Kapeakaistainen signaali

Samankaltaiset tiedostot
SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 2

Radioamatöörikurssi 2012

TL5231, Signaaliteoria (S2004) Matlab-harjoituksia

spektri taajuus f c f c W f c f c + W

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

Radioamatöörikurssi 2016

Signaaliavaruuden kantoja äärellisessä ajassa a

Lähettimet ja vastaanottimet

Tietoliikennesignaalit & spektri

Modulaatio. f C. amplitudimodulaatio (AM) taajuusmodulaatio (FM)

nykyään käytetään esim. kaapelitelevisioverkoissa radio- ja TVohjelmien

LUKU 3 ANALOGISET KANTOAALTO- JA PULSSIMODULAATIOMENETELMÄT

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

Amplitudimodulaatio (AM) Esitys aikatasossa

Lähettimet ja vastaanottimet

Lähettimet ja vastaanottimet. OH3NE:n radioamatöörikurssi

Satelliittipaikannus

Radioamatöörikurssi 2017

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

LUKU 3 ANALOGISET KANTOAALTO- JA PULSSIMODULAATIOMENETELMÄT A Tietoliikennetekniikka I Osa 8 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

Alipäästösuotimen muuntaminen muiksi perussuotimiksi

MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM. Tietoliikennetekniikka I A Kari Kärkkäinen Osa 22 1 (16)

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN ELI SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

VAIHEKOHERENTIT BINÄÄRISET KANTOAALTOMODULAATIOT JA NIIDEN VIRHETODENNÄKÖISYYDET

2.2. Kulmamodulaatio

1. Määritä pienin näytelauseen ehdon mukainen näytetaajuus taajuus seuraaville signaaleille:

A! Modulaatioiden luokittelu. Luento 4: Digitaaliset modulaatiokonstellaatiot, symbolijonolähetteet. ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM

Numeeriset menetelmät

LUKU 3 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka I Osa 23 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

Kompleksianalyysi, viikko 6

Ohjelmistoradio tehtävät 4. P1: Ekvalisointi ja demodulaatio. OFDM-symbolien generoiminen

Lasse Latva OH3HZB PRK:n radioamatöörikurssi Radiotekniikan lyhyt oppimäärä. Lasse Latva OH3HZB. Johdanto. Perusteet.

YKSISIVUKAISTAMODULAATIO (SSB)

Jaksollisen signaalin spektri

12. Luento. Luento 12 Modulaatio. Oppenheim luku 8 soveltuvin osin. Koherentti ja epäkoherentti analoginen modulaatio Digitaalinen modulaatio

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

Signaalit ja järjestelmät aika- ja taajuusalueissa

Tuntematon järjestelmä. Adaptiivinen suodatin

YKSISIVUKAISTAMODULAATIO (SSB)

2. Perusteoriaa signaaleista

RF-tekniikan perusteet BL50A Luento Lähetin- ja vastaanotinelektroniikkaa Modulaatio (AM ja FM)

TLT-5200 Tietoliikenneteoria Tehtäväkokoelma 1 (6)

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

Radioamatöörikurssi 2018

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 1

Kotitehtävät 1-6: Vastauksia

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

ULA - vastaanotin. + sähkökomponenttien juottaminen. Tiia Hintsa, Viitaniemen koulu. Ula-vastaanotin; Kouluelektroniikka Ky, Rauma.

HomePlug-sähköverkkomodeemit ja niiden toiminnan testaus laboratorioympäristössä

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

PRK:n radioamatöörikurssi Johdanto. Radiotekniikan lyhyt oppimäärä. Lasse Latva OH3HZB. PRK:n. Perusteet Radiotekniikan lyhyt

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Luento 5: Kantataajuusvastaanotin AWGNkanavassa I: Suodatus ja näytteistys a. Kuvaa diskreetin ajan signaaliavaruussymbolit jatkuvaan aikaan

Radioamatöörikurssi 2014 Polyteknikkojen Radiokerho OH2TI

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

4. kierros. 1. Lähipäivä

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Luento 7. LTI-järjestelmät

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 13. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 13 () Numeeriset menetelmät / 42

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

Diskreetti Fourier-muunnos ja sen hyödyntäminen signaalien spektrien muodostamisessa. Pentti Romppainen

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Jukka Manner Teknillinen korkeakoulu

Ch4 NMR Spectrometer

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Luento Informaatioteorian alkeita Tiedonsiirron perusteet

Lähetelajit. OH3TR:n radioamatöörikurssi Marjo Yli-Paavola, OH3HOC

A B = 100, A = B = 0. D = 1.2. Ce (1.2 D. C (t D) 0, t < 0. t D. )} = Ae πjf D F{Π( t D )} = ADe πjf D sinc(df)

2. Perusteoriaa signaaleista

Luento 2. Jaksolliset signaalit

ELEKTRONISET TOIMINNOT

Kompleksiluvut Kompleksitaso

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

LABORATORIOTYÖ 2 SPEKTRIANALYSAATTORI

Spektrianalysaattori. Spektrianalysaattori

Laskuharjoitus 4 ( ): Tehtävien vastauksia

Kirjoitetaan FIR-suotimen differenssiyhtälö (= suodatuksen määrittelevä kaava):

1 Diskreettiaikainen näytteistys. 1.1 Laskostuminen. Laskostuminen

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

Lähettimet ja vastaanottimet. OH3TR:n radioamatöörikurssi

521357A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA I

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Radioamatöörikurssi 2014

e ax, kun x > 0 f(x) = 0, kun x < 0, 0, kun x > 0 e ax, kun x < 0 e (a iω)x dx = a+iω = 1 a 2 +ω 2. e ax, x > 0 e ax, x < 0,

Luento 7. tietoverkkotekniikan laitos

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

1. Määritä pienin näytelauseen ehdon mukainen näytetaajuus taajuus seuraaville signaaleille:

Luento 2. S Signaalit ja järjestelmät 5 op TKK Tietoliikenne Laboratorio 1. Jean Baptiste Joseph Fourier ( )

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

LUKU 6 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 1 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

6. Analogisen signaalin liittäminen mikroprosessoriin Näytteenotto analogisesta signaalista DA-muuntimet 4

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Liitännät ja lisälaitteet

Transkriptio:

Tiedonsiirrossa sellaiset signaalit ovat tyypillisiä, joilla informaatio jakautuu kapealle taajuusalueelle jonkun keskitaajuuden ympäristöön. Tällaisia signaaleja kutustaan kapeakaistaisiksi signaaleiksi ja ne syntyvät useimmiten jonkun modulointimenetelmän tuloksena. Kaksisivukaistamodulaatio (DSB) Kaksisivukaista- eli DSB-moduloinnissa hyötysignaalilla m( moduloidaan kantoaaltosignaalia ( os[ t+φ(] kertomalla signaalit keskenään, jolloin tuloksena saadaan moduloitu kantoaaltosignaali (. [ t + ( )] ( m( ( m( os φ t Nyt on kantoaaltotaajuus ja φ( on kantoaallon vaihe. Moduloitu kantoaaltosignaali on kaistanpäästösignaali eli kapeakaistainen signaali, jonka taajuusvaste on kaistanpäästötyyppiä ja kaistanleveys pieni suhteessa keskitaajuuteen ( kantoaaltotaajuus ). Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 1

Kaksisivukaistamoduloinnissa moduloitavan kantoaallon vaihe on useimmiten nolla ( os(. Moduloiduksi kantoaalloksi saadaan nyt DSB ( m( os( Kantoaallon Fourier-muunnos X DSB () on X 1 1 ) M ( ) + M ( + ) 2 2 DSB( Tässä M() on hyötysignaalin m( Fourier-muunnos eli DSB-moduloinnissa hyötysignaalin spektri siirtyy kantoaaltotaajuuden ympäristöön. Moduloitu signaali on selvästi kaistanpäästösignaali, koska tyypillisesti >> hyötysignaalin kaistanleveys. Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 2

Kantoaalto ( ei näy suoraan Fourier-muunnoksessa X DSB. Tämän vuoksi tekniikkaa kutsutaan myös kaksisivukaistamodulaatioksi ilman kantoaaltoa (DSB-SC, doublesideband supressed-arrier modulation). DSB-moduloidusta signaalista DSB ( hyötysignaali voidaan erottaa kertomalla DSB ( paikallisella kantoaallolla ja alipäästösuodattamalla saatu signaali. DSB-modulointi (lähetin) m( DSB ( Siirtotie DSB-ilmaisu (vastaanotin) DSB ( LPF y(.5m( m(os( os(2πf os( os(2πf os( Paikallinen oskillaattori (LO) Paikallinen oskillaattori (LO) Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 3

DSB-modulointi (lähetin) DSB-ilmaisu (vastaanotin) M() LPF suodattaa D() LPF suodattaa -2 2 X DSB () Y() - Alempi sivukaista Ylempi sivukaista Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 4

Miltä DSB-moduloitu signaali näyttää? Kapeakaistainen signaali 1-1.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1.1 -.1.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1.1 Ve rhokä yrä (yle mpi) Moduloitu Ve rhokä yrä -.1 kantoaalto (a le mpi).1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 t [s ] Kantoaalto (A 1, f 2Hz) Sinimuotoinen hyötysignaali (A m.1, f m 2Hz) DSB-moduloitu kantoaalto. Hyötysignaali näkyy nyt kantoaallon verhokäyrissä. Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 5

Tarkastellaan vielä signaalien amplitudispektrejä. 1.5 Kantoaalto (A 1, f 2Hz).1.5.6.4.2-3 -2-1 1 2 3-3 -2-1 1 2 3-3 -2-1 1 2 3 f [Hz] Sinimuotoinen hyötysignaali (A m.1, f m 2Hz) DSB-moduloitu kantoaalto. Hyötysignaali näkyy kantoaaltotaajuuden ympäristössä. Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 6

Kanoninen esitysmuoto Kapeakaistainen signaali Moduloitu kantoaaltosignaali voidaan kirjoittaa eri muotoon hyödyntämällä trigonometrian kaavaa os( α + β ) osα os β sinα sin β ( m( os m( os I [ t + φ( ] [ φ( ] os( m( sin[ φ( ] ( os( Q ( sin( sin( Signaalia I ( m(os[φ(] kutsutaan moduloidun signaalin samanvaiheiseksi komponentiksi (in-phase) ja signaalia Q ( m(sin[φ(] moduloidun signaalin kvadratuurikomponentiksi (quadrature π/2:n vaihesiirto). Yhteisesti näitä signaaleja kutsutaan kvadratuureiksi. Kvadratuurit eivät riipu kantoaaltotaajuudesta, joten niitä hyödyntäen moduloituja signaaleja voidaan käsitellä kantataajuusalueella eli hyötysignaalin taajuuskaistalla. Kapeakaistaisen signaalin esitystä kvadratuurien avulla kutsutaan kanoniseksi esitysmuodoksi. Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 7

Hyötysignaali m( ja vaihefunktio φ( voidaan esittää kvadratuurien avulla muodossa m( 2 I ( + 2 Q ( φ( artan Q I ( ( Signaalinkäsittelyssä kantataajuinen signaali bb ( esitetään usein kvadratuureja käyttäen kompleksisignaalina ( ( j ( Q bb I + Q Q ( I ( bb ( I IQ-taso Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 8

Kapeakaistaisen signaalin ( analyyttinen ekvivalentti eli analyyttinen signaali A ( määritellään muodossa A ( ( + jˆ( Kaavassa imaginaariosa on kapeakaistaisen signaalin ( Hilbert-muunnos. Analyyttinen signaali voidaan muodostaa kantataajuisesta signaalista kaavalla A ( bb ( e j t Voidaan osoittaa, että analyyttisen signaalin Fourier-muunnos on muotoa eli analyyttinen signaali tuottaa vain ylemmän sivukaistan taajuudet. X A ( ) X ( ) + jxˆ ( ) 2X ( ),,, > < Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 9

X() X bb () X A () 2 X( ) 2 X( ) X( ) - - B B B B Kapeakaistaisen signaalin amplitudispektri Kantataajuisen ekvivalentin amplitudispektri Analyyttisen ekvivalentin amplitudispektri Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 1

Yksisivukaistamodulaatio (SSB) Reaaliarvoisen signaalin amplitudispektri on symmetrinen amplitudiakselin suhteen. Tämä tarkoittaa sitä, että käytännössä kaikki oleellinen informaatio sisältyy joko positiivisiin tai negatiivisiin taajuuksiin. Tiedonsiirron kannalta on siis riittävää, jos siirretään jompikumpi taajuusalue. Kun signaali moduloidaan kantoaaltotaajuudelle, positiiviset taajuudet synnyttävät ylemmän sivukaistan ja negatiiviset taajuudet vastaavasti alemman sivukaistan. Yksisivukaistamodulaatiossa siirretään vain joko ylempi tai alempi sivukaista, jolloin siirron vaatima kaistanleveys on puolet kaksisivukaistamoduloidun signaalin kaistanleveydestä. Negatiiviset taajuudet Amplitudi Positiiviset taajuudet Amplitudi Alempi sivukaista Ylempi sivukaista Reaaliarvoisen signaalin amplitudisepktri - Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 11

Sivukaistan valinta Hilbert-muuntimella Kuten aiemmin todettiin, reaaliarvoisesta signaalista ( voidaan valita vain positiiviset taajuudet muodostamalla signaalista ns. analyyttinen signaali A ( () t ( jˆ( A + Analyyttinen signaali on siis kompleksiarvoinen. Reaaliosa on sama kuin alkuperäinen signaali ja imaginaariosa vastaavasti alkuperäisen signaalin Hilbert-muunnos. Lohkokaaviona positiivisten taajuuksien valinta on seuraava X() ( H ˆ ( ( A X A () j Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 12

Vastaavasti reaaliarvoisesta signaalista ( voidaan valita vain negatiiviset taajuudet muodostamalla signaalista analyyttisen signaalin liittoluku (kompleksikonjugaatti) A ( A () t ( jˆ( X() ( H ˆ ( A ( X A () j Kun signaalista valitaan vain positiiviset tai negatiiviset taajuudet, täytyy energian säilymisen vuoksi vastaavassa spektrissä amplitudin kaksinkertaistua verrattuna alkuperäisen signaalin spektriin. Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 13

Analyyttinen signaali on siis kompleksiarvoinen ja ei sellaisenaan sovellu tiedonsiirtoon. Käytännössä voidaan kuitenkin siirtää erikseen analyyttisen signaalin reaaliosa ja imaginaariosa. Jotta taajuuskaista ei kaksinkertaistuisi, reaali- ja imaginaariosa asetetaan samalle kantoaaltotaajuudella -π/2:n suuruisella vaihe-erolla. Lohkokaaviona SSB-modulaattori näyttää seuraavalta I-kanava m( os(2πf os( SSB ( H + - + -merkki valitsee alemman sivukanavan - -merkki valitsee ylemmän sivukanavan H Q-kanava Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 14

SSB-signaali on muotoa SSB ( m( os( m mˆ ( sin( Kapeakaistainen signaali SSB-signaali voidaan demoduloida DSB-ilmaisimella SSB ( LPF y(.5m( Paikallinen oskillaattori (LO) os(2πf os( Jyrki Laitinen TL5231 Signaaliteoria S24 15