background image

 

xx              xx                xx               xxxxxx           xxxxxxxxx 
xx              xx                xx            xx                             xx 
xx              xx                xx              xxxxx                     xx                            kolokwium 2 
xx     xx     xx        xxxxxx                       xx                  xx 
xx   x   x   xx      xx       xx                       xx                  xx 
xx x      xxx          xxxxx               xxxxxx                     xx 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2007/2008 by aikon 

 
MODULACJA IMPULSOWA 
 
Fala nośna – nie ma charakteru ciągłego lecz stanowi ciąg równo oddalonych impulsów 

)

)(

(

)

(

0



n

i

nT

t

t

c

t

c

 

T

0

 – okres powtarzania impulsów 

c

i

(t) – funkcja opisująca pojedynczy impuls 

 
Twierdzenie Kotlielnikowa-Shannona 

m

p

f

f

2

   czyli    Tp <= ½ Tm !!!!!! 

 
Żeby przesłać kompletny sygnał bez uszczerbku dla informacji musimy wysyłać co najmniej 
2f

m

 próbek na sekundę.  

 
Rodzaje analogowej modulacji impulsowej:  
- PAM – Pulse Amplitude Modulation, modulacja amplitudy impulsów, odpowiednik AM 
- PPM – Pulse Position Modulation, modulacja położenia impulsów, odpowiednik FM 
- PDM – Pulse Duration Modulation, modulacja czasu trwania impulsów 
 
 
PAM – modulacja amplitudy impulsów 
 
 
Fala nośna: 

)

)(

(

)

(

0



n

i

nT

t

t

c

t

c

 

 
Funkcjonał modulacji jest równy sygnałowi modulującemu 

)

(

)

(

t

f

t

m

 

 
Sygnał zmodulowany: 

)

(

)

(

)

(

t

f

t

c

t

s

 

 
Rodzaje próbkowania 
 
- idealne  
     Fala nośna w postaci ciągu impulsów Diraca:  



n

T

nT

t

t

t

c

)

(

)

(

)

(

0

0

 

     Sygnał zmodulowany ma zatem postać: 



n

nT

t

t

f

t

s

)

(

)

(

)

(

0

 

background image

 

     widmo sygnału zmodulowanego stanowi ciąg powtórzeń sygnału modulującego:  



n

n

F

T

S

t

s

)

(

1

)

(

)

(

0

0

 

 
- naturalne - 
próbkowanie odbywa się przy pomocy wąskich impulsów jednostkowych 

)

(t

q

 

 
     
Widmo tych impulsów: 

)

(

2

)

2

sin(

)

(

0

0

0

0

0

n

n

n

A

t

q

n



 

 

     Widmo sygnału zmodulowanego: 

)

(

2

)

2

sin(

)

(

0

0

0

0

0

n

n

F

nw

n

T

A

S

n



 

 
- chwilowe  - nie zmienia się kształt impulsów fali nośnej 
 
      Równanie sygnału zmodulowanego: 

 



n

nT

t

q

nT

f

t

s

)

(

)

(

)

(

0

0

 

 
      Widmo sygnału zmodulowanego: 



n

s

n

F

T

A

Q

t

s

t

s

)

(

2

)

2

sin(

)

(

)}

(

{

)

(

0

0

0





 

 
 
PPM, PDM – brak pytań w teście.   
 
 
PCM – modulacja impulsowo-kodowa (Pulse Code Modulation) 
 
Za twórcę PCM uznaje się A. H. Reevesa w roku 1937. Jednak systemy PCM weszły do 
eksploatacji dopiero w latach 60-tych i od tego czasu obserwuje się ich szybki rozwój.  
 
Zalety PCM: 
- duża odporność na zakłócenia  
- mała wrażliwość na zmiany parametrów toru 
- możliwość regeneracji, co zapewnia stałą wartość stosunku sygnał/szum na całej długości 
toru 
- łatwość współpracy z elektronicznymi centralami komutacyjnymi  
 
Wady PCM: 
- konieczność przenoszenia znacznie szerszego pasma niż w systemach analogowych. Pasmo 
PCM jest 7-8 razy szersze niż w systemach analogowych  

background image

 

 
Schemat systemu telekomunikacyjnego z modulacją impulsowo-kodową: 
(wzięte ze slajdów La Toffique’a, w Bemie jest nieco inaczej)  
 
 
Nadajnik: 

 

 
 
 
Tor transmisyjny: 

 

 
 
Odbiornik: 
 

 

 
 
 
 
 
Kwadrat całkowitego błędu kwantowania (kwantowanie równomierne) 

2

2

3

1

M

E

 

 
Stosunek wartości średniej kwadratowej sygnału do wartości średniej kwadratowej błędu: 

2

2

2

3

M

E

P

  - dla sygnału sinusoidalnego (bo P=1/2)  

 
 
 
 
 
 

background image

 

Liczba przedziałów kwantowania M dla N elementów kodu binarnego – bierzemy z tabelki 
(ogólnie M=2

N

): 

 

 
 
W przypadku rzeczywistych sygnałów kwantowanie równomierne nie jest korzystne.  
 
 
Charakterystyki kompresji – kwantowanie nierównomierne: 
 
- charakterystyka typu μ  

)

1

ln(

)

1

ln(

x

y

 

, przy czym μ=100 lub μ=255 

 

- charakterystyka typu A 



1

1

ln

1

ln

1

1

0

ln

1

x

A

A

Ax

A

x

A

A

y

  

przy czym A=87,6 

 

 
 
Kompandor = kompresor + ekspandor 
 
Zysk kompandora – dla A=87,6 otrzymuje się 16-krotne zmniejszenie poziomów kwantyzacji 
dla małych sygnałów, tzn. zysk kompandora wynosi 24,1 dB.  
 
 
 
 
SYSTEMY WIELOKROTNE 
 
Rodzaje systemów wielokrotnych  
- FDM – z podziałem częstotliwościowym (Frequency Division Multiplex) 
- TDM – z podziałem czasowym  
- CDM – z podziałem kodowym  
- PDM – z podziałem fazowym 
- z rozdziałem według kształtu sygnałów 
- z rozdziałem według poziomu sygnałów 
- SDM – z rozdziałem przestrzennym  
 

background image

 

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są pierwsze trzy (FDM, TDM i CDM).  
 
Najbardziej rozpowszechnioną jest FDM. Pojawiła się w latach 30-tych ubiegłego wieku. 
Krotność dochodzi do 10800 kanałów.  
Pasmo częstotliwości przeznaczone na jeden kanał w telefonii wielokrotnej wynosi 4 kHz 
(czyli szersze niż pasmo oryginalne, np. dla telefonii 0,3-3,4 kHz).  
Kanały łączy się w grupy, a następnie w grupy wyższego rzędu. Podstawową grupą 
pierwotną jest grupa 12-kanałowa, zajmująca pasmo 4*12 = 48 kHz. Pięć grup 
pierwotnych tworzy grupę wtórną 5*48 = 240 kHz.
   
Krotności systemu: 1, 12, 24, 60, 120, 300, 960, 1260, 1800 (1920), 2700, 3600, 7200, 10800 
 
Systemy PCM pierwszego rzędu (stosowane w TDM) zatwierdzone przez CCITT: 
- PCM-24 o przepływności 1544 kbit/s 
- PCM-30 o przepływności 2048 kbit/s 
 
 
 
SZUMY 
 
Podstawowy podział szumów: 
 
 

 

 
 
 
 
Zakłócenia powodowane przez człowieka  
 

 

 
Zakłócenia interferencyjne mają wyraźnie określone widmo (często ograniczone do jednego 
prążka – fala nośna). 
Zakłócenia przemysłowe maja bardzo szerokie widmo: od 50 Hz do 1 GHz.  
Poziom zakłóceń przemysłowych maleje ze wzrostem częstotliwości o 28 dB na dekadę.  
 
Źródła zakłóceń przemysłowych można podzielić na dwie kategorie: 
- systemy energetyczne, które generują i przenoszą zakłócenia przez dołączone do nich 
urządzenia elektryczne – częstotliwości mniejsze niż 10 MHz 
- urządzenia zapłonowe pojazdów samochodowych – w zakresie 0,02 do 1 GHz i wyżej.  

background image

 

Zakłócenia naturalne o charakterze makroskopowym 
 
Dzielimy na: 
- atmosferyczne  
- kosmiczne 
 
Przyczyną powstawania zakłóceń atmosferycznych są wyładowania elektryczne między 
chmurą a ziemią. Zakłócenia powstałe pod wpływem wyładowań elektrycznych możemy 
podzielić na dwa rodzaje:  
- zakłócenia lokalne – objawiające się pojawianiem trzasków w odbiornikach radiowych  
- zakłócenia dalekie – objawiające się ciągłym, słabym szumem w odbiorniku  
 
Izoplety – linie na mapie łączące punkty o jednakowych zakłóceniach 
 
Przy częstotliwościach powyżej 40 MHz poziom zakłóceń atmosferycznych znacznie się 
obniża.  
Zjawiska burzowe występują na 0.16% powierzchni Ziemi jednocześnie.  
W każdej sekundzie obserwujemy 100 wyładowań i 1000 burz. 
Burza obejmuje 20-200 km

powierzchni i przesuwa się z prędkością 30-50 km/h. Nad lądami  

burze najczęściej występują w okresie letnim w godzinach 13-15. Nad morzami – zimą w 
godzinach nocnych i rannych. Zazwyczaj trwają 1 do 2 godzin. Aktywność burzowa różnych 
rejonów jest niejednorodna – najwięcej dni burzowych w Afryce, Ameryce Południowej i 
Azji (ponad 100 dni burzowych w roku). 
 
W zakresie fal metrowych głównym źródłem zakłóceń jest promieniowanie dochodzące z 
różnych miejsc Galaktyki oraz obszarów pozagalaktycznych, jak również promieniowanie 
radiogwiazd , planet, Słońca i Księżyca.  
Promieniowanie źródeł znajdujących się poza ziemią nazywa się promieniowaniem 
kosmicznym
, a zakłócenia przez nie powodowane – zakłóceniami kosmicznymi.  
 
 
Wzór Rayleigha-Jeansa: 

2

2

kT

U

B

 

 
Częstotliwościowa zależność zastępczej temperatury szumów kosmicznych dla wszystkich 
obszarów nieba ma postać  

f

T

z

~

 

gdzie α = 2,4 
 
 
 
Szumy fluktuacyjne 
 
Dwa skrajne przypadki:  

 

fluktuacje prądów i napięć w przewodnikach metalicznych przy termodynamicznej 
równowadze z promieniowaniem (szum cieplny oporności) – Einstein 1907 

 

fluktuacje prądu elektronowego w diodzie próżniowej (szum śrutowy) – Shottky 
1918 

 

background image

 

 

 
Parametry szumowe 
 

 

napięcie (prąd) szumów 

 

moc szumów 

  temperatura szumowa 

 

współczynnik szumów 

 
 
Szum cieplny 
 
Schemat zastępczy z Thevenina  

kTBR

e

nsk

4

, jak dwa oporniki szeregowo to 

)

2

1

(

4

R

R

kTB

e

nsk

, jak dwa oporniki równolegle to 

)

2

1

2

1

(

4

R

R

R

R

kTB

e

nsk

 

 
Schemat zastępczy z Nortona  

kTBG

i

nsk

4

 

 
Gęstość mocy dysponowanej szumu cieplnego: 
 

 

kT

kT

hf

hf

f

n

1

exp

)

(

 

 
W temperaturze pokojowej, uwzględniając dwa pierwsze wyrazy rozwinięcia w szereg: 

kT

f

n

)

(

 

 
Moc dysponowana źródła szumu cieplnego jest proporcjonalna do iloczynu szerokości 
pasma B układu przez temperaturę źródła  

kTB

N

 

Równoważna temperatura szumów:  

kdf

dN

T

z

 

 

Szum typu 1/f – rośnie wraz ze zmniejszaniem częstotliwości  

 

przyrządy elektronowe i jonowe 

  przewodniki niemetaliczne 

 

czynne elementy półprzewodnikowe 

 
Szum impulsowy – przyczyny: 

 

procesy przejściowe (stany nieustalone) podczas komutacji w centralach 
telefonicznych 

 

wyładowania koronowe w liniach transmisyjnych  

 

niedostateczne tłumienie między torami transmisyjnymi różnych systemów 

 

występowanie burz z piorunami w pobliżu napowietrznych torów kablowych, a także 
w pobliżu tras linii radiowych  

background image

 

Współczynnik szumów 
 
Charakteryzuje własności szumowe wzmacniacza. Pojęcie współczynnika szumów odnosi się 
do wzmacniacza idealnego – bezszumnego. Współczynnikiem szumów nazywamy stosunek 
mocy szumu wydzielanej na dopasowanym obciążeniu w wąskim paśmie częstotliwości df do 
mocy szumu na wyjściu wzmacniacza idealnego.  
 

0

0

0

0

0

1

)

(

)

(

)

(

T

T

dN

dN

f

G

dN

df

kT

f

G

dN

dN

dN

f

F

z

wy

wzm

a

wy

a

wy

wy

wy

 

Inna definicja współczynnika szumów – stosunek sygnał/szum na wejściu do stosunku 
sygnał/szum na wyjściu układu:  

wy

wy

we

we

N

S

N

S

f

F

)

(

 

 
Związek między temperaturą szumową a współczynnikiem szumów: 

)

1

(

0

F

T

T

z

 

 
Współczynnik szumów dopasowanego tłumika:  

a

L

F

 

 
Zastępcza temperatura szumowa tłumika: 

)

1

(

a

z

L

T

T

 

 
Jeśli tor znajduje się w temperaturze 290K, to: 

dB

z

L

T

8

,

66

 

 
Współczynnik szumów w kaskadowym połączeniu czwórników: 

1

2

1

1

2

1

...

1

...

1

N

N

G

G

G

F

G

F

F

F

 

 
Zastępcza temperatura szumowa w kaskadowym połączeniu czwórników: 

1

2

1

1

2

1

...

...

1

N

ZN

Z

Z

G

G

G

T

G

T

T

Tz

 

 
Charakterystyka szumowa modulacji – funkcyjna zależność między stosunkiem sygnału do 
szumu na wejściu i wyjściu odbiornika  
 

 

we

wy

N

S

f

N

S

 

 
Szum biały, szum biały wąskopasmowy 
 
Szum biały wąskopasmowy można przedstawić w postaci przebiegu wielkiej częstotliwości o 
wolnozmiennej w czasie amplitudzie i fazie.  
Widmowa gęstość mocy szumu białego jest stała:   

const

n

)

(