بررسی سیستم های مخابراتی

    
بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی سیستم های مخابراتی
فصل ۱: اجزای یک سیستم رادیویی
مدولاسیون
مقایسه سیستمهای مدولاسیون
نویز الکتریکی
حلقه های قفل شده در فاز
توصیف ساده عملکرد PLL
آشکارساز فاز
اصلاحات PLL
فصل ۲: مدولاسیون
مدولاسیون دامنه
سیستمهای دو کنار باندی و تک کنار باندی
روش تغییر فاز
مدولاسیون زاویه
مدولاسیون فاز FM
مدولاسیون فرکانس FM
تعریف ضریب مدولاسیون  برای FM
طیف امواج مدوله شده زاویه ای
تحلیل نویز
داتاکید در سیستمهای FM
مدولاسیون پالس
مدولاسیون زمان پالس PTM
مدولاسیون کدهای پالسی PCM
فصل ۴:
گیرنده های FM
مشخصات آشکار ساز FM
پاسخ به سیگنال های تداخلی و نویز
جداسازها
آشکارساز با PLL
آشکار ساز برای FM دیجیتالی
نمونه ای از یک گیرنده FM کامل
اعوجاج مدولاسیون تداخلی و بایاس
فصل ۵
فرستنده های FM
مدولاتورهای تغییر فاز
فصل ۶
مدولاتورهای FM
فصل ۷
دمولاتور FM
تقدیر نامه

مقدمه
زمان زیادی از اولین پیامی که مارکونی مخترع رادیو مخابره کرد نمی گذرد. اما در همین زمان کم ارتباطات توسعه فراوانی داشته است. با توجه به پیشرفت های اخیر در زمینه ارتباطات نام عصر ارتباطات برای قرن حاضر بسیار مناسب است عمده ارتباطات و ارسال امواج مخابراتی توسط دو موج FM و AM صورت می گیرد.
مدارات مخابراتی برای دستگاههای فرستنده و گیرنده ، جدا
کننده ها، تقویت کننده ها ، که خود انواع مختلف دارند با استفاده از مدل ها و روابط ریاضی تعریف می شوند. آماده سازی و ارسال امواج توسط موج (FM) برای مخابره اطلاعات و پیامها (مدولاسیون FM) و دریافت کردن و جداسازی اطلاعات فرستاده شده جهت استفاده کازربر (مدولاسیون FM) موضوع مورد بررسی این پروژه می باشد.
اجزای یک سیستم رادیویی
فرآیندی که طی آن پیام اصلی به شکل مناسب برای انتقال تبدیل می‌شود مدولاسیون نام دارد. در فرآیند مدولاسیون مشخصه ای – مانند دامنه، فرکانس یا فاز – از یک حامل  فرکانس بالا متناسب با مقدار لحظه ای سیگنال مدوله کننده (پیام) تغییر می کند. به این ترتیب محتویات پیام اصلی به بخشی از طیف فرکانسی در حوالی فرکانس حامل منتقل می شود. در گیرنده فرآیند معکوس صورت گرفته، آشکارساز سیگنال اصلی را بازیابی می کند.
در شکل  1  نمودار بلوکی ساده ای از یک فرستنده و یک گیرنده رادیویی نشان داده شده تا پردازشهای انجام گرفته بر روی سیگنالها نشان داده شود. عمل هر بلوک در زیر تشریح شده است.
۱. منبع سیگنال پیام می تواند میکروفون، سوزن گرام، دوربین تلویزیون و یا دیگر وسایل تبدیل کننده اطلاعات مطلوب به سیگنال الکتریکی باشد.
۲. سیگنال تقویت شده معمولاً برای محدود شدن پهنای باند از یک فیلتر پایین گذر عبور داده می شود.
۳. نوسانساز RF فرکانس حامل یا کسر صحیحی از آن را ایجاد می‌کند. چون برای ماندن گیرنده در فرکانس اختصاص یافته به آن، پایداری نوسانساز باید خوب باشد این نوسانساز معمولاً توسط کریستال کوارتز کنترل می شود.
۴. یک یا چند طبقه تقویت کننده سطح توان سیگنال نوسانساز را به حد لازم در ورودی مدولاتور می رساند. برای دستیابی به یک بازده خوب در صورت امکان از تقویت کننده های کلاس C استفاده می شود. مدار خروجی در یک هارمونیک فرکانس ورودی تنظیم می شود و به این ترتیب عمل «چند برابر کردن فرکانس» صورت می گیرد تا فرکانس حامل مضرب صحیحی از فرکانس نوسانساز باشد.
۵. مدولاتور سیگنال و مولفه های فرکانسی حامل را ترکیب کرده، یکی از انواع موجهای مدوله شده بخش   را ایجاد می کند. در سیستم ساده شده شکل  1  طیف سیگنال خروجی در حوالی فرکانس حامل RF مطلوب قرار دارد. در بسیاری از فرستنده ها یک نوسانساز و مخلوط کننده دیگر (شبیه بلوکهای ۱۰ و ۱۱) بین بلوکهای ۵ و ۶ قرار می گیرد تا موج مدوله شده به گستره فرکانسی بالاتری برود.
۶. پس از مدولاسیون تقویت کننده های دیگری لازم است تا توان سیگنال به مقدار مطلوب برای تحویل شدن به آنتن برسید.
۷. آنتن فرستنده انرژی RF را به یک موج الکترومغناطیسی با پلاریزاسیون مطلوب تبدیل می کند. اگر تنها یک گیرنده (ثابت) مورد نظر باشد، آنتن طوری طرح می شود که انرژی تشعشعی تا حد ممکن در جهت آنتن گیرنده  منتشر شود.
۸ . آنتن گیرنده ممکن است همه جهته و یا در مورد مخابرات فقط به نقطه جهتدار باشد. موج منتشر شده ولتاژ کوچکی در آنتن گیرنده القا می کند. ولتاژ القایی، بسته به شرایط متفاوت بین چند ده میلی ولت تا کمتر از ۱ میکرو ولت است.
۹ . طبقه تقویت کننده RF توان سیگنال را به مقدار مناسب برای ورودی مخلوط کننده می رساند و به جداسازی نوسانساز محلی از آنتن نیز کمک می کند. این طبقه فرکانس گزینی چندانی ندارد و تنها سیگنالهای خیلی دور از فرکانسهای کانال مورد نظر را حذف می کند. داشتن یک تقویت کننده قبل از مخلوط کننده به خاطر نویز غیر قابل اجتناب مخلوط کننده نیز مطلوب است.
۱۰ . نوسانساز محلی گیرنده طوری تنظیم می شود که فرکانس آن،   ، به اندازه فرکانس میانی،   ، با فرکانس ورودی،   ،‌ داشته باشد؛ یعنی   می تواند مقادیر   و   را داشته باشد.
۱۱ . مخلوط کننده یک عنصر غیر خطی است که فرکانس دریافتی   را به فرکانس میانی   می برد. موج مدوله شده سوار بر حامل نیز به فرکانس میانی برده می شود.
۱۲. تقویت کننده IF توان سیگنال را به حد مناسب برای آشکارسازی می رساند و فرکانس گزینی آن در حدی است که سیگنال مطلوب را گذرانده و سیگنالهای نامطلوب موجود در خروجی مخلوط کننده را حذف می کند. چون مدارهای تنظیم شده موجود در بلوکهای ۱۱ و ۱۲ همیشه در فرکانس ثابت   کار می کنند می توان آنها را طوری طراحی کرد که فرکانس گزینی بالایی داشته باشند. در این بلوکها غالباً از فیلترهای سرامیکی یا کریستالی استفاده می شود.
۱۳ . آشکار ساز سیگنال پیام را از ورودی مدوله شده IF جدا می‌کند.
۱۴. تقویت کننده صوتی یا تصویری توان خروجی آشکارساز را به حد مطلوب برای دادن به بلندگو، صفحه تلویزیون، یا دیگر دستگاههای خروجی می رساند.
۱۵. دستگاه خروجی سیگنال اطلاعات را به شکل اصلی (موج صوتی، تصویر و غیره) تبدیل می کند. علاوه بر اینکه سیگنال مطلوب توسط گیرنده پردازش می شود، نویز الکتریکی در مسیر انتشار به سیگنال مطلوب اضافه می شود. همچنین در تقویت کننده RF ، نوسانساز محلی، مخلوط کننده و دیگر طبقه ها نیز نویز تولید می شود. نمودار بلوکی شکل ۱   تنها برای نشان دادن کل سیستم آورده شده است. سیستمهای فرستنده و گیرنده در عمل آنقدر می توانند تغییر کنند که هیچ بلوکی را نمی توان به عنوان یک بلوک اصلی در نظر گرفت. در فصلهای بعد آرایش عمومی فرستنده ها و گیرنده های کاربردهای خاص مورد بحث قرار خواهد گرفت.
۱-۱- مدولاسیون
فرض می کنیم ولتاژ موج حامل مدوله نشده به این صورت باشد:
(۱)                 ر
که در آن،   فرکانس (رادیانی) حامل،   دامنه و   یک زاویه فاز دلخواه است.
در موج دامنه ای مدوله شده (AM) انحراف دامنه،   از مقدار غیر مدوله شده اش با مقدار لحظه ای سیگنال مدوله کننده متناسب است. به عبارت دیگر اگر سیگنال مدوله کننده   باشد، دامنه حامل باید به صورت زیر با زمان تغییر کند:
(۲)                 
که در آن   ضریب مدولاسیون نامیده می شود.
۱-۲- مدولاسیون زاویه ای
در مدولاسیون زاویه ای به جای دامنه زاویه   معادله (۱) متناسب با سیگنال مدوله کننده از مقدار غیر مدوله شده اش منحرف می شود. مدولاسیون فاز و مدولاسیون فر کانسی شکلهای خاص مدولاسیون زاویه هستند. در  مدولاسیون فاز (PM) زاویه   معادله (۱) متناسب با سیگنال مدوله کننده   تغییر می کند. در مدولاسیون فرکانسی (FM) مقدار لحظه ای فرکانس
شکل ۱
شکل ۲
شکل ۳
شکل ۴
شکل (الف) یک موج مدوله کننده مثلثی؛ و موجهای (ب) AM ، (ج) FM و (د) RM حاصل از آن.
متناسب با مقدار لحظه ای   تغییر می کند. در هر دو مورد دامنه موج ثابت می ماند. شکل ۱-۲ موجهای AM ، PM و FM حاصل از یک سیگنال مدوله کننده مثلثی را نشان می دهد…