instrukcja - Politechnika Warszawska

Politechnika Warszawska
Wydział Elektryczny
Laboratorium Teletechniki
Skrypt do ćwiczenia T.05
Układ telekomunikacyjny wykorzystujący modulację amplitudy – AM
1. Układ telekomunikacyjny wykorzystujący modulację amplitudy – AM
Ćwiczenie ma na celu poznanie zasady działania systemu telekomunikacyjnego wykorzystującego
modulację AM, w tym generatora AM/DSB/SSB oraz odbiornika AM/DSB.
1.1. Część teoretyczna
Termin telekomunikacja wywodzi się z greckiego tele (odległy) oraz communicare
(dzielenie się z kimś), co łącznie symbolizuje przekazywanie wiadomości na odległość, bez
wnikania, w jaki sposób i jakimi środkami zostanie to zrealizowane. Współcześnie termin
telekomunikacja oznacza przesyłanie od nadawcy do odbiorcy głosu, dźwięku, sygnałów
optycznych, danych, faksów, grafiki i obrazów ruchomych, umożliwiających odtwarzanie
wiadomości. Przesyłanie informacji na odległość za pomocą urządzeń elektronicznych
zarówno w postaci sygnałów analogowych, jak i cyfrowych, spełnia obecnie istotną rolę jako
środek w komunikowaniu się między ludźmi i jest miarą postępu cywilizacji.
Istotą telekomunikacji jest przesyłanie wiadomości na dalekie odległości, chociaż w obecnej
terminologii określenie odległości między dwiema stacjami lub dwoma porozumiewającymi
się abonentami jest sprawą umowną. Od zarania dziejów aż do współczesności
wykorzystywano wszystkie możliwe zjawiska zachodzące w przyrodzie oraz środki
transportowe umożliwiające przekaz wiadomości. Rysunek 1.1 przedstawia podstawowy
system telekomunikacyjny.
Linia telekomunikacyjna
lub kanał telekomunikacyjny
NADAJNIK
ODBIORNIK
Wyjście informacji
Wejście informacji
Przepływ informacji
Rysunek 1.1. Podstawowy układ komunikacyjny.
Zasadniczymi częściami pokazanego systemu są: nadajnik, linia telekomunikacyjna oraz odbiornik.
Informacja jest przekazywana od nadajnika do odbiornika, w tym przypadku system jest jednakże
jednokierunkowy. Dla istnienia pełnego systemu telekomunikacyjnego powinien istnieć przepływ informacji w
odwrotnym kierunku. W przeciwnym razie ten który otrzymuje informację nie może udzielić odpowiedzi jej
nadawcy. Zwykle system telekomunikacyjny obsługuje jednocześnie oba kierunki transmisji informacji.
Telekomunikacja elektroniczna polega na wykorzystaniu energii elektrycznej do transmisji informacji. Ze
względu na fakt, że energia elektryczna może przemieszczać się prawie tak szybko jak światło, wymiana danych
jest niemal natychmiastowa. Oryginalna forma informacji (dźwięk, obraz) musi być zamieniona na sygnały
elektryczne, które są transmitowane bezpośrednio poprzez przewody lub rozchodzą się poprzez powietrze jako
fala elektromagnetyczna (radiowa). Sygnały te są odbierane przez odbiornik i zamieniane na ich oryginalną
formę przez co informacja może być zrozumiana. Żeby przesyłana informacja używała fali radiowej, musi być
znaleziona droga na dodanie informacji do sygnału radiowego. Ten proces nazywany jest modulacją.
Komunikacja analogowa wykorzystuje trzy główne formy modulacji:
- modulację amplitudy,
- modulację częstotliwości,
- modulację fazy.
Obojętne która wielkość, amplituda, częstotliwość czy też faza sygnału radiowego poddana jest zmianie zgodnie
z sygnałem informacyjnym. Zwykle sygnał niosący informację jest sygnałem o niskiej częstotliwości a w
przypadku modulacji amplitudowej AM zwykle jest sygnałem audio.
W celu zrozumienia podstaw Modulacji Amplitudy (ang. Amplitude Modulation - AM)
i
Modulacji Częstotliwości (ang. Frequency Modulation - FM) należy zapoznać się z takimi pojęciami jak:
-
zamiana częstotliwości,
modulacja,
nośna (fala nośna, sygnał nośny),
wiadomość, itp.:
W telekomunikacji, w której wykorzystywane są wspomniane rodzaje modulacji,
używane są analiza w dziedzinie częstotliwości oraz analiza w dziedzinie funkcji czasu.
Bardziej użyteczną wydaje się być analiza w dziedzinie funkcji częstotliwości, w której
wykorzystuje się urządzenie nazwane Analizatorem Widma.
Zgodnie z teorią, czysta fala sinusoidalna jest reprezentowana przez pojedynczy, dyskretny odcinek w
dziedzinie częstotliwości, który nazwany jest prążkiem. Co zostało to pokazane na rysunku 1.2.
(a) dziedzina czasu
(b) dziedzina częstotliwości
Rysunek 1.2. Przedstawienie fali sinusoidalnej w dziedzinie czasu i częstotliwości.
Nowe terminy
Pasmo podstawowe – pasmo częstotliwości zajęte poprzez sygnał niosący informację.
Nośna – sygnał o wysokiej częstotliwości (w.cz.), który jest modulowany przez sygnał wiadomości o niskiej
częstotliwości (inna nazwa to: fala nośna lub sygnał nośny).
Obwiednia – krzywa powstająca w wyniku połączenia ze sobą szczytów oraz dolin fali zmodulowanej za
pomocą modulacji AM.
fc – symbol używany dla częstotliwości fali nośnej.
fm – symbol używany dla częstotliwości modulującej.
Zamiana częstotliwości (przemieszczenie) – proces zmiany częstotliwości sygnału, powodujący jego
przemieszczenie w inne miejsce widma (częstotliwości).
Widmo częstotliwości – zakres częstotliwości w dziedzinie częstotliwości. W analizie widmowej, widmo
częstotliwości sygnału jest złożone z prążków o różnych amplitudach obrazujących określone częstotliwości
sygnałów obecne w analizowanym zakresie częstotliwości.
Wiadomość – określenie informacji lub sygnału niosącego informację.
Mikser – układ wytwarzający częstotliwości równe sumie i różnicy dwóch częstotliwości wejściowych (element
ten wykonuje mnożenie sygnałów w dziedzinie czasu, co odpowiada procesowi przemieszczenia częstotliwości
w dziedzinie częstotliwości).
Modulacja – proces modyfikujący niektóre właściwości fali nośnej (amplitudę, fazę lub częstotliwość), w taki
sposób, aby zmiana wybranej właściwości odzwierciedlała zmiany występujące w sygnale niosącym informację.
1.2. Część praktyczna
Opis ćwiczenia
Celem wykonania ćwiczenia jest poznanie zasady działania systemu telekomunikacyjnego
wykorzystującego modulację AM, w tym nadajnika AM/DSB/SSB oraz odbiornika AM/DSB. Łącząc ze sobą
Generator AM/DSB/SSB oraz Dwukanałowy Generator Funkcji można uzyskać układ nadajnika natomiast
funkcję odbiorczą pełni Odbiornik AM/DSB. Tworząc połączenie pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem
uzyskujemy podstawowy system komunikacyjny, w którego skład wchodzi nadajnik, linia telekomunikacyjna
oraz odbiornik.
Na Rysunku 1.3 zostały pokazane elementy wykorzystywane w ćwiczeniu. Składają się na nie:
- Zasilacz / Dwukanałowy wzmacniacz audio (ang. Power supply / Dual audio amplifier)
-
Dwukanałowy generator funkcji (ang. Dual function generator)
Licznik częstotliwości (ang. Frequency counter)
AM / DSB / SSB generator (ang. AM / DSB / SSB generator)
AM / DSB odbiornik (ang. AM / DSB receiver)
Oscyloskop (ang. Oscilloscope)
kanał 2
Oscyloskop
Wejście
audio
Odbiornik
AM/DSB/SSB
kanał 1
Wejście RF
Wejście
Licznik
Częstotliwości
Wyjście
AM/DSB RF
Dwukanałowy
Generator
Funkcji
Wyjście
kanau A
Wejście
audio
Genarator
AM/DSB/SSB
Rysunek 1.3. Schemat ideowy przedstawiający połączenia pomiędzy urządzeniami wykorzystywanymi w
ćwiczeniu.
Dwukanałowy Generator Funkcji jest urządzeniem, które w tym ćwiczeniu służy do
wytworzenia sygnału modulującego. Z wyjścia kanału A (ang. output A) Dwukanałowego
Generatora Funkcji, sygnał podawany jest na wejście audio (ang. audio input) Generatora
AM / DSB / SSB, który to z kolei wytwarza sygnał zmodulowany o wysokiej częstotliwości.
Sygnał o zmodulowanej amplitudzie podawany jest z wyjścia AM / DSB / SSB (ang. AM /
DSB / SSB output) Generatora AM / DSB / SSB na wejście RF (ang. RF input) Odbiornika
AM / DSB / SSB. Za pomocą Oscyloskopu możliwa jest obserwacja sygnału odbieranego
przez Odbiornik AM / DSB / SSB w dziedzinie czasu i porównanie go z sygnałem
modulującym wytwarzanym przez Dwukanałowy Generator Funkcji. W ćwiczeniu używany
jest Licznik Częstotliwości, który służy do odczytu częstotliwości sygnału fali nośnej.