Transcript Document
ELG3575 Introduction to Communication Systems Modulation et Démodulation des signaux FM Génération des signaux FM à large bande (WBFM) • Méthode directe – Oscillateur commandé en tension (VCO) m(t) VCO sFM(t) • Méthode indirecte – Méthode d’Armstrong m(t) NBFM mod @ fc nonlinéarité BPF @ nfc sWBFM(t) @ nfc Méthode d’Armstrong • Modulateur NBFM Accos(2fct) Acsin(2fct) t t m(t) ()d 0 m( )d 0 2kf + Trans. Hilbert × + sNBFM(t) - Méthode d’Armstrong • Nonlinéarité – vo = a1vi+a2vi2+a3vi3+… – vi(t) = sNBFM(t). – Exemple sNBFM(t) = Accos(2fct+2kf∫m(t)dt) = Accos(qi(t)). – vo(t) = a1sNBFM(t)+ a2s2NBFM(t)+ a3s3NBFM(t)… – vo(t) = a1 Accos(qi(t))+a2 Ac2cos2(qi(t))+a3 Ac3cos3(qi(t)) … – vo(t) = a1 Accos(qi(t))+a2 Ac2/2+(a2 Ac2/2)cos(2qi(t))+ (3a3Ac3/4)cos(qi(t))+(a3Ac3/4)cos(3qi(t)) … – nqi(t) = 2(nfc)t+2(nkf)∫m(t)dt (fréquence porteuse = nfc et kf’ = nkf alors bF’ = nbF). • Filtre passe bande passe la composante spectrale @ f = nfc. Démodulation des signaux FM • Dérivateur suivi d’un détecteur d’enveloppe • Discriminateur de fréquence. • Compteur de fréquence. Dérivateur suivi d’un détecteur d’enveloppe sFM(t) d/dt x(t) Détecteur d’enveloppe y(t) Bloqueur DC z(t)=Km(t) Dérivateur suivi d’un détecteur d’enveloppe x(t ) dsFM (t ) dt d Ac cosq i (t ) dt dq (t ) i Ac sinq i (t ) dt 2Ac f i (t ) sin 2f c t 2k f m(t )dt 2Ac f c k f m(t ) sin 2f c t 2k f m(t )dt fc >> |kfm(t)| alors 2Ac(fc+kfm(t)) > 0. Exemple • m(t) = cos210t, fc = 100, Ac = 2, kf = 40 Hz/V. • sFM(t) = 2cos(2100t+4sin210t) • x(t) = 4(100+40cos210t)sin(2100t+4sin210t+) 1 m(t) 0.5 0 -0.5 -1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 2 sFM(t) 1 0 -1 -2 2000 x(t) 1000 0 -1000 -2000 2Ac(fc+kfm(t)) Dérivateur suivi d’un détecteur d’enveloppe • Sortie du détecteur d’enveloppe – y(t) = 2Ac(fc+kfm(t)) = 2Acfc + 2Ackfm(t) – En supposant que m(t) n’a pas de composante c.c. (M(f) = 0 for f = 0), • La sortie du bloqueur c.c. (typiquement un transformateur) – z(t) = 2Ackfm(t) = Km(t). Variations de l’amplitude du signal reçu • La puissance du signal reçue est A2/2. • La puissance reçue est affectée par la distance entre le transmetteur et le récepteur. • Les conditions entre le transmetteur et le récepteur affectent aussi la puissance reçue (pluie, obstructions etc) • La variation de la puissance reçue affecte l’amplitude du signal reçu. • r(t) = A(t)cos(qi(t)). Sortie du dérivateur quand l’amplitude varie x(t ) dr(t ) dt d A(t ) cosqi (t ) dt dq i (t ) dA(t ) A(t ) sin q i (t ) cosq i (t ) dt dt 2A(t ) f i (t ) sin 2f c t 2k f m(t )dt 2A(t ) f c k f m(t ) sin 2f ct 2k f m(t )dt dA(t ) cos 2f c t 2k f m(t )dt dt Exemples • • • • • • • • Exemple 1 m(t) = cos210t, fc = 100, A(t) = 2e-t/3, kf = 40 Hz/V. sFM(t) = 2cos(2200t+4sin210t) x(t) = 4e-t/3(100 + 40cos210t)sin(2100t + 4sin210t+) - (2/3)e-t/3cos(2200t+4sin210t) Exemple 2 m(t) = cos210t, fc = 100, A(t) = 2(1-t), kf = 40 Hz/V. sFM(t) = 2cos(2200t+4sin210t) x(t) = 4(1-t)(100 + 40cos210t)sin(2100t + 4sin210t+) - 2tcos(2200t+4sin210t) 1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 2 1 0 -1 -2 2000 1000 0 -1000 -2000 1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 2 1 0 -1 -2 2000 1000 0 -1000 -2000 Conclusion • Quand l’amplitude du signal reçu vari, la sortie du détecteur d’enveloppe aura une distorsion. • Solution: 1) limiteur passebande, 2) employer un détecteur qui n’utilise pas un dérivateur (compteur de fréquence du Lab 3). • Un deuxième désavantage du dérivateur est que sa sortie a un amplitude élevé à la fréquence fc. – Discriminateur de fréquence Discriminateur de fréquence • Similaire au dérivateur • L’amplitude du signal d’entré au détecteur d’enveloppe est plus bas. x1(t) H1(f) E.D y1(t) + sFM(t) H2(f) E.D x2(t) + y2(t) Km(t) H1(f) and H2(f) f c B2 f f c B2 j 2a( f f c B2 ), H1 ( f ) j 2a( f f c B2 ), - f c B2 f f c B2 0, otherwise f c B2 f f c B2 j 2a ( f f c B2 ), H 2 ( f ) j 2a ( f f c B2 ), - f c B2 f f c B2 0, otherwise H1(f)/j H2(f)/j SFM(f)H1(f) et son enveloppe complexe • X1(f) = SFM(f)H1(f) = (1/2)S+(f)j2a(f-fc+B/2) + (1/2)S(f)j2a(f+fc-B/2) • La transformée de Fourier de l’enveloppe complexe du signal x1(t) est: ~ X1( f ) ~ x1 (t ) S ( f f c ) j 2a( f B2 ) ~ S FM ( f ) j 2a( f B2 ) ~ B ~ aj2fS FM ( f ) aj2 2 S FM ( f ) s FM (t ) d~ a jB~ s FM (t ) dt Similairement ~ s FM (t ) d~ ~ x2 (t ) a jBs FM (t ) dt s (t ) Ac e jq i (t ) Ac e j ( 2f c t 2k f m ( t ) dt ) j 2k f m (t ) dt ~ s FM (t ) Ac e d~ s FM (t ) j 2k f m (t ) dt j 2k f Ac m(t )e dt 2k f m(t ) j 2k f m (t ) dt ~ x1 (t ) ajAc B 1 e B 2k f m(t ) j 2k f m (t ) dt ~ x2 (t ) ajAc B 1 e B 2k f m(t ) x1 (t ) Ac Ba1 cos 2 f t 2 k m ( t ) dt c f B 2 2k f m(t ) x2 (t ) Ac Ba1 cos 2f c t 2k f m(t )dt B 2 y1 (t ) y 2 (t ) 4Ac ak f m(t ) Km(t )