Transcript
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 1/15 Data Communication Laboratory
สาขาวชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
วชา Data Communication Laboratory
การทดลองท 4 Digital Modulation techniques for data communication
วตถประสงค 1. ศกษารปแบบของการแปลงสญญาณดจตอลเปนสญญาณแอนะลอก 2. เพอเขาใจวธการของมอดเลชนแบบ ASK, FSK, BPSK, และ QAM 3. ศกษาการมอดเลตจากการสรางวงจรภาคสงและภาครบ 4. ศกษาผลกระทบของสญญาณรบกวนตอผลการแปลงสญญาณกลบสาหรบแตละมอดเลชนเทคนค
ทฤษฎ จดประสงคในการมอดเลตสญญาณดจตอลนนกเพอทาใหสามารถสงขอมลดจตอลไปไดระยะทางไกลโดย
ผานชองสญญาณทเหมาะสาหรบการสงสญญาณแอนะลอก เทคนคการมอดเลตสญญาณดจตอลสามารถทาไดหลายเทคนค หลกการมอดเลตสญญาณดจตอล คอ การใชสญญาณพาห (Carrier Signal) ซงเปนสญญาณแอนะลอก นาพาเอาบตขอมลไปยงชองทางการสงสญญาณ เทคนคการนาพาบตขอมลสามารถทาไดดวยการเปลยนคณสมบตของสญญาณพาห ไดแก ขนาด (Amplitude), ความถ (Frequency) และ เฟส (Phase) ตามคาขอมลบตทตองการแปลงสญญาณ สญญาณพาหทนยมใชจะเปนคลนไซน (Sine Wave) ตวอยางเทคนคการมอดเลตสญญาณดจตอล ไดแก ASK (Amplitude-Shift Keying), FSK (Frequency-Shift Keying), PSK (Phase Shift) และ QAM (Quadrature Amplitude Modulation) เปนตน
การมอดเลตแบบดจตอลทางแอมพลจด (ASK : Amplitude-Shift Keying) เปนการเปลยนคาขนาดแรงดนของสญญาณพาหคลนไซน ตามบตขอมล
คาบตขอมลเปน ‘0’ ใหคาขนาดแรงดนของสญญาณพาหเทากบ A1 คาบตขอมลเปน ‘1’ ใหคาขนาดแรงดนของสญญาณพาหเทากบ A2
ตวอยางเชน ให A1 = 0 V และ A2 = 5 V ผลการมอดเลตแบบ ASK เปนดงรปท 4.1
รปท 4.1 แสดงสญญาณขอมลดจตอล และสญญาณการมอดเลตสญญาณดจตอลดวยเทคนค ASK
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 2/15 Data Communication Laboratory
ในทางปฎบตการปรบเปลยนขนาดแรงดนของสญญาณพาหตามคาบตขอมลทาไดโดยการสงขอมลดจตอล ผานวงจรกรองความถตา (Low Pass Filter: LPF) หลงจากนนนาผลลพธทไดมาปรบขนาด แลวจงนาไปคณกบสญญาณพาห ดงรปท 4.2
รปท 4.2 แสดง Block diagram และ สญญาณทไดจากการมอดเลตสญญาณดจตอลแบบ ASK ในทางปฎบต
สาหรบขนตอนการถอดสญญาณกลบ หรอ ASK Demodulation นน เปนขนตอนยอนกลบของการทา ASK Modulation ดงรปท 4.3
รปท 4.3 แสดง Block diagram สาหรบการทาแปลงสญญาณกลบสาหรบ ASK Demodulation
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 3/15 Data Communication Laboratory
การมอดเลตแบบดจตอลทางความถ (FSK : Frequency Shift Keying) เปนการเปลยนคาขนาดความถของสญญาณพาหคลนไซน ตามบตขอมล
คาบตขอมลเปน ‘0’ ใหความถของสญญาณพาหเทากบ f1 คาบตขอมลเปน ‘1’ ใหความถของสญญาณพาหเทากบ f2
ตวอยางผลลพธของการมอดเลแบบ FSK ดงแสดงในรปท 4.4
รปท 4.4 แสดงสญญาณขอมลดจตอล และสญญาณการมอดเลตสญญาณดจตอลดวยเทคนค FSK
การมอดเลตแบบดจตอลทางเฟส (PSK : Phase Shift Keying) การมอดเลตแบบ PSK เปนการเปลยนคาเฟส ของสญญาณพาหคลนไซน ตามบตขอมล เทคนคทงายทสด
สาหรบมอดเลตแบบ PSK คอ BPSK (Binary Phase Shift Keying) หรอ PRK (Phase Reversal Keying) หรอ Biphase Modulation เปนการมอดเลตสญญาณดจตอล โดยทเปลยนขอมลดจตอลเปนสญญาณแบบสองขว (Bipolar) แลวทาการมอดเลตกบสญญาณคลนพาห ลกษณะของสญญาณ BPSK เปนดงน
( ) cos 2 ; 0cs t Am t f t t T สมการท 4-1
โดยท A คอคาคงท m t คอสญญาณอนพทมคา +1 และ –1
cf คอความถของสญญาณคลนพาห T คอชวงเวลาของบต
ดวยการมอดเลตแบบ BPSK นนเอาทพททจะเปนไปไดเพยงสองเฟสโดยทมสญญาณคลนพาหเพยงความถเดยว โดยเอาทพทตวแรกจะเปนตวแทนของสญญาณไบนาร “1” และเอาทพทตวทสองจะเปนตวแทนของสญญาณไบนาร “0” ดงรปท 4.5
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 4/15 Data Communication Laboratory
รปท 4.5 แสดงสญญาณขอมลดจตอลแบบสองขว และสญญาณการมอดเลตสญญาณดจตอลดวยเทคนค BPSK
เมอสญญาณอนพททเปนสญญาณดจตอลมการเปลยนสถานะ ( จาก “0” เปน “1” หรอ จาก “1” เปน “0”) ทาใหเอาทพทเปลยนเฟสไป 180๐ ซงทาใหแทนลกษณะการมอดเลตสญญาณดจตอลดวยเทคนค BPSK ไดดงน
คาบตขอมลเปน ‘0’ ใหมมเลอนของสญญาณพาหเทากบ 0 คาบตขอมลเปน ‘1’ ใหมมเลอนของสญญาณพาหเทากบ
จากทกลาวมาสามารถเขยนสมการของการมอดเลตสญญาณดจตอลดวยเทคนค BPSK อกรปแบบไดดงน
cos 2 ; 1( )
cos 2 ; 0c
c
A f t binarys t
A f t binary
สมการท 4-2
ในรปท 4.6 (a) นนเปนการแสดงสญญาณดจตอลทมสญญาณขอมลเปน 0 1 0 1 0 0 1 เมอทาการมอดเลตแบบ BPSK จะไดสญญาณเอาทพทในดงรปท 4.6(b)
รปท 4.6 แสดงสญญาณขอมลดจตอลแบบสองขว และสญญาณการมอดเลตสญญาณดจตอลดวยเทคนค BPSK
บลอกไดอะแกรมการมอดเลตแบบ BPSK แสดงดงรปท 4.7 (a) บลอกไดอะแกรมของการดมอดเลตแบบ BPSK แสดงดงรปท 4.7 (b)
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 5/15 Data Communication Laboratory
(a)
(b) รปท 4.7 แสดง Block diagram สาหรบการมอดเลตและดมอดเลตแบบ BPSK
การดมอดเลตสญญาณ BPSK การมอดเลตแบบ BPSK สามารถทาไดโดยการนาสญญาณคลนพาหคณกบสญญาณทรบเขามาได
ซงสามารถเขยนเปนสมการไดดงน
( ) cos 2 cos 2
0.5 cos 4 0.5
c c
c
r t Am t f t f t
Am t f t Am t
สมการท 4-3
เมอผานวงจรฟลเตอรแบบความถตาผานจะไดสญญาณ 0.5Am t ซงเปนสญญาณไบนาร การมอดเลตแบบ QAM เปนการเปลยนคณสมบตของสญญาณพาหคลนไซนตามบตขอมลถง 2 คณลกษณะคอ คาขนาดแรงดน และ
มมเฟส สามารถเลอกเงอนไขการเปลยนคาขนาดแรงดน และมมเฟสตามลกษณะของ QAM เชน 8-QAM สามารถเลอกคาขนาดและมมไดหลายแบบ เชน ม 1 คาขนาดแรงดน และ 8 มมเฟส หรอ ม 2 คาขนาดแรงดน และ 4 มมเฟส ไดเชนกน
ซงคาขนาดและมมเลอนทถกเลอกใชสาหรบ QAM สามารถแสดงไดในกราฟ Constellation diagram โดยรศมของพกดของแตละจดจากจดศนยกลางของ Constellation diagram แสดงถงขนาดของสญญาณพาห และ มมของพกดแตละจดเปนมมเลอนของสญญาณพาหนนเอง ตวอยางของ Constellation diagram ของ 8-QAM และ 16-QAM แสดงในรปท 4.8
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 6/15 Data Communication Laboratory
สาหรบเทคนคการสรางสญญาณ QAM ทาไดดงแสดงในรปท 4.9 โดยทางภาคสงจะทาการสรางสญญาณ QAM หนงชดทเปนตวแทนขอมล 2 บต จงมสวนของการแปลง serial-to-parallel มาชวย เพอทาใหสามารถสงสญญาณ 2 บต ( X และ Y)ไปบนสญญาณพาหทความถเดยวกน โดยเอาสญญาณบตท 1 (X) คณกบสญญาณพาหทเปนสญญาณ cosine สวนบตท 2 (Y) จะถกคณกบสญญาณพาห cosine ทเลอนไป 90 องศา นนคอ สญญาณพาห sine นนเอง จากนน สญญาณของทงสองบตจะถกรวมเพอสงออกไปพรอมกนเปนสญญาณ QAM
สวนทภาครบจะนาสญญาณ QAM ทไดรบ มาทาการถอดสญญาณบต X และ บต Y ทละบต แลวจงจดเรยงลาดบบตขอมลสงออกไป (Parallel-to-Serial) โดยการถอดบตขอมลบต X สามารถทาไดดวยการนาสญญาณ QAM คณกบสญญาณพาห cosine อยางไรกด เมอสญญาณเดนทางผานชองนาสญญาณ สญญาณอาจมการเลอนตว ทาใหสญญาณ QAM ทไดรบอาจเลอนไปจากทภาคสงสงออกมา ดงนน จงตองมการ Sync สญญาณพาห cosine ของภาครบใหตรงกบภาคสง โดยปรบเลอนใหสญญาณพาหตรงกบสญญาณ QAM ดวย phase shifter จากนน กรองสญญาณดวน LPF เพอกาจดสญญาณรบกวน สดทายจะตองมการตดสนใจวาสญญาณทไดรบ ควรเปนขอมล ‘0’ หรอ ‘1’ ซงทาไดโดยใช Decision Maker สดทายจะไดสญญาณบต X กลบออกมาทภาครบ สวนขนตอนในการถอดขอมลบต Y ทาไดเชนเดยวกน
a) Circular 8-QAM b) Rectangular 8-QAM
c) Rectangular 8-QAM d) Circular 16-QAM
รปท 4.8 แสดง Constellation Diagram ของการมอดเลตแบบ QAM
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 7/15 Data Communication Laboratory
(a)
(b) รปท 4.9 แสดง Block diagram แสดง (a) เทคนคการมอดเลชน และ (b) ดมอดเลชนสญญาณแบบ 4-QAM
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 8/15 Data Communication Laboratory
การทดลองท 4.1 ศกษาการทางานเบองตนของการแปลงสญญาณดวยเทคนค ASK Modulation และ Demodulation
การทาการแปลงสญญาณดวยเทคนค ASK modulation สามารถทาไดตาม process ทแสดงในรปท 4.2 โดย 1. ใชโปรแกรม TutorTIMS-Adv-net30 เลอก Module และ ตอ Module ตามรปท 4.10
รปท 4.10 แสดงการเชอมตอ netTIMS Modules สาหรบการแปลงสญญาณเดวยเทคนค ASK
2. เปรยบเทยบระหวาง X ของ Sequence Generator, OUT ของ Tunable LPF, และ kXY ของ Multiplier 2.1 ปรบคาความถตรงปม TUNE ใหมคาเปนความถตามากๆ และ เลอกคา Gain มาหนงคา จากนน
บนทกผลสญญาณทง 3 สญญาณ เทยบกน พรอมทงบนทกคา TUNE และ GAIN
TX: ASK Modulator
RX: ASK Demodulator
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 9/15 Data Communication Laboratory
รปท 4.11 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator, OUT ของ Tunable LPF และ
kXY ของ Multiplier เมอเลอกคาความถเปนความถตา
2.2 เปลยนคาความถเปนคาความถสงขนจนรปของสญญาณทไดตางจากรปในขอ 2.1 อยางชดเจน จากนน บนทกผลสญญาณทง 3 สญญาณ เทยบกน พรอมทงบนทกคา TUNE และ GAIN
รปท 4.12 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator, OUT ของ Tunable LPF และ
kXY ของ Multiplier เมอเลอกคาความถเปนความถสง
3. บนทกผลเปรยบเทยบสญญาณฝง ASK Demodulator ทจด kXY ของ Multiplier, OUT ของ Tunable LPF, และ OUT1 ของ Decision Maker
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 10/15 Data Communication Laboratory
รปท 4.13 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ kXY ของ Multiplier, OUT ของ Tunable LPF,
และ OUT1 ของ Decision Maker
3. จงพจารณาเทยบผลลพธจากการแปลงสญญาณกลบในขอ 2 กบสญญาณ X จาก Sequence Generator วาตรงกนกบ OUT1 ของ Decision Maker หรอไม อธบายความเหมอนหรอความตางของสญญาณASK ทได
____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 11/15 Data Communication Laboratory
การทดลองท 4.2 ศกษาการทางานเบองตนของการแปลงสญญาณดวยเทคนค QAM Modulation และ Demodulation
1. ใหนกศกษาใชโปรแกรม TutorTIMS-Adv-net30 สรางการทดลอง โดยทาการเชอมสายสญญาณตามทแสดงในแบบจาลองรปดานลาง (ใหใชสญญาณ sin( )t 2 kHz MESSAGE เพอใชสรางชดสญญาณขอมล X และ Y ของ Sequence Generator (กาหนดใหใชสเหลอง), สวนความถของสญญาณพาห (Carrier) ใหใชความถ 100 kHz และ B.CLK ของ Decision Maker ใหใช TTL 100 kHz (Decision Maker Module สามารถรองรบสญญาณ 2 ชด ของ X และ Y ได)
รปท 4.14 แสดง Modules ทใชสาหรบแปลงสญญาณดวยเทคนค QAM (MOD และ DEMOD)
TX: QAM Modulator
RX: QAM Demodulator
2 kHz MESSAGE
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 12/15 Data Communication Laboratory
2. เปรยบเทยบระหวางสญญาณ X ของ Sequence Generator และ สญญาณหลงจากทผาน Multiplier (kXY)
รปท 4.15 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator และ kXY
3. เปรยบเทยบระหวาง X ของ Sequence Generator และ สญญาณ QAM ตรงจด output ของ Adder Module เมอ
ปรบคา G และ g ทตางกน 2 ค บนทกคา
คท 1:
รปท 4.16 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator และ สญญาณ QAM ตรงจด output ของ Adder Module (คา G และ g คท 1)
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 13/15 Data Communication Laboratory
คท 2 :
รปท 4.17 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator และ สญญาณ QAM ตรงจด output ของ Adder Module (คา G และ g คท 2)
3. เปรยบเทยบระหวาง Output (kXY) ของ Multiplier Module ทตวรบ, output ของ Tunable LPF, และ สญญาณ Output ของ Decision Maker Module ใหนกศกษาลองปรบคาพารามเตอรของ Phase Shifter, Tunable LPF และ Decision Maker Module เพอใหผลลพธการดมอดเลต(Output) จาก Decision Maker Module ตรงกบสญญาณ X ของ Sequence Generator
บนทกคา
Phase Shifter Module:
Tunable LPF Module:
Decision Maker:
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 14/15 Data Communication Laboratory
รปท 4.18 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator, Output (kXY) ของ Multiplier Module ทตวรบ, และ output ของ Tunable LPF
รปท 4.19 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ X ของ Sequence Generator และ
สญญาณ Output ของ Decision Maker Module
ชอ .นามสกล .รหสนกศกษา .Sec .
1 December 2009 15/15 Data Communication Laboratory
4. ใหตอเพมชดการถอดสญญาณ Y เพม โดยใหใช Decision Maker Module ตวเดยวกบชดถอดสญญาณ X
รปท 4.20 ภาพเปรยบเทยบสญญาณ Y ของ Sequence Generator, Output (kXY) ของ Multiplier Module ทตวรบ, และ output ของ ของ Decision Maker Module สาหรบถอดชดสญญาณ Y
คาถามทายการทดลอง 1. ถาไมทาการตอวงจรภาคกรองความถตาผานทตอจากเอาทพทของภาคดมอดเลตเทคนค จะสามารถดเทค
สญญาณดจตอลไดหรอไม เพราะเหตใด 2. จงคานวณหา bandwidth ของการมอดเลตทกเทคนค ทไดทดลองน 3. ถาความถของสญญาณคลนพาหมความถเปน 20 kHz วงจรภาคดมอดเลตสามารถดเทคสญญาณไดหรอไม
เพราะเหตใด
top related