla AM-ilmaisulla: (SNR) D = E ff P T /(N 0 W). Nähdään, että (SNR) D on paljon huonompi kuin sisarmodulaatiolla DSB, koska tyypillisesti E ff < A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

3 3 AM epälineaarisella verhokäyräilmaisimella tuottaa saman (SNR) D :n kuin koherentti ilmaisu, kun (SNR) T suuri: (SNR) D = E ff P T /N 0 W. Tuolloin A c >> r n (t), eli tomitaan kynnyksen yläpuolella. Sanoma m(t) ja kohina ovat ilmaisimen jälkeen additiivisia. Verhokäyräilmaisin toimi tällöin kuin koherentti ilmaisu. Jos (SNR) T on ilmaisimen tulossa pieni (A C << r n (t)), syntyy kynnysilmiö, jonka seurauksena signaali m(t) ja kohina esiintyvät ilmaisimen lähdössä kerrottuina. Pieni tulon (SNR) T :n pienennys pudottaa merkittävästi lähdön (SNR) D- arvoa. AM voidaan myös ilmaista epälineaarisella neliölaki-ilmaisimella, jolle voitiin johtaa (SNR) D. Havaittiin edelleen kynnysilmiön esiintyminen SNR-käyristä. Neliölaki-ilmaisin on kuitenkin alioptimaalinen menetelmä. Verhokäyräilmaisin on sitä noin 1.8 db parempi. AM-ilmaisimien paremmuusjärjestys: 1. = KI,. = VKI, 3. = NLI 51357A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

4 4 Vaihevirheet koherentissa ilmaisukantoaallossa aiheutuvat siitä, että vaihe on estimoitava esim. PLL-piireillä kohinaisesta kanavan vääristämästä ja modulaatiota sisältävästä signaalista. Koherentissa ilmaisussa voidaan myös käyttää pilottikantoaaltoa modulaation spektrin ulkopuolella. Se on hyvä järjestely, jos useat rinnakkaisten kanavien järjestelmät voivat hyödyntää samaa pilottisignaalia. Suoritettiin yleistetyn QDSB-järjestelmän keskineliövirheanalyysi, kun oletettiin, että vaihevirhe on Gaussisesti jakautunut (σ φ << 1). DSB parempi kuin SSB ja QDSB vaihevirheiden siedon suhteen, koska kvadratuuriset kanavat eivät pääse vuotamaan toisiinsa. ε = QDSB, SSB σ + φ σ σ n m ε = DSB σ + φ σ σ n m 51357A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

5 5 Kulmamodulaation kohina vaimenee, jos lähetysamplitudia (tehoa) kasvatetaan. Ilmaisimen lähdön kohinateho on siis A C :n funktio: φ ( t) e rn ( t) A ψ ( t) = φ ( t) + c sin [ φ ( t) φ ( t) ] rn ( t) A c n sin [ φ ( t) φ ( t) ] Kohinan tehotiheysfunktio PM-ilmaisimen lähdössä on vakiofunktio ja FM-ilmaisimella paraabeli. Paraabeli aiheutuu diskriminaattorin derivaattoriominaisuudesta. PM:n (SNR) D on verrannollinen parametriin k p ja FM:n (SNR) D on verrannollinen D, eli signaalin kaistanleveyteen Carsonin kaavan B T = (D + 1)W mukaisesti. k p :n teoreettinen maksimiarvo on π (noin 10 db). D:llä ei ole ylärajaa, joten FM tuottaa oleellisesti paremman (SNR) D - suorituskyvyn. FM-modulaatiota käytetään yleisradiotoiminnassa ja monissa muissa. 1G NMT450/900 järjestelmä perustui myös siihen. n 51357A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

6 6 Häiriökantoaallon vaimentamisesta tuttu esikorostusjälkikorostustekniikka tuottaa kohinan vallitessa yli 1 db:n parannuksen tavanomaiseen FM-ilmaisuun verrattuna. Myös kulmamodulaatioilla esiintyy kynnysilmiö. Se voidaan demonstroida helposti kohinalähteen, diskriminaattorin ja oskiloskoopin avulla. Jos modulaationindeksiä (kaistanleveyttä) kasvatetaan, pääsee FMvastaanottimeen lisää kohinaa, mikä puolestaan näkyy efektiivisesti kynnysilmiön ilmenemisen alkamisen siirtymisenä yhä suuremmille tulon (SNR) T -arvoille. Tavoitteena kuitenkin on, että kynnysilmiö alkaisi vasta pienillä tulon (SNR) T -arvoilla. Kulmamodulaatioista FM on parempi kuin PM SNR:n kannalta. Kulmamodulaatiot ovat epälineaarisia modulaatiomenetelmiä, joilla suorituskykyä voidaan parantaa sallimalla kaistanleveyden kasvu. Epälineaarisuudesta aiheutuu myös kynnysilmiö A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

7 7 Sama kaupankäynti esiintyy PCM-koodauksessa: kvantisointitasojen lisäys aiheuttaa suuremman kaistanleveyden vaateen. PCM-tekniikassa käytetään aina kompandointitekniikkaa pienten näytearvojen kohottamiseksi kvantisointiportaikolla. Eri modulaatioiden tärkeimmät parametrit on vedetty yhteen seuraavassa taulukossa. Kaistan ja SNR:n välinen kytkentä on selvä A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015

8 8 Luvun 7 tärkeimmät kaavat (Z & T, 6. painos): 7.5, 7.6, 7.13, 7.14, 7.6, 7.7, 7.34, 7.35, 7.36, 7.38, 7.63, 7.106, 7.117, 7.118, A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 015