Curs Radiocomunicatii Avansate

download Curs Radiocomunicatii Avansate

of 133

Transcript of Curs Radiocomunicatii Avansate

________________________________________________________________________________________________________________

UNIVERSITATEA ECOLOGIC DIN BUCURETI FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIAL I A MEDIULUI Forma de nvmnt: MASTER Specializarea: UTILIZAREA ELECTRONICI I TEHNOLOGIEI INFORMAIEI N INGINERIA ECONOMIC

CURS MASTERATPRINCIPII I TEHNOLOGII RADIOELECTRONICE AVANSATE UTILIZATE N INGINERIA ECONOMIC

Titular curs: Prof. univ. dr. ing. Tudor NICULESCU

2010 BUCURETI

________________________________________________________________________________________________________________

CuprinsCapitolul 1: Emitoare de RF Modulaia Conversia analog - digital Transmisia imaginilor Chestionar Capitolul 2: Receptoare de RF Scheme de proiectare simple Receptorul modern Etaje de predetecie Detectoare Etaje de procesare audio Recepia TV Moduri specializate Chestionar Capitolul 3: Telecomunicaii Reele Satelii Sisteme de comunicaii personale Comunicaii pentru timpul liber Fulgerul 1 1 12 13 18 21 21 24 26 29 33 35 38 42 44 44 48 50 54 57

________________________________________________________________________________________________________________

Securitate i confidenialitate Chestionar Capitolul 4: Antene Rezistena de radiaie Antene n /2 Antene n /4 Antene-bucl Sisteme terestre Ctig i directivitate Reele de antene fazate Reele de antene pasive Antene de microunde i UHF Linii de alimentare Probleme de siguran Chestionar Test pentru ntregul curs Examenul final Rspunsuri la ntrebri Bibliografie selectiv

60 67 69 69 71 74 77 80 82 85 89 92 96 98 98 100 111 128 129

________________________________________________________________________________________________________________

PREFA

Cursul se constituie ntr-un ghid de autoperfecionare n domeniul radioelectronici moderne avnd urmtoarele particulariti: nsuirea conceptelor fundamentale ale electronici cu un minimum de cunotiine matematice; explicaii concise i clar ilustrate, care fac uor de neles schemele bloc i principiile de funcionare ale montajelor complexe ; ofer soluii la probleme si exerciii din electronica real; ofer o multitudine de chestionare i teste pentru evaluarea stadiului de nsuire a cursului.

________________________________________________________________________________________________________________

CAPITOLUL 1: Emitoare de radio-frecven

Un emitor de radio-frecven (RF) utilizeaz unul sau mai multe oscilatoare pentru a genera un semnal de radio-frecven (RF) i respectiv, unul sau mai multe amplificatoare pentru a genera nivelul de putere dorit. De asemenea, unele emitoare au etaje de mixare a semnalelor. ntr-un emitor, un mixer combin dou semnale cu frecvene diferite pentru a obine frecvena de ieire, aceast a treia frecven fiind suma sau diferena primelor dou. Modulaia Modulaia este procesul de imprimare a unor date, uneori numite i informaii, asupra unui curent electric sau und electromagnetic (EM). Procesul se poate realiza prin variaia amplitudinii, frecvenei sau fazei undei. O alt metod este de a emite o serie de impulsuri, a caror durat, amplitudine sau spaiu este fcut sa varieze. Modul n care o und electromagnetic este modulat este cunoscut ca modul de emisie, tipul de emisie sau simplu, emisie. Purttoarea Inima unui semnal wireless este o und sinusoidal, de obicei avnd o frecven mult peste banda de frecven specific auzului uman. Unda este cunoscut ca purttoare. Cea mai mic frecven purttoare folosit pentru comunicaiile radio este de civa kiloheri. Cea mai mare frecven este de sute de gigaheri. Pentru un transfer eficient de date frecvena purttoare trebuie s fie de cel puin 10 ori mai mare dect cea mai mare frecven a semnalului modulator. Codul Morse Cea mai simpl form de modulare este modularea on/off. Este fcut de obicei n oscilatorul unui emitor radio cu und continu (CW). Fig. 9-1 este o diagram-bloc a unui emitor CW. Acesta este tipul de sistem cel mai des folosit pentru a emite semnale n codul Morse. Utilizarea codului sau Morse n comunicaii este nc popular n cazul operatorilor radio amatori. Codul Morse este un mod binar digital. Durata unui punct din codul Morse este egal cu durata unui digit binar sau bit. O linie este cu 3 bii mai lung. Spaiul dintre puncte i linii ntr-un caracter este de un bit. Spaiul1

________________________________________________________________________________________________________________

standard dintre caractere ntr-un cuvnt este de 3 bii. Spaiul standard dintre cuvinte este de 7 bii. Un simbol de punctuaie este trimis ca un caracter ataat la cuvntul precedent. Amplitudinea comparativ cu timpul de introducere a cuvntului a mnca n Morse este prezentat n Fig. 9-2. Nivelul de jos (purttoare complet) se numete semn, iar nivelul de sus (fr semnal) se numete spaiu. Codul Morse este una dintre cele mai lente metode cunoscute de transmitere a datelor. Operatorii umani folosesc diferite nivele de viteze de la aproximativ 5 cuvinte pe minut, la 40-50 cuvinte pe minut. Mainile, ca i computerele i terminalele de date, funcioneaz la o rat de cteva ori mai mare. Aceste sisteme de obicei, implic utilizarea tehnicii FSK (modulare cu deplasare n frecven) mai degrab dect modularea on/off.

Fig.1-1. Schema-bloc a unui emitor Morse n CW

Fig.1-2. Codul Morse pentru cuvntul a mnca transmis n CW

2

________________________________________________________________________________________________________________

Radioteleimprimator n FSK, frecvena semnalului este modificat ntre 2 valori nominale separate de cteva sute de heri. Aceast separare este numit shiftare. n unele sisteme frecvena purttoare este shiftat ntre condiiile de semn i de spaiu. n alte sisteme, o frecven audio de dou tonuri sinusoidale moduleaz purttoarea de baz. Acest ultim mod se numete AFSK (audio-FSK). Exist dou coduri comune folosite mpreun cu FSK i AFSK: Baudot (pronunat baw-DOE) i ASCII (pronunat ASK-ee). Acronimul ASCII provine de la American Standard Code for Information Interchange (Codul Standard American pentru Scimb de Informaii). Principala diferen ntre aceste dou coduri este c ASCII permite mai multe simboluri i caractere. n sistemele FSK i AFSK de tip radioteleimprimator (RTTY), o unitate de terminale (TU), cunoscut de asemenea i ca modem (o contracie a termenului tehnic modulator/demodulator), transform semnalele primite n impulsuri electrice pe care opereaz un teleimportator sau acele caractere afiate pe ecranul unui computer. TU de asemenea, genereaz semnalele necesare pentru a trimite RTTY ca i un operator care utilizeaz tastatura unui calculator. Frecvena funcie de graficul de timp pentru cuvntul a mnca n codul Morse i FSK, este prezentat n Fig. 1-3. O diagram-bloc a unui emitor AFSK este prezentat n Fig. 1-4. Modulaia de amplitudine Un semnal vocal este o form de und complex cu majoritatea frecvenelor n gama 300 heri la 3.000 heri. Amplitudinea instantanee a unei purttoare poate fi variat sau modulat de aceste forme de und, prin aceasta transmindu-se informaia vocal. Figura 1-5 prezint un circuit cu tranzistor bipolare care permite obinerea modulaiei de amplitudine (AM). Acest circuit funcioneaz eficient dac semnalul AF de intrare nu este prea puternic. Dac acest semnal este prea puternic, pot aprea distorsiuni.

Fig.1-3. Codul Morse pentru cuvntul a mnca transmis utiliznd FSK3

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.1-4. Schema-bloc a unui emitor AFSK Dou emitoare AM sunt prezentate n schema-bloc din Fig. 1-6. n figura A, este ilustrat nivelul-sczut al AM. n acest mod, toate circuitele de amplificare care urmeaz dupa modulator trebuie sa fie liniare, pentru ca acestea s nu distorsioneze forma de und. n unele emitoare, AM este realizat n ultimul etaj de amplificare n putere (PA), precum n Fig. 1-6 B. PA lucreaz n clas C i joac rol dublu: modulator i amplificator final. Din cauz c nu exist etaje de amplificare naintea modulatorului n acest tip de sistem, nu este nevoie s ne facem griji pentru linearitate amplificatoarelor.

Fig.1-5. Circuit de realizare a AM

4

________________________________________________________________________________________________________________

Aceast schem este nivelul-ridicat al AM. n ciuda faptului c a aprut de mult vreme, acest principiu este nc folosit n unele staii de emisie datorit faptului ca funcioneaz bine. Benzi laterale i factor de modulaie Extensia AM este exprimat n procente, de la 0% (o purttoare nemodulat) la 100% (modulaie complet). ntr-un semnalul AM modulat 100%, 1/3 din putere este folosit pentru transportul informaiei. Celelalte 2/3 sunt consumate de unda purttoare, care nu contribuie la transmisia informaiilor. Creterea modulaiei peste 100% cauzeaz distorsiuni ale semnalului, degradeaz eficiena emitorului i cauzeaz mprtierea semnalului peste o band larg de frecvene nedorite. n Fig. 1-7, imaginea spectral pentru un semnal radio de tip voce cu MA este prezentat. Scala orizontal este gradat n un kHz per diviziune. Scala vertical este relativ. Componentele AF, care conin datele transmise, apar ca benzi laterale de o parte i de alta a frecvenei purttoare. Energia RF care este cuprins ntre -3 kHz i frecvena purttoare, constituie banda lateral inferioar (LSB). RF cuprinse ntre frecvena purttoare i +3 kHz reprezinta banda lateral superioar (USB). Limea de band a semnalului RF este diferena dintre frecvenele minime si maxime ale benzii laterale.

5

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.1-6. n A, AM de nivel sczut, iar n B, AM de nivel ridicat ntr-un semnal AM, banda este dublul celei mai nalte frecvene audio modulate. n exemplul din Fig. 1-7, energia vocii este la sau sub 3 kHz; astfel, limea de band a semnalului complet este de 6 kHz. Aceasta este tipic pentru un semnal de comunicaii analogice de tip voce. n radiodifuziunea AM n care este transmis muzic, energia este distribuit peste o band larg. Acelai lucru este valabil i n cazul datelor transmise cu mare vitez.

Fig.1-7. Caracteristica spectral a unui semnal AM de tip voce

6

________________________________________________________________________________________________________________

Band lateral unic n MA, majoritatea puterii este concentrat n purttoare. Cele dou benzi laterale sunt dispuse n oglid una fa de cealalt. Dac purttoarea i una din benzile laterale sunt eliminate, toat puterea disponibil este utilizat pentru transmisia de date i banda poate fi redusa cu 50% sau mai mult. Semnalul vocal rmas are caracteristic spectral reprezentat n Fig. 9-8. Aceasta este trasmisia band laterala unic (SSB ). Pot fi utilizate fie LSB, fie USB; ambele moduri funcioneaz la fel de bine. Exemplul din Fig. 1-8 repezint transmisia LSB. Un emitor SSB necesit prezena unui modulator echilibrat. Acest circuit funcioneaz ca un modulator n amplitudine, cu exceptia faptului c purtatoarea este eliminat. Un modulator echilibrat este reprezentat n Fig. 9-9. Purttoarea de RF de intrare este mparit n dou i aplicat n baza celor dou tranzistoare, defazate 180o unul fa de cellat. Sunt defazate pentru c sunt preluate de la capetele opuse ale transormatorului de intrare. Aceasta genereaz undele purttoare din colectorul celor dou tranzistoare, care sunt conectate direct, astfel nct s se anuleze una pe cealalt. Anularea nu depinde de semnalul de AF de la intrare sau de partea de semnal RF asignat acestuia. Din aceast cauz, este conservat doar energia dintr-o singur SSB i nu cea din purttoare, n cadrul semnalului de ieire. Una din benzile laterale este eliminat cu ajutorul unui filtru trece band n etajul final al emitorului. n Fig.1-10 este prezentat schema-bloc a unui emitor standard cu SSB i care include filtrul trece band i etajul PA.

Fig.1-8. Caracteristica spectral a unui semnal LSB de tip voce

7

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.1-9. Schema unui modulator echilibrat cu tranzistoare bipolare

Fig.1-10. Schema-bloc a unui emitor SSB Modulaia de nivel nalt nu poate fi folosit pentru transmisia SSB. Modulatorul echilibrat este ntodeauna poziionat ntr-un segment de joas putere a emitorului. Amplificatorul de RF care urmeaz oricrui modulator de amplitudine trebuie s fie liniar pentru evitarea distorsiunilor. Amplificatorul de RF care urmeaze dup un modulator echilibrat funcioneaz n general, n clasa A, cu exceptia PA, care funioneaz n clasa AB sau B. Modulaia de frecven i faz La modulaia n frecven (FM), amplitudinea global a semnalului rmne constant i doar frecvena instantanee este variat. Amplificatoare de putere n clasa C pot fi folosite n emitarele FM far a introduce distorsiuni deoarece amplitudinea nu variaz. Deci, liniaritatea nu este o problem.8

________________________________________________________________________________________________________________

Cea mai direct metod de obinere a FM este aplicarea semnalului audio pe un varactor dintr-un oscilator acordabil. Un exemplu al acestei scheme, cunoscut ca i modulaie de reactan, este indicat n Fig. 9-11. Variaia tensiunii pe varactor (dioda varicap) cauzeaz variaia capacitii n concordan cu forma de und audio. Variaia capacitii produce variaia frecvenei de rezonan a circuitului inductan-capacitate (LC) acordabil, cauznd o deviaie a frecvenei generate de ocilator. n acest exemplu, oscilatorul este un circuit Hartley care utilizeaz un JFET cu canal N.

Fig.1-11. Modulaia de reactan pentru a obine FM O metod indirect de generare a FM este modularea fazei oscilatorului de semnal. Orice schimbare n faza instantanee a unui semnal RF sinusoidal purttor, provoac o schimbare a frecvenei instantanee. (gndiiv la o schimbare a fazei prin analogie cu schimbarea n poziie i respectiv, la o schimbare a frecvenei n analogie cu schimbarea vitezei. Nu putem avea una fr cealalt! Dar modulaia n frecven i n faz nu sunt exact acelai lucru, cum nici poziia i viteza nu reprezint acelai lucru.) Cnd este utilizat modulaia n faz, semnalul audio trebuie procesat, ajustnd rspunsul amplitudine-frecven al amplificatoarelor audio. Altfel, semnalele sun neobinuit cnd sunt auzite la intrarea unui receptor FM.

9

________________________________________________________________________________________________________________

Deviaia Deviaia este deplasarea maxim cu care frecvena instantanee a purttoarei difer de frecvena purttoarei nemodulate. Pentru majoritatea emitoarelor FM de voce, deviaia este standardizat la 5 kHz(Fig. 1-12). Deviaia care poate fi obinut prin metode de modulaie MF este mai mare, pentru o frecven dat a oscilatorului, dect deviaia care poate fi obinut folosind un modulator de faz. Deviaia poate fi marit folosind un multiplicator de frecven. Cnd un semnal MF este trecut printr-un multiplicator de frecven, deviaia de frecven este multiplicat de-a lungul frecvenei purttoare. n sistemele FM de radiodifuziune hi-fi i n alte aplicaii, deviaia este mult mai mare dect 5 kHz. Aceasta se numete FM de band larg, n comparaie cu modulaia FM de banda ngust prezentat mai sus. Deviaia pentru un semnal FM trebuie s fie cel puin egal cu cea mai mare frecven audio modulat dac se dorete obinerea unei fideliti maxime. Asfel, 5kHz este mai mult dect suficient pentru voce. Pentru muzic, o deviaie de cel puin 15 kHz pn la 20 kHz este necesar. Raportul dintre deviaia de frecven i cea mai mare frecven audio modulat se numete index (coeficient) de modulaie. Ideal, acest raport trebuie s fie ntre 1:1 si 2:1. Dac este mai mic dect 1:1, atunci semnalul sun nfundat i eficiena este sacrificat. Dac este mai mare dect 2:1, mreste banda ocupat fr a avea o mbuntire semnificativ a calitii semnalului.

Fig.1-12. Frecvena funcie de timp n cazul unui semnal FM Modulaia n impuls Cteva tipuri de modulaie n impuls (PM) a semnalelor sunt reprezentate n Fig. 1-13 ca i grafice amplitudine funcie de timp. n PM, salve ale purttoarei sunt transmise. n loc de modularea direct a undei purtatoare, unele caracteristici10

________________________________________________________________________________________________________________

ale impulsului sunt variate, ca amplitudinea fiecrui impuls, durata fiecrui impuls sau intervalul de timp dintre impulsuri consecutive.

Fig.1-13. n A, modulaia n amplitudine a impulsurilor; n B, modulaia n durat a impulsurilor; n C, modulaia n perioad a impulsurilor; n D, modulaia n cod a impulsurilor. Curbele ntrerupte reprezint intrarea analog. Liniile verticale reprezint impulsurile La modulaia impulsurilor n amplitudine (PAM), amplitudinea fiecrui impuls individual variaz n conformitate cu forma de und modulatoare (Fig. 113 A), iar impusurile au durata egal. Modulaia impusurilor in durat (PDM), denumit i modulaia impulsurilor n laime (PWM), este aratat n B. Toate impusurile au amplitudinile egale; energia variaz de la impuls la impuls deoarece unele impulsuri sunt mai lungi dect altele. Modulaia impulsurilor n perioad (PIM), denumit i modulaia impulsurilor n frecven (PFM), este artat n C. n acest mod, amplitudinea i durata impulsurilor este identic, dar11

________________________________________________________________________________________________________________

energia semnalului variaz deoarece impulsurile apar mai des sau mai rar. Impulsurile sunt generate mai des la vrfuri de modulaie i mai rar la minime de modulaie. n cadrul modulaiei impusurilor n cod (PCM), oricare din parametrii menionai mai sus- amplitudine, durat sau frecven, a unui tren de impulsuri pot fi variai. Dar dect s avem un numr infinit de stri sau nivele posibile, se prefer utilizarea doar a unui numr finit. Modul PCM este un mod mai degrab digital, dect analogic. De obicei, numrul de nivele PCM este o putere a lui 2, de exemplu 23=8 sau 24=16. Fig. 1-13 D prezint un exemplu de PCM cu 8 nivele ntre care amplitudinea impulsurilor este variat. Problema 1-1 Presupunem un semnal FM generat prin modulaie de faz, cu deviaia efectiv este 2,5 kHz. Cum poate aceasta fi marit pentru transmisia standard de voce cu 5 kHz? Soluia 1-1 Semnalul poate fi trecut printr-un dublor de frecven, care este un circuit ce produce la ieire un semnal care are dublul frecvenei semnalului de la intrare. Cnd se realizeaz acest lucru, deviaia este dublat i totodat i frecvena semnalului. Semnalul de intrare variaz desupra i sub frecvena purttoarei nemodulate cu 2,5 kHz, iar semnalul de ieire variaz astfel, desupra i sub frecvena purttoarei nemodulate cu (252) kHz adic, 5,0 kHz. Problema 1-2 Ce se ntmpl cu un semnal modulat FSK cnd este trecut printr-un dublor de frecven? Soluia 1-2 Shiftarea concomitent cu frecvena purttoarei, se dubleaz. Aadar, spre exemplu, dac semnalul de intrare are o frecven de shiftare de 85 Hz ntre condiiile de semn i spaiu, atunci semnalul de ieire va avea o shiftare de (852) Hz adic, 170 Hz. Conversia analog-digital Modulaia impulsurilor n cod, aa cum este ilustrat n Fig. 1-13D, este o form de conversie analog-digital (A/D). Un semnal vocal sau orice semnal continuu variabil, poate fi digitizat sau convertit ntr-o serie de impulsuri, a cror amplitudine poate avea doar un numr finit de stri, . Un circuit care realizeaz conversia A/D se numete convertor A/D sau ADC.

12

________________________________________________________________________________________________________________

Rezoluia de eantionare n conversia A/D, numrul de stari este ntodeauna o putere a lui 2. Aadar, fiecare stare poate fi reprezent de o secven binar de cod. Fidelitatea este mbuntit, cu ct numrul de stri crete. Numrul de stari alese se numete rezoluia de eantionare sau simplu, rezoluie. O rezoluie de 23=8 (ca n Fig. 113 D) este suficient de bun pentru transmisia de voce i este standard pentru circuitele digitale comerciale de voce. O rezoluie de 24=16 ete adecvat pentru reproducerea de muzic hi-fi. Rata de eantionare Fidelitatea unui sistem digital depinde i de frecvena cu care se realizeaz eantionarea. n general, frecvena de eantionare, adesea numita i rat de eantionare, trebuie sa fie cel puin dublul frecvenei maxime. Pentru un semnal audio de voce cu componente de pn la 3 kHz, minimul ratei de eantionare pentru digitizarea efectiv este 6 kHz; standardul comercial pentru voce este 8 kHz. Pentru transmisiile hi-fi, rata standard de eantionare este de 44,1 kHz i care este un pic mai mare dect dublul celei mai nalte frecvene perceptibile, adic 20kHz. Problem 1-3 Cum sun un semnal digitizat de voce dac reoluia de eantionare este insuficient sau dac nu toate impulsurile sunt recepionate la timp? Soluia 1-3 Semnalul ar putea s sune distorsionat, ca i cum persoana care i vorbeste ar utiliza un tub sau ca i cnd vntul ar bate n microfon. Acest fenomen este adesea observat n cazul recepiei n telefoanele mobile cnd legatura este slab datorit faptului c, impulsurile digitale sunt aruncate n timpul atenurilor de semnal rapid. Transmisia imaginilor Imaginile statice ca fotografiile sau desenele, pot fi transmise n aceeai lime de band ca i semnalele vocale. Pentru imagini de detaliu sau pentru secvene video, necesarul de lime de band crete. Faxul Imaginile statice sunt transmise prin facsmil de asemenea, numit i fax. Dac informatiile sunt trimise ndeajuns de ncet, orice cantitate de detalii poate fi13

________________________________________________________________________________________________________________

transmisa ntr-o lime de band de 2.700 Hz. n acest mod spre exemplu, funcioneaz faxul-telefon. n general, cu ct este mai detaliat o imagine transmis prin fax, pentru o lime de band constant de 2700 Hz, cu att dureaza mai mult transmiterea faxului. Pentru a transmite o imagine prin fax, un document sau o poza, acestea sunt rulate n jurul unui cilindru. Acest cilindru este rotit la o freven mic si controlat. Un fascicul de lumin scaneaz de la stnga spre dreapta, iar cilindrul deplaseaz documentul astfel ncat un singur rnd este scanat la fiecare trecere a fasciculului de lumina. Acest proces continua, linie cu linie pna cnd cadrul sau imaginea au fost scanate complet. Lumina reflectata este culeasa de un fotodetector. Parile ntunecate ale imaginii reflecta mai putina lumina dect partile luminoase, astfel ncat curentul prin fotodetector variaz. Acest curent moduleaz o purttoare. O metoda alternativa de trimitere a unui fax const n scanarea documentului cu un scanner i folosirea computerului pentru procesarea imaginii ntr-o forma potrivit pentru transmiterea ei pe linie telefonic. Televiziunea analog cu scanare rapid Pentru a obine o impresie realistic a micarii, este necesar transmiterea a cel puin 20 de cadre complete (imagini stationare) pe secund, iar detalierea trebuie s fie corespunztoare. Un sistem TV standard cu scanare rapid (FSTV) furnizeaz de regul, 30 de cadre pe secund. Sunt 525 sau 625 de linii de scanare n fiecare cadru. n televiziunea de nalt definiie (HDTV) sunt cu mult mai multe randuri; n televiziunea cu scanare lent (SSTV) sunt i mai puine linii. Imaginile au n mod traditional, un raport ntre dimensiunile pe orizontal i vertical, denumit i raport de aspect, uzual 4:3, dar n unele sisteme TV mai moderne acest raport este unul mai mare. Fiecare linie contine nuane de strlucire ntr-o scal de gri i nuante de strlucire i culoare ntr-un sistem color. n transmisiile FSTV, imaginea este transmis ca un semnal AM, iar sunetul este transmis ca un semnal FM. n telecomunicatiile SSTV, modul SSB este cel mai des utilizat. Din cauza cantitii mari de informaie transmis, un canal FSTV este larg. Un canal FSTV standard n sistemul nord-american, are nevoie de un spectru larg de 6 MHz. Aceasta nseamna de 2.000 de ori limea de band a unui semnal de voce de tip SSB. Fig. 1-14 ilustreaza o linie tipic de date dintrun semnal FSTV, aa cum ar aprea pe display-ul unui osciloscop.

14

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.1-14. Un semnal FSTV analog standard, reprezentnd o linie de date Un emitor FSTV este compus dintr-un senzor video, un oscilator, un modulator de amplitudine i o serie de amplificatoare pentru semnalul video. Sistemul audio const dintr-un dispozitiv de intrare (spre exemplu, un microfon) un oscilator, un modulator n fecven i un sistem de alimentare care cupleaz ieirea de RF ntr-un lan de amplificare video. Exist de asemenea, o anten sau un cablu de ieire. Fig. 1-15 prezint o schem-bloc a unui emitor FSTV. Televiziunea analog cu scanare lent Este posibil s fie trimis o imagine video ntr-o banda mai ngusta de 6 MHz. n SSTV acest lucru este realizat prin reducerea masiv a ratei de transmitere a cadrelor. n plus, rezoluia imaginii (detaliul) este redus. Un semnal SSTV este trimis ntr-un spectru de 2.700 Hz, acelai care este necesar pentru un semnal SSB de voce sau un semnal de fax. Un semnal SSTV de obicei, conine un cadru la fiecare 8 secunde. Astfel, sunt 120 de linii per cadru.

15

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.1-15. Schema-bloc a unui emitor FSTV analog standard Modulaia pentru SSTV alb-negru, mai corect denumit scar de gri, n comunicatiile radio este obinuta prin introducerea unor semnale audio ntr-un emitator SSB. O form de und sinusoidal AF avnd o frecven de 1.500 Hz corespunde culorii negru; o form sinusoidal avnd o frecven de 2.300 de Hz corespunde culorii alb. Frecventele audio intermediare produc nuane de gri. Semnalele de sincronizare sunt trimise la 1.200 Hz. Acestea sunt salve scurte, care dureaz 0,030 secunde (30 ms) pentru sincronizarea vertical si 0,005 secunde (5 ms) pentru sincronizarea orizontal. Uneori imaginile SSTV sunt transmise mpreuna cu date de tip voce. Componenta video este transmis ntr-o singur band lateral, n timp ce semnalul audio e transmis cu ajutorul celeilalte benzi laterale. Diferentele dintre sistemele SSTV color i SSTV cu nuane de gri sunt similare diferentelor dintre FSTV color i FSTV cu nuane de gri. Semnale separate sunt transmise pentru culorile primare, rou (R), verde (G) i albastru (B). Televiziunea de nalt definiie Termenul de televiziune de nalt definiie (HDTV) se refer la oricare din metodele de obinere a unei imagini TV de detaliu, precum si la cele de obinere a unui semnal audio de calitate superior, n comparaie cu standardele FSTV. O imagine standard FSTV are 525 de linii per cadru, dar sistemele HDTV au cu mult mai multe. De asemenea, imaginea este scanat mai des.16

________________________________________________________________________________________________________________

Televiziunea HDTV este un sistem digital, fapt care ofer un alt avantaj n fata unui sistem FSTV convenional. Semnalele digitale se propag mai bine, sunt mai uor de procesat cnd sunt slabe i pot fi procesate dup tipare diferite fa de cele utilizate n cazul semnalelor analogice. Unele sisteme HDTV folosesc scanarea ntreesut n care dou rastre sau seturi de linii de scanare sunt suprapuse mpreun. Aceasta dubleaza practic, rezoluia imaginii fr s dubleze costul echipamentului hardware. Dar, acest mod de scanare poate s produc jitter n cazul imaginilor cu micare rapid. Noi idei sunt constant dezvoltate n cadrul tehnologiei HDTV. n anul 2003, inginerii japonezi au prezentat pentru prima dat un sistem TV cu ecran mare de numit sistem video de ultra nalt definiie (UHDV). Alte tehnologii video avansate sunt dezvoltate n cazul imaginilor 3D. Principalele limitri n dezvoltarea tehnologiilor video sunt lrgimea de band care crete odata cu creterea definiiei i pentru imageria 3D, i costul, care este dincolo de posibilitile multor ceteni obinuii atunci cnd sunt construite, testate i prezentate primele prototipuri. Televiziunea digital prin satelit n ultimii ani, o noua form de televiziune, numit televiziune digitala prin satelit, a luat amploare pretutindeni n lume. Ne vom referi la acest aspect pe scurt, n capitolul urmtor cnd vom dicuta cum sunt recepionate semnalele RF. Problema 1-4 Ct ar putea fi redus limea de band a unui semnal video analogic FSTV standard, fr a fi sacrificat calitatea imaginilor i fr scderea vitezei de scanare? Soluia 1-4 Un semnal video analogic FSTV este transmis folosind AM. Aceasta nseamna ca exist o und purtatoare, concomitent cu LSB i USB. Dac semnalele ar fi convertite n SSB, limea de banda ar putea fi redus teoretic, de la 6 MHz la 3 MHz. Problema 1-5 S presupunem c o camer video FSTV este ndreptat spre un cer cu nuane de gri sau spre un perete gol gri. Care este reprezentarea n domeniul timp a semnalului video aa cum ea apare pe un osciloscop, pentru cele dou situaii?

17

________________________________________________________________________________________________________________

Soluia 1-5 Amplitudinea semnalului video ntre impulsurile de stingere este aceeai, undeva ntre alb i negru. Semnalul video cnd este vizualizat cu ajutorul unui osciloscop, este asemntor celui indicat n Fig. 1-16.

Fig.1-16. Ilustraia grafic pentru problema 1-5 Chestionar Referii-v la textul din acest capitol dac este necesar. Raspunsurile corecte sunt la sfritul crii. 1.Ce reprezinta Fig. 1-17? a) o ilustrare pe osciloscop a unui semnal FM de tip voce. b) o ilustrare n domeniul timp a unui semnal video FSTV. c) o ilustrare spectral a unui semnal USB de tip voce. d) o ilustrare digital a unui semnal CW n cod Morse.

18

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.1-17. Ilustraia grafic pentru ntrebrile 1i 2 2. Care este lrgimea de banda aproximativ a semnalului ilustrat n Fig. 1-17? a) 2,7 Hz b) 270 Hz c) 2.700 Hz d) este imposibil de spus din informaiile prezentate. 3. Pentru o fidelitate bun la sfritul lanului de recepie, deviaia pentru un semnal FM ar trebui s fie: a) mai putin de jumtate din cea mai mare frecven a modulaiei audio b) cel putin egal cu cea mai mare frecven a modulaiei audio c) mai putin dect jumatate din cea mai joas frecven a modulaiei audio d) zero, deoarece nu ar trebui s fie purttoarea la ieire. 4. Detaliul care poate fi trimis ntr-un semnal de fax a crui lrgime de band este de 2.700 Hz este: a) limitat de timpul disponibil pentru a trimite i a primi faxul b) limitat de tipul emisiei c) limitat de complexitatea imaginii19

________________________________________________________________________________________________________________

d) limitat la o rezoluie a imaginii extrem de joas. 5. Ecartul maxim pn la care purttoarea instantanee difer fa de purttoarea nemodulat ntr-un semnal FM se numete: a) deviaie b) lrgimea de banda c) modulaie d) band lateral. 6. Codul Morse este n general, transmis folosind: a) emisia CW b) emisia AM c) emisia SSB d) emisia FSTV. 7. Cnd este folosit un modulator echilibrat pentru a genera un semnal SSB, purttoarea consum: a) n esen, nimic din putere b) aproximativ 1/3 din puterea de iesire c) aproximativ 2/3 din putere d) toat puterea. 8. Un rastru este un set de: a) nuante folosite n AFSK b) benzi laterale folosite n SSB c) linii de scanare ntr-un cadru TV d) frecvene utlizate n SSTV. 9. Un osciloscop are n mod normal: a) un afisaj n domeniul timp b) o largime de banda de 2.700 Hz c) o largime de banda de 6 MHz d) o largime de banda egal cu jumatate dintr-una a unui semnal AM 10. Care din urmatoarele este cel mai des transmis ntr-un mod digital binar (cu 2 nivele): a) emisia USB b) emisia LSB c) emisia FSTV. d) emisia CW.

20

________________________________________________________________________________________________________________

CAPITOLUL 2: Receptoare de radio-frecven

Un receptor de radio-frecven (RF) convertete formele de und EM n mesajele originale trimise de un emitor de RF aflat la distan. n cel mai larg sens, un receptor reface ceea ce un emitor face. Scheme de proiectare simple Unele circuite uimitor de simple pot funciona ca receptoare de semnale EM (ns unele receptoare pot fi incredibil de complicate). n continuare, sunt prezentate trei scheme de receptoare simple. Receptorul cu cristal Cnd o diod de RF este conectat ntr-un circuit ca cel prezentat n Fig. 2-1, rezultatul este un dispozitiv capabil s recepioneze semnalele AM puternice.

Fig. 2-1. Un receptor radio cu cristal nu are nevoie de o surs de alimentare alta dect semnalul recepionat Dioda, numit uneori i cristal, a generat i denumirea de receptor cu cristal. Nu necesit nici o surs de alimentare, alta dect semnalul provenit de la anten. Ieirea e suficient pentru a aciona ctile sau casca telefonic dac21

________________________________________________________________________________________________________________

staia care emite este la civa kilometri de receptor, i daca antena este suficient de mare. Dioda acioneaz ca un detector, de asemenea denumit i demodulator, pentru a recupera semnalul modulator din semnalul recepionat. Pentru ca detectorul s fie eficient, dioda trebuie s aib capacitatea sczut pentru a lucra ca un redresor de RF i nu ca un condensator. Receptorul cu conversie direct Un receptor cu conversie direct furnizeaz semnalul de iesire mixnd semnalele receptionate cu ieirea unui oscilator local (LO) cu frecven variabil. Mixerul servete de asemenea, ca detector. Fig. 2-2 reprezinta diagrama-bloc simplificat a receptorului cu conversie direct. Pentru recepia semnalelor de tip CW n cod Morse, oscilatorul local este setat uor peste sau sub frecvena semnalului. Semnalul recepionat i ieirea oscilatorului local se mixeaz producnd un semnal la frecvena de bti egal cu diferena dintre frecvena oscilatorul local i cea a semnalului. Pentru recepia semnalelor SSB, oscilatorul local este setat exact pe frecvena semnalului recepionat, numit i frecven purttoare. Aceasta potrivire exact de frecvene se numete zero bti, deoarece frecvena de bati este egala cu zero.

Fig. 2-2. Diagrama-bloc a receptorului radio cu conversie direct Un receptor cu conversie directa nu este foarte bun pentru diferenierea a doua semnale care sunt apropiate. Deci, selectivitatea sa este sczut. Acest lucru se ntmpla deoarece semnalele de pe fiecare parte a frecvenei oscilatorului local, interacioneaz ntre ele.22

________________________________________________________________________________________________________________

Receptorul superheterodin Un receptor superheterodin utilizeaz unul sau mai multe oscilatoare i mixere pentru a obine un semnal care este de fiecare data la aceeai frecven sau care este ntr-o band ngusta i fix de frecvene. Cnd aceasta este realizat, toate semnalele recepionate pot fi procesate utiliznd circuite optimizate pentru a lucra n banda ngusta respectiv. n receptorul superheterodin sau superhet, semnalul recepionat de la anten iniial trece printr-un amplificator acordabil, sensibil numit i frontal. Ieirea amplificatorului este mixat cu semnalul de la oscilatorul local variabil. Ambele semnale, sum i diferen sunt amplificate. Semnalul este la prima frecven intermediar (prima IF) i poate fi filtrat pentru a obine o selectivitate ridicat. Dac semnalul corespunztor primei frecvene intermediare este detectat, atunci dispozitivul este cunoscut sub numele superhet cu simpl schimbare de frecven deoarece mixarea are loc o singur dat, n tot sistemul. Unele receptoare folosesc un al doilea mixer i un al doilea oscilator local, convertind semnalul de pe prima frecven intermediar, la o frecven joas i anume, pe a doua frecven intermediar. Acest tip de sistem este denumit superhet cu dubl schimbare de frecven. n orice superhet, un filtru IF trece-band sofisticat este proiectat pentru a fi utilizat pe o frecven fix, rezultnd o selectivitate excelent. Unele filtre trece-band permit ajustarea limii benzii. Selectivitatea receptorului superheterodin este excelent att timp ct amplificatoarele de pe frecvena fix IF sunt acordate pe aceeasi frecven. Procesul de ajustare a tuturor etajelor de frecven intermediar pentru a lucra impreun i ntreinerea acestei condiii optimale, este numit alinierea receptorului. Un receptor superheterodin poate uneori intercepta sau genera semnale nedorite. Semnalele false care sunt originare dinafara receptorului sunt numite i semnale imagine. Semnalele false generate intern, sunt denumite psrele. Dac frecvenele oscilatorului local sunt raional alese, semnalele imagine i psrelele constituie rareori o problem. Problema 2-1 Referitor la diagrama receptorului cu cristal (Fig. 2-1). Ce se va ntampla dac un fulger loveste n proximitatea antenei, cauznd astfel o scurgere de curent care avariaz dioda, iar aceasta nu se mai comport ca un redresor de RF? Soluia 2-1 Dioda nu va mai fi capabil s separe informaia audio din semnalul receptionat. n concluzie, n cti nu va aparea energia de AF, iar asculttorul nu va mai auzi nimic.

23

________________________________________________________________________________________________________________

Receptorul modern Receptoarele pentru comunicaii fra fir lucreaz n diferite benzi specifice de frecven, benzi cunoscute ca i spectrul radio. Setul particular de benzi pe care un receptor l acopera depinde de aplicaia pentru care acesta a fost proiectat. Specificaii Specificaiile unui receptor arat ct de bine poate acesta ndeplini sarcinile pentru care acesta a fost proiectat. Iat unele specificaii des ntlnite pentru receptoarele radio: Sensibilitatea: Cel mai des ntlnit mod de a exprima sensibilitatea unui receptor radio este aflarea numarului de microvoli (un volt este format dintr-un million de microvoli, microvoltul fiind simbolizat prin V) care trebuie s fie existe n terminalul de ieire al antenei ca s produc un anumit raport semnal-zgomot (S/N) sau raport semnal plus zgomotzgomot (S+N/N) pentru ascultator. Sensibilitatea este legat de ctigul antenei, dar cantitatea de zgomot pe care tranzistorul frontal o genereaz e mai semnificativ, pentru c etajele ulterioare amplific att semnalul util, ct i zgomotul. Selectivitate: Limea benzii de trecere a receptorului (banda de frecvene care are voie s treac n etajele receptorului, n orice moment din timp) este stabilit de un preselector de banda larg n primele etaje de amplificare RF i este ngustat de ctre filtre n etajele de amplificare finale. Preselectorul face ca receptorul s fie sensibil ntr-o limit de plus sau minus cteva procente din frecvena semnalului dorit. Filtrul de band ngust las s treac doar semnalul dorit; semnalele din canalele adiacente sunt rejectate. Gama dinamic: Aceasta este o masur a gradului n care un receptor poate menine o ieire dorit constant, concomitent cu conservarea sensibilitii sale, n prezena unor semnale care variaz de la slab la puternic. ntr-un receptor cu gam dinamic slab, semnalele slabe sunt procesate corect att timp ct nu exista semnale puternice apropiate n frecven, ns un semnal puternic va satura circuitele de intrare, iar recepia semnalelor slabe este alterat. Factorul de zgomot: Aceasta este o masur a cantitii de zgomot pe care un radio o genereaz n interiorul propriilor circuite (n opoziie cu zgomotul care vine din mediul nconjurator). n general, cu ct un receptor produce mai puin zgomot interior, cu att factorul su de zgomot este mai sczut i raportul S/N este mai bun. Aceast specificaie devine tot mai important cu ct receptorul urca n frecven. La frecvene

24

________________________________________________________________________________________________________________

foarte nalte (VHF) adic la mai mult de 30MHz, factorul de zgomot este esenial. Prezentare general a sistemului cu simpl conversie Fig. 2-3 prezint o schem-bloc a unui receptor radio superheterodin cu simpl conversie. Modelele individuale de proiectare sunt diferite, ns acest circuit este unul reprezentativ. Etajul de nalt frecven: Acesta cuprinde primul amplificator de RF, i de obicei, include filtre selective ntre amplificator i anten. Gama dinamic i sensibilitatea unui receptor sunt determinate n mare parte de performanele acestui prim etaj. Mixer: Acest circuit transform frecvena variabil a semnalului ntr-o frecven constant de IF. Ieirea este fie suma, fie diferenta dintre frecvena semnalului i frecvena LO. Etajele IF: Aici are loc o mare parte a amplificarii. n aceste etaje poate fi obinut i o selectivitate mrit. Filtre specializate sunt folosite pentru a obine limea de band i rspunsul dorite. n receptoarele avansate, selectivitatea marit este rezultatul procesrii digitale. Detector (demodulatorul): Detectorul extrage informaia, numit i util, din semnal. Ieirea unui detector ideal este identic cu semnalul modulator care provine de la staia de transmisie. Etaje post-detectie: Dup detector, unul sau dou etaje de amplificare AF pot crete semnalul la un volum potrivit pentru ascultarea sa n boxe sau cti. Suplimentar, semnalul poate fi trimis unei imprimante, fax, monitor sau computer. Problema 2-2 Imaginai-v un receptor superheterodin construit conform schemei din Fig. 23. Ce se va ntampla dac frecvena oscilatorului local devine instabil? Soluia 2-2 Presupunnd c semnalul recepionat are o frecven constant, stabil, orice schimbare n frecvena a oscilatorulului local va produce o schimbare similara n frecvena de diferenta la ieirea mixerului. Aceasta va face ca frecventa semnalului recepionat s fluctueze n etapele de IF. Drept urmare, recepia va fi dificil sau chiar imposibil.

25

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 2-3. Schema-bloc a unui receptor superheterodin cu simpl conversie Etaje de predetecie n orice receptor de RF, etajele care preced detectorul trebuie s asigure un ctig rezonabil, i ar trebui s produc ct mai puin zgomot. Preamplificatorul Toate preamplificatoarele lucreaz n clasa A i majoritatea utilizeaz tranzistoarele FET. Fig. 2-4 prezint o schem simpl de preamplificator de RF. Intrarea acordabil asigura o oarecare selectivitate. Circuitul asigur un ctig ntre 5 i 10dB, dependent de frecven i de alegerea FET. Este important ca preamplificatorul s fie unul liniar. Nelinearitatea produce distorsiuni de intermodulaie (IMD) care pot genera semnale false, creterea zgomotului i reducerea gamei dinamice. Etajul de nalt frecven La frecvene joase i medii, zgomotul atmosferic produs de fulgere i alte anomalii de mediu este consistent. Peste 30 MHz, zgomotul atmosferic se diminueaz, iar principalul factor care limiteaza sensibilitatea receptorului este zgomotul intern generat de elementele de circuit. Din acest motiv, etajul de nalt frecven devine vital odata cu creterea frecvenei i n special, peste 30 MHz.

26

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 2-4. Schema unui preamplificator de RF Etajul de nalt frecven ca i preamplificatorul, trebuie s fie liniare, iar cu ct gradul de nelinearitate este mai mare, cu att distorsiunile de intermodulaie sunt mai intense. Acest etaj ar trebui s aib gama dinamica ct mai mare posibil. Dac gama dinamic nu este suficient de mare, un semnal local puternic poate determina receptorul s-i piard din sensibilitate (desensibilizare) ntr-o band de frecven sau chiar n toat banda. Preselectorul Preselectorul asigur rspunsul trece-band sau gradul de selectivitate, care mbuntaete raportul S/N i reduce desenzibilizarea receptorului. ntr-un receptor superheterodin preselectorul ajut la eliminarea semnalului-imagine. Preselectorul poate fi acordat prin urmrirea tonul de acord, deci ntotdeauna acesta se ajusteaz corect, aa cum receptorul este acordat de pe o frecven pe alta. Acest lucru necesit o proiectare i o aliniere atent. Unele receptoare au ncorporate preselectoare care trebuie acordate independent de principalul control al reglajului. Alinierea unui astfel de receptor este mai puin vital, dar preselectorul trebuie s fie acordat fin de fiecare dat cnd are loc o schimbare a frecvenei. Problema 2-3 S presupunem c un receptor are un preselector care funcioneaz concomitent cu acordul de baz. Ce se va ntampla daca un astfel de receptor i pierde alinierea astfel nct banda de trecere a preselectorului nu coincide ntotdeauna cu frecvena dorit a semnalului recepionat?

27

________________________________________________________________________________________________________________

Soluia 2-3 Cnd acest lucru se ntmpl, ctigul total al receptorului va scdea pentru anumite frecvene. Dac pierderea alinierii este semnificativ, atunci sensibilitatea i gama dinamic vor avea de suferit. Mixere Un mixer are nevoie de un element de circuit care s distorsioneaz forma de und a semnalului. Acest lucru face ca semnalele s interacioneze uor ntre ele i s produc semnale sum respectiv, diferen ale frecvenelor de intrare. Aceste semnale sunt cunoscute i sub denumirea de produse de mixare. Cnd sunt folosite diode pentru a mixa semnalele, circuitul se numete mixer pasiv. Nu are nevoie de o surs extern de energie i exist anumite pierderi cnd acesta este introdus n circuit. Un mixer activ are nevoie de unul sau mai multe tranzistoare sau circuite integrate pentru a obtine un ctig odat cu mixarea semnalelor. Blocul de amplificare este de obicei, n clasa B sau AB. Ieirea circuitului de mixare poate fi acordat pe suma sau diferena frecvenelor de intrare, dupa preferin. Etajele de frecven intermediar O frecven intermediara nalt (civa megaheri) este de preferat fa de o frecven intermediar joas (mai puin de 1MHz) pentru a suprima semnalele imagine nedorite. Suprimarea se numete i rejecia imaginii. ns cu o frecven intermediar joas se poate obine o selectivitate ridicat. Un receptor cu dubl conversie are prima frecven intermediar mare, iar a cea de-a doua mic pentru a elimina ambele efecte nedorite. Mai multe amplificatoare de frecven intermediara pot fi cascadate sau conectate unul dup cellalt, pentru a obine un ctig i o selectivitate ridicat. ntre etaje se folosesc transformatoare pentru cuplare. Aceste amplificatoare sunt poziionate dupa etajul de mixare i dupa etajul de detecie. Receptoarele cu dubl conversie au dou seturi, denumite lanuri, de frecven intermediar. Primul lan de frecven intermediar urmeaz dupa primul mixer i precede cel de-al doilea mixer. Al doilea lan de frecven intermediara urmeaz dupa al doilea mixer i precede detectorul. Selectivitatea unui lan de frecven intermediar poate fi cuantificat. Limea de band este comparat pentru dou valori ale atenurii de putere a semnalului recepionat, de obicei ntre 3dB i 30 dB, cu respectarea ctigului obinut n centrul benzii de trecere. Raportul dintre selectivitatea la 30dB i cea la 3dB este numit factor de form. Cu ct factorul de form este mai mic, cu att ctigul scade mai repede pentru un semnal care se mic din interiorul benzii de trecere spre marginea sa. Un factor de forma sczut cum ar fi, 2:1 sau28

________________________________________________________________________________________________________________

mai putin, este bun deoarece produce o rejecie suficient pentru semnalele nedorite, n timp ce permite semnalelor utile s treac mai departe. Detectoare Detecia de asemenea, denumit i demodulatie, const n recuperarea informaiilor audio, video, de tiprire dintr-un semnal.

Fig.2-5A. Un desen simplificat a modului n care are loc detecia de anvelop Detecia AM Forma de und modulatoare poate fi extras dintr-un semnal AM prin redresarea acestuia. O vedere simplist a acestui lucru este artata n Fig. 2-5A. Pulsaiile rapide apar la frecvena purttoare. Fluctuaia uoar (linia punctat) este o dublur a informaiei modulatoare. Pulsaiile purttoarei sunt netezite trecnd ieirea printr-un condensator destul de mare astfel nct, s in ncrcarea suficient pentru un ciclu al curentului purttor, dar nu prea mare nct s netezeasc ciclurile semnalului modulator. Aceast schem este cunoscut sub denumirea de detecia de anvelop. Iat o descriere mult mai tehnic a ceea ce se ntmpl n detecia AM. Orice semnal AM conine o purttoare, care este o und sinusoidal de RF i benzi laterale, care sunt semnale cu frecven mai mare sau mai mic dect frecvena purttoare. Benzile laterale sunt produse n semnalul AM transmis atunci cnd ntre semnalul purttor i semnalul purttor de informaii cum ar fi, voce, muzic sau semnal video codat, apare fenomenul de bti. Un detector de anvelop AM separ energia coninut n benzile laterale de cea din purttoare, care de asemenea, conine energie, dar nu informaie. Ca efect, purttoarea este nlturat. Rezultatul ieirii este o replic a semnalului informaional original.

29

________________________________________________________________________________________________________________

Detecia n CW Pentru detecia semnalelor n cod Morse de tip CW, este necesar injectarea n receptor a unui semnal de civa hertzi din purttoare. Semnalul injectat este produs de un oscilator al frecvenelor de btaie (BFO) acordabil. Semnalul BFO i semnalul dorit CW sunt mixate pentru a produce ieirea audio la diferena de frecven. Pentru a recepiona un semnal CW n cod Morse, etajul BFO trebuie acordat pe o frecven care conduce la un nivel de ascultare confortabil. Pentru majoritatea persoanelor, acesta este la 700 Hz peste sau sub frecvena purttoare. Aceast metod de a recepiona semnale CW este numit detecie heterodin. Detecia FSK FSK poate fi detectat folosind aceeai metod ca i pentru detecia CW. Purttoarea i frecvena BFO sunt combinare n mixer, producnd un ton audio care alterneaz ntre dou nivele diferite. Cu FSK, frecvena BFO este setat la cteva sute de hertzi peste sau sub frecvena purttoare. Abaterea de frecven sau diferena dintre frecvena semnalului i cea a BFO dau natere frecvenelor audio de la ieire i trebuie setate astfel nct s rezulte nivele de ton standard. Spre deosebire de situaia cu recepia CW, exist o mic tolerana pentru variaia n setarea BFO cnd se recepioneaz un semnal FSK. Etajul BFO trebuie setat la frecvena corect, astfel nct tonurile audio de la ieire s apar la nivelurile corecte. Altfel, modemul va fi surd la ieirea detectorului. Detecia FM Semnalele MF pot fi detectate prin tehnici diferite. Unele scheme funcioneaz mai bine ca altele dar n general, cele mai eficiente metode cer cele mai scumpe i complexe circuite. Iat patru sisteme comune pentru detecia FM: Detecia de pant: Un receptor AM poate fi folosit pentru detecia FM prin setarea frecvenei receptorului lng, dar nu pe frecvena purttoarei nemodulate FM. Un receptor AM are un filtru de band ngust cu banda de trecere de civa kHz. Acesta ofer o curb de selectivitate ca cea prezentat n Fig. 2-5B. Dac frecvena purttoarei nemodulate FM este apropiat de fusta (parte din pant) rspunsului filtrului, modulaia de frecven face semnalul s intre i s ies din banda de trecere. Aceasta face ca amplitudinea semnalului de la ieirea receptorului s varieze, obinndu-se o reproducere corect a formei de und modulatoare.

30

________________________________________________________________________________________________________________

bucla PLL: Dac un semnal FM este injectat ntr-o bucl PLL, aceasta produce o tensiune de eroare care este o copie a formei de und modulatoare. naintea buclei PLL poate fi dispus un limitator astfel nct, semnalul s treac prin limitator nainte s ajung la PLL. Cnd aceast lucru este realizat, receptorul nu rspunde la variaiile amplitudinii semnalului. Semnalele slabe se despart mai degrab dect s creasc treptat n receptoarele FM care implic limitarea.

Fig.2-5 B. Detecia pantei unui semnal FM Un semnal marginal FM sun mai degrab ca un semnal dintr-un telefon mobil atunci cnd utilizatorul este la limita celulei de recepie. Discriminatorul: Acest tip de detector FM produce o tensiune de ieire care depinde de frecvena instantanee a semnalului. Cnd semnalul este la mijlocul benzii de trecere, tensiunea de ieire este 0. Dac frecvena instantanee a semnalului scade sub mijlocul benzii, tensiunea de ieire devine pozitiv. Dac frecvena crete peste jumtate, tensiunea devine negativ. Un discriminator este sensibil la variaiile de amplitudine, dar aceast problem poate fi rezolvat prin amplasarea unui limitator naintea acestuia. detectorul de raport: Acest detector FM este un discriminator cu un limitator ncorporat. Proiectul original a fost realizat de RCA ( Corporaia radio a Americii) i este folosit n continuare n unele receptoare. Un circuit simplu al detectorului de raport este prezentat n Fig. 2-5C. Controlul echilibrului este setat pentru calitatea cea mai bun a semnalului primit.31

________________________________________________________________________________________________________________

Detecia SSB Un semnal SSB este un semnal AM cu purttoarea i una din benzile laterale suprimate. Un semnal de intrare SSB poate fi combinat cu semnalul dintr-un OL nemodulat, reproducnd semnalul modulator original de la transmitorul surs. Aceasta este numit i detecie de produs i este fcut pe o singur frecven n loc s fie realizat pe o frecven variabil ca la recepia cu conversie direct.

Fig.2-5 C. Un detector de raport FM Dou circuite tip detector de produs sunt prezentate n Fig. 2-5D i E. n D, sunt folosite diode i de aceea, nu exist amplificare. n E, este utilizat un tranzistor bipolar; acest circuit ofer ctig. Caracteristica esenial a fiecrui circuit este generarea sumei i diferenei frecvenelor semnalelor (n acest caz, detectoarele de produs sunt precum mixerele). Acesta este modul n care energia benzii laterale este convertit napoi n semnalul de date modulator de la surs. Problema 2-4 Presupunnd c tranzistorul din Fig. 2-5E nu mai amplific dintr-o dat, dar permite n continuare trecerea ambelor semnale, cel de intrare i cel oferit de OL i le mixeaz pentru a produce detecia de produs. Ce se va ntmpla cu semnalul de la ieire? Soluia 2-4 Semnalul de la ieire va conine n continuare aceeai informaie ca i naintea ncetrii amplificrii, dar va fi mult mai slab.

32

________________________________________________________________________________________________________________

Problema 2-5 Presupunnd, n circuitul din Fig. 2-5E, c este folosit un tranzistor bipolar PNP n locul dispozitivului NPN prezentat. Presupunem c curbele caracteristice ale dispozitivului PNP sunt aceleai ca i pentru dispozitivul NPN. n ce mod trebuie modificat circuitul astfel nct acesta s funcioneze i cu tranzistorul PNP?

Fig. 2-5 D. Un detector de produs cu dou diode

Fig. 2-5 E. Un detector de produs cu tranzistor bipolar Soluia 2-5 Polaritatea tensiunii de alimentare la terminalul marcat cu +12V trebuie inversat. Pentru a reflecta aceasta, terminalul trebuie reetichetat cu 12V. Aceast tensiune negativ trebuie alimentat cu referire la mas. Etaje de procesare audio n receptorul radio, selectivitatea crescut poate fi obinut formnd rspunsul n AF n etaje care urmeaz dup detector. Etajele audio ofer de asemenea, i o amplificare suplimentar. Dac utilizm un difuzor, etajele audio trebuie s33

________________________________________________________________________________________________________________

ofere destul putere de ieire pentru a-l excita pe acesta. Aceast putere este uzual, n jur de un W. Filtrarea audio Un semnal de tip voce necesit o band de frecvene ce se ntinde de la 300 Hz pn la 3.000 Hz pentru a putea fi transportat ntr-o manier inteligibil. Un filtru audio trece-band cu o band de trecere de la 300 Hz la 3.000 Hz (ceea ce reprezint o lime de band de 2.700 Hz) poate mbunti calitatea recepiei pentru receptoarele de tip de voce. Un filtru audio de voce ideal are o mic atenuare sau chiar deloc, n interiorul benzii de trecere, o atenuarea mare n afara benzii i respectiv, o pant de cretere i descretere abrupt. Acesta este denumit rspuns rectangular. Un semnal n cod Morse de tip CW cere o band de trecere cu o lime de doar cteva sute de hertzi pentru a putea fi interpretat corect. Filtrele audio CW pot ngusta limea de band la mai puin de 100 Hz. Benzile de trecere ngustate la mai puin de 100 Hz produc fenomenul de apelare, degradnd calitatea recepiei. Frecvena central a unui filtru audio de tip CW ar trebui setat n jur de 700 Hz, ceea ce reprezint un nivel comfortabil de ascultare pentru majoritatea oamenilor. Majoritatea filtrelor audio de tipCW au frecvene centrale ajustabile. Un filtru audio notch este un filtru de rejecie de band cu un rspuns ascuit, de band ngust. O purttoare de interferen, numit heterodin, care produce un ton de frecven constant la ieirea receptorului, poate fi astfel anulat. Filtrele audio notch sunt reglabile de la 300 Hz la 3000 Hz. Unele dispozitive sofisticate permit reglarea automat; cnd o heterodin apare i rmne pentru cteva sute de secunde, centrii notch se centreaz singuri peste frecvena respectiv. Sistemul squelch Un sistem squelch inhib receptorul atunci cnd nu este prezent un semnal, permind ns recepia semnalelor atunci cnd acestea apar. Majoritatea receptoarelor de comunicaii FM folosesc aceste sisteme squelch. Sistemul squelch este normal nchis cnd nu exist semnal i prin urmare, nu exist zgomot dinspre receptor. Un semnal activeaz sistemul squelch dac amplitudinea sa depete pragul squelch, care poate fi ajustat de operator. Cnd acest lucru se ntmpl, toate semnalele i zgomotele pot fi auzite la ieirea receptorului. n unele sisteme, filtrul squelch nu poate fi activat dect dac semnalul are anumite caracteristici. Cea mai comun metod de squelch selectiv folosete generatoare de ton AF. Aceasta poate preveni transmisiile neautorizate de la34

________________________________________________________________________________________________________________

repetoarele de acces sau s fie preluate de receptoare. Sistemul squelch se deschide doar pentru semnalele nsoite de un ton avnd frecvena corect sau de o secven de tonuri avnd frecvenele corecte, n ordinea corect. Problema 2-6 Presupunem c circuitele de ieire ale unui receptor audio pot permite trecerea unei benzi de frecvene mult mai mare dect cea necesar n vederea recepionrii vocii. Spre exemplu, s presupunem c circuitele pot permite trecerea unei game de frecvene cuprinse ntre 20 Hz i 20.000 Hz. Dac un astfel de receptor este folosit pentru recepia semnalelor de comunicaii de tip voce, ce se va ntmpla? Soluia 2-6 Receptorul va funciona corect pentru acest scop n condiii bune (fr interferene i zgomot mic). ns vor aprea interferene puternice dac semnalele apar n apropierea frecvenelor radio. n plus, dac exist mult zgomot extern precum o furtunstatic, o mare parte din acest zgomot va trece o dat cu informaia de voce esenial, comparativ cu cazul unui circuit care permite trecerea unor undelor doar n intervalul 300 la 3.000 Hz. Recepia TV Un receptor de televiziune (TV) are o parte de nalt frecven acordabil, un oscilator i mixer, un set de amplificatoare de IF, un demodulator video, un demodulator audio i un lan de amplificatoare, un ecran cu circuitistica periferic asociat i respectiv, un difuzor. TV cu scanare-rapid Un receptor pentru televiziune cu scanare rapid (FSTV) este prezentat sub form schmei-bloc simplificate n Fig. 2-6. n televiziunea standard american, sunt 525 de linii per cadru i 30 de cadre complete per secund. Norma NTSC cu 525 linii i 30 de cadre pe secund, rmne n continuare popular n Statele Unite, dar va fi nlocuit de televiziunea digital. Transmisiile TV sunt realizate pe diferite canale. Fiecare canal NTSC are limea de 6 MHz, incluznd att informaia audio, ct i cea video.

35

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 2-6. Schema-bloc a unui receptor FSTV Televiziunea digital Televiziunea digital este transmisia i recepia imaginilor video n micare sub form digitizat. Sateliii de comunicaii s-au dovedit populari pentru acest scop. Pn la nceputul anilor 1990, instalarea unei televiziuni satelitare cerea o anten parabolic cu un diametru de 2-3 metri. Digitizarea a schimbat aceast situaie. Inginerii au reuit s obin diametrul antenei de recepie la mai puin de un metru. Un pionier n televiziunea digital a fost RCA (Radio Corporation of America), care au creat sistemul satelitar digital (DSS). Un semnal video analogic este schimbat n impulsuri digitale la nivelul staiei de transmisie prin intermediul unui convertor A/D. Semnalul digital este amplificat i trimis la un satelit. Acest semnal este numit uplink. Satelitul are un transponder care recepioneazp semnalul, l convertete pe o frecven diferit i l retransmite napoi ctre Pmnt. Semnalul de ntoarcere este numit downlink. Downlink-ul este preluat de o anten portabil care poate fi dispus pe un balcon sau ntr-o curte, pe un acoperi sau lng fereastr. Un circuit de cutare selecteaz canalul pe care abonatul dorete s l vad. Semnalul digital este amplificat i procesat. Poate fi de asemenea, schimbat n format analogic potrivit pentru redarea pe un televizor convenional, prin intermediul unui convertor D/A, precum este artat n Fig. 2-7. Alternativ, poate fi utilizat i un receptor de nalt definiie. Sunt disponibile programe care permit semnalelor specifice televiziunii digitale s fie vizionate pe computerele personale. Rezoluia imaginilor este net superioar celor din standardul NTSC.

36

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.2-7. Un link complet specific TV digitale TV cu scanare sczut O statie de comunicaii TV cu scanare scut (SSTV) are nevoie de un transceiver cu capabilitati SSB, un receptor TV standard NTSC sau un computer personal cu software-ul corespunztor, o camer video i un convertor de scanare. Rata standard de transmisie este de 8 cadre per secund. Aceasta reduce limea de banda necesar la gama de frecvente audio esenial cuprins ntre 300 Hz i 3.000 Hz. n aces mod, semnalul SSTV poate fi transmis direct cu ajutorul unui echipament SSB convenional fr modificri. Convertorul de scanare const din doua convertoare de date (unul pentru recepie i unul pentru emisie), un circuit de memorie, un generator de ton i un detector. Convertoarele de scanare sunt disponibile n comer. Calculatoarele pot fi programate pentru a realiza acesta funcie. Operatorii radio amatori adesea i construiesc propriile convertoare de scanare. Problema 2-7 De ce uplink-ul i downlink-ul sunt pe frecvene diferite? De ce un satelit nu poate primi un semnal pe o anumita frecven, s l amplifice pe aceeai frecven i apoi s-l retransmit napoi ctre pmnt? Soluia 2-7 Semnalul downlink transmis de la antena satelitului, nu trebuie s interfereze cu semnalul uplink primit de pe pmnt. Dac cele doua semnale ar fi pe aceeai37

________________________________________________________________________________________________________________

frecven, interferenele ar fi aproape imposibil de prevenit. Chiar i atunci cnd frecven de downlink este semnificativ diferit fa de cea de uplink, sunt necesare circuite izolatoare pentru a preveni ca semnalul transmis s nu conduc la desensibilizarea receptorului. Moduri specializate Unele tehnici de comunicaii wireless izoterice sunt eficiente doar n anumite circumstane. n continuare, sunt prezentate mai multe exemple. Recepia cu diversitate dual Receptia cu diversitate dual, cunoscut simplu ca i recepie cu diversitate, este o schem pentru reducerea efectelor de atenuare (fluctuaii de putere ale semnalului recepionat) n recepia radio care se petrec atunci cnd semnalul de la emitoarele aflate la distanta ajunge napoi pe pmnt datorit reflexiilor ionosferice. Acest fenomen este obinuit pentru frecvente cuprinse ntre 3 i 30 MHz, gam de frecven care este denumit uneori i banda undelor scurte. Dou receptoare sunt utilizate; amndou sunt reglate pe acelai semnal. Ele utilizeaz antene separate, dispuse spaial la cteva lungimi de und. Ieirile receptoarelor sunt ulterior combinate n faz, la intrarea unui amplificator audio singular (Fig. 2-8). n receptia cu diversitate, acordul receptorului este unul decisiv. Ambele receptoare trebuie reglate precis pe aceeai frecven. n unele instalaii, sunt folosite trei sau mai multe antene i instalaii de recepie. Aceasta ofer o imunitate mbuntit la aciunea fenomenului de atenuare, dar complic dificultatea reglajului i mrete astfel, costurile. Comunicaii sincronizate Semnalele digitale necesit mai puin lrgime de band dect semnalele analogice pentru a transporta o anumit cantitate de informaii per unitate de timp. Comunicaiile sincronizate este un mod digital specializat n care transmitorul i receptorul funcioneaz ntr-un standard de timp comun pentru a optimiza cantitatea de date care poate fi transmis ntr-un canal sau o band. n comunicaiile digitale sincronizate, numite i comunicaii coerente, receptorul i transmitorul functioneaza n pas nchis.

38

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 2.8. Recepia cu diversitate dual utilizeaz dou antene i dou receptoare identice acordate pe aceeai frecven Receptorul evalueaz fiecare bit transmis ca i un ntreg, pentru un bloc de timp de la apariia exact a bitului la terminarea exact a acestuia. Sincronizarea necesit utilizarea unui standard de timp extern ca cel transmis de staiile pe unde scurte ca i WWV. Divizoarele de frecven sunt folosite pentru a obine necesarul de frecvene pentru sincronizare din standard. Un ton sau impuls este generat la ieirea receptorului pentru un bit particular dac, i numai dac, tensiunea medie a semnalului depete o anumit valoare pentru durata acestui bit. Semnalele false, generate de anumite tipuri de zgomot, sunt ignorate pentru c nu produce suficient tensiune de bit medie. Experimentele efectuate n comunicaiilor sincronizate au demonstrat c acestea conduc la mbunatirea raportului S/N, comparat cu sistemele nesincronizate, iar aceast ameliorare este de civa decibeli pentru rate de transfer a datelor sczute. DSP Procesarea digital a semnalelor (DSP) poate extinde gama de aplicabilitate a circuitelor de comunicaii, deoarece permit recepia n condiii mult mai proaste dect cele cnd acestea nu ar fi utilizate. De asemenea, DSP mbuntaete calitatea semnalelor, astfel ncat echipamentul de recepie sau operatorul fac mai puine greeli. n circuitele care utilizeaz doar modurile digitale, DSP poate fi folosit pentru "a curi" semnalul. Aceasta face de asemenea, posibil copierea datelor digitale n mod repetat (pentru a produce duplicate multi-generaie). n DSP cu moduri analogice ca SSB sau SSTV, semnalele sunt schimbate pentru prima dat ntr-o forma digital utilizand conversia A/D. Ulterior, datele digitale sunt curate pentru ca timing-ul impulsului i amplitudinea sa s39

________________________________________________________________________________________________________________

urmeze un set de standarde tehnice (cunoscute ca i protocoale) pentru acel tip de date digitale care sunt utilizate. n final, semnalul digital este trecut napoi la vocea original sau n video utiliznd conversia D/A.

Fig 2.9. Un DSP poate cura un semnal Un DSP minimizeaz zgomotul i interferenele ntr-un receptor digital de semnal dup cum este indicat n Fig. 2.9. Un semnal ipotetic naintea DSP este artat n partea de sus; semnalul dup procesare este artat n partea de jos. Dac semnalul de intrare este apropiat de un anumit nivel pentru o anumit perioad de timp, ieirea DSP este high (1 logic). Dac semnalul este sub un anumit nivel pentru o anumit perioada de timp, ieirea DSP este low (0 logic). Multiplexarea Semnalele dintr-un canal sau band de comunicaie pot fi combinate n mai multe feluri. Cele mai folosite metode sunt: multiplexarea cu divizarea n frecven (FDM) i multiplexarea cu divizare n timp (TDM). Multiplexarea necesita un codor la emisie i un decodor la recepie. n FDM, canalul este mparit n mai multe subcanale. Frecvenele purttoare ale semnalelor sunt spaiate pentru ca s nu se ntreptrund. Fiecare semnal este independent fa de celelalte. n TDM, semnalele sunt mprite n segmente de timp, apoi segmentele sunt trasferate printr-o secven rotativ. Receptorul trebuie s fie sincronizat cu transmitatorul. Amndou pot s utilizeze acelai clock dat de un standard de timp, cum ar fi cel WWV. Spectrul mprtiat n comunicaiile cu spectru mprtiat, frecvena purttoare de baz este variat rapid i independent de modulaia semnalului, iar receptorul este programat s o urmeze. Ca rezultat, probabilitatea unei interferene catastrofice, n care un semnal puternic de interferen poate elimina semnalul dorit, este aproape 0.40

________________________________________________________________________________________________________________

Este dificil pentru personalul neautorizat s aib acces la o comunicaie n desfaurare. Funciile de mprtiere n frecven sunt complexe i pot fi inute secret. Dac operatorii staiei de transmisie i toate staiile receptoare nu divulg aceast funcie la altcineva i dac nu informeaz asupra existenei comunicaiei lor, atunci nimeni care opereaz n aceast band de frecven nu va ti despre aceast comunicaie. Este posibil ca un numr oarecare de receptoare s intercepteze un semnal cu spectru mprtiat, att timp ct operatorii receptorului cunosc funcia de mprtiere n frecven. Folosirea unei astfel de funcii constituie o form de criptare a datelor. n timpul unui contact cu spectru mprtiat ntre un receptor i emitor date, frecvena de operare poate fluctua ntr-o gama de ordinul kHz, MHz sau zecilor de MHz. Cnd o band devine ocupat cu un numr mare de semnale cu spectru mprtiat, nivelul zgomotului n band crete, acesta fiind auzit de un receptor acordat pe o frecven fix. Nu exist practic o limitare a numrului de contacte cu spectru mprtiat, dintr-o band de frecvene. Aceast limit este aproximativ aceeai cu cazul n care semnalele au fost distribuite constant n frecven. O metod obinuit de generare a spectrului mprtiat este saltul de frecven. Emitorul are o list de canale pe care le urmeaz ntr-o anumit ordine. Receptorul trebuie s fie programat cu aceeai list, n aceeai ordine i trebuie s fie sincronizat cu emitorul. Timpul de ocupare este timpul n care emitorul rmne pe o frecven dat ntre salturi. Timpul de ocupare ar trebuie sa fie ndeajuns de scurt ca semnalul s nu fie observat i s nu cauzeze interferene pe o singur frecven. Exist numeroase frecvene de ocupare, iar energia semnalului este diluat ntr-o asemenea manier astfel nct, dac cineva urmarete acea frecven din list, semnalul s nu fie detectat. O alt metod de a obine a spectrului mprastiat numita i baleierea frecvenei, este de a modela n frecven purttoarea de baz transmis i care o controleaz pe aceasta n sus i n jos, ntr-o band de frecven dorit. Aceast FM este independent de informaiile din semnal. Un receptor poate intercepta semnalul dac, i numai dac, acordul su variaz n concordan cu aceeai funcie de und, la aceeai frecven i cu aceeai faz ca i emitorul. Problema 2-8 Ce se va ntampla n cazul cnd sincronizarea ntre emitor i receptor este perturbat ntr-un sistem sincronizat de comunicaii? Soluia 2-8 Raportul mbuntit S/N va fi pierdut. n unele sisteme, n cazul n care sincronizarea este perturbat, acestea vor trece ntr-un mod standard41

________________________________________________________________________________________________________________

nesincronizat (denumit i comunicaii asincrone), astfel nct recepia este nc posibil, dei la un nivel redus de performan. Chestionar Facei referire la textul din acest capitol dac este necesar. Rspunsurile corecte sunt la sfrsitul carii. 1. Msura n care un receptor poate minimiza variaiile ieirii, dar s rmn sensibil pentru semnale care variaz de la slab la puternic, se numete: a) nivel de detecie a anvelopei b) sensibilitatea DSP c) gam dinamic d) selectivitate. 2. Un dispozitiv de comunicaii cu spectru mpratiat este de fapt, c: a) permite numai recepia SSTV b) nu poate fi recepionat de mai mult de o staie, la un moment dat c) este ntotdeauna un mod digital d) este o interferen catastrofic, mai puin probabil. 3. Un receptor AM poate primi un semnal FM, folosind o: a) o detecie cu diversitate dual b) detecie de pant c) detecie de produs d) detecie de anvelop. 4. Procesarea digital de semnal poate fi utilizat: a) ca detector ntr-un receptor cu cristal b) pentru curirea unui semnal c) pentru a reduce raportul SN ntr-un receptor superheterodin d) ca oscilator local ntr-un mixer. 5.Care este funcia unui CAD? a) schimb un semnal analog ntr-un digital b) servete ca detector FM c) funcioneaz ca detector de pant pentru SSB d) niciuna din cele de mai sus. 6.Un receptor TV cu scanare sczut ar trebui s aib banda de trecere de aproximativ:42

________________________________________________________________________________________________________________

a) b) c) d)

2,7 kHz 2,7 MHz 6 kHz 6 MHz

7.Gama undelor scurte acoper o band de frecvene cuprins ntre: a) 3 GHz la 30 GHz b) 300 MHz la 3 GHz c) 30 MHz la 300 MHz d) 3 MHz la 30 MHz. 8.Un standard de timp comun este necesar pentru operarea adecvat a: a) unui sistem de comunicaii sincron b) unui receptor superheterodin c) unui receptor FM d) unui detector de raport. 9.Dioda dintr-un receptor cu cristal ar trebui s aib: a) o rezisten ridicat b) o inductan ridicat c) o capacitate redus d) o conductan redus. 10.Un filtru de rejecie de band cu un rspuns ascuit i de band ngust, potrivit pentru suprimarea heterodinei n etajele audio ale receptorului, se numete: a) detector de anvelop b) discriminator c) detector de raport d) filtru noch audio.

43

________________________________________________________________________________________________________________

CAPITOLUL 3: TelecomunicaiiTermenul telecomunicaii se refer la transferul de date ntre indivizi, afaceri, i/sau guverne. Acestea pot fi fcute prin intermediul liniilor cablate (sisteme cablate) i wireless (unde EM) sau prin combinaia acestora. Reele Internetul cunoscut i sub denumirea de Net, este un sistem planetar de interconectare a calculatoarelor. Acesta a fot dezvoltat n anii 60 sub forma ARPAnet, de ctre Agenia proiectelor de cercetare avansat (ARPA) aparinnd de guvernul USA. Pachete Cnd un fisier de date sau program este transmis pe Net, acesta este divizat n uniti denumite pachete la surs sau la computerul transmitor. Un pachet const dintr-un header (antet) urmat de un anumit numr de bii de date (digii binari) sau bytes (grup de bii, uzual 8 bii). Fiecare pachet este routat individual. Pachetul de date este reasamblat la destinaie sau n computerul receptor, n forma mesajului original. Fig. 3-1 este o deteliere a datelor de internet transferate pentru un fiier ipotetic coninnd cinci pachete.Computerele intermediare din circuit numite i noduri, sunt reprezentate prin punctele negre nconjurate cu cercuri. Fiierul sau programul nu poate fi finalizat dect atunci cnd toate pachetele vor ajunge la destianie, iar destiantarul se va asigura c nu sunt erori. Problema 3-1 ntr-un scenariu de telecomunicaii ca cel din Fig. 3-1, presupunem numarul de noduri intermediare (prezentate ca nite cercuri cu puncte n interior) ntre surs i destinatar fiind mult mai mare pentru fiecare pachet transmis. Ce efect ar avea acest lucru? Soluia 3-1 Ar lua ceva mai mult timp pentru ca toate pachetele s ajung la destinaie i ca acestea s fie ansamblate. n cazul email-urilor, spre exemplu, aceasta ar nsemna o perioad de timp mult mai mare ntre emisia i recepia mesajului.

44

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 3-1. Fluxurile de date mpachetate pe Internet de la surs la destinaie Modemul Termenul de modem este o contracie ntre noiunile de modulator/ demodulator. Un modem este o interfa ntre calculator i linia telefonic, cablu de reea, fibra optic sau un emitor/receptor radio. Fig. 3-2 este o schem-bloc a unui modem potrivit pentru interfaarea unui calculator cu linia telefonic. Modulatorul sau convertorul D/A, schimb datele digitale de ieire n tonuri audio. Demodulatorul sau convertorul A/D schimb tonurile audio de intrare n date digitale.

45

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 3-2. Schema- bloc a unui modem de linie telefonic Tonurile audio sunt n banda de aproximativ 300Hz la 3.000 Hz, aceeai ca i cea pentru comunicaiile de tip voce. E-mail i grupuri de tiri Pentru anumii utilizatori de calculatoare, comunicaiile via pot electronic (email) pe Internet i /sau grupuri de tiri (newsgroup) au nlocuit practic serviciile potale. Pentru a folosi e-mailul sau newsgroups, fiecare trebuie sa aib o adres de e-mail. Un exemplu de adres e-mail este: [email protected] Prima parte a adresei nainte de simbolul @ este un username. Caracterele de dup simbolul @ i dinaintea punctului reprezint numele domeniului. Cele trei litere de dup punct reprezint tipul domeniului i sunt abrevierea unor cuvinte spre exemplu, "com" pentru "comercial" sau "org" pentru "organization". Conversaiile pe Internet Utilizatorii de calculatoare pot realiza conversatii pe internet, n timp real. Acestea sunt denumite IRC (Internet relay chat). Este de asemenea, posibil digitizarea semnalului purtator de voce si transferului lui prin mijloacele Net. Cnd reteaua nu transport foarte multe date (denumite trafic pe Net sczut), unele conexiuni pot fi la fel de bune ca cele oferite de reelele de telefonie. Dar cnd traficul este ncarcat pe retea (denumit trafic pe Net intens) calitatea46

________________________________________________________________________________________________________________

semnalului scade. Cnd volumul de trafic devine extrem de ncarcat sunt posibile anumite ntreruperi n comunicaiile de tip voce. Obinerea de informaii Internetul pune oamenii n legatura cu miliarde de surse de informaii. Datele sunt transferate ntre calculatoare printr-un protocol de transfer a fiierelor (FTP). Cnd utilizezi un FTP, fisierele sau programele unui calculator aflatla distan devin disponibile ca i cnd ar fi stocate n calculatorul tau. WWW sau pe scurt, web conine hypertext, o schem de inter-referin. Anumite cuvinte, fraze, simboluri (denumite i icoane) sau imagini sunt puse n eviden. Atunci cnd sunt accesate aceste legturi apelabile, computerul tu merge la un alt document care este n legtur sau similar cu subiectul de interes. Reele LAN i WAN O reea local (LAN) este un grup de calculatoare interconectate n imediata vecinatate. ntr-un client-server LAN (Fig. 3-3A), exist un calculator central numit server la care sunt conectate fiecare computer personal (PC) de mici dimensiuni. ntr-o retea punct-la -punct (Fig. 3-3B), toate calculatoarele sunt PC cu caracateristici similare, putere, viteza i spaiu de stocare. O retea LAN punct-la-punct ofer o intimitate i o independen mai mare comparativ cu o reea client-server, dar aceast conexiune este mai lent cnd toi utilizatorii transfer acelei date n retea.

47

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 3-3. n A, LAN client-server, iar n B, LAN punct-la-punct O reea extins la nivel global (WAN) este un grup de calculatoare legate dintr-o regiune geografic extins. Numeroasele reele LAN pot fi interconectate pentru a forma o reea WAN. Internetul este un bun exemplu de retea WAN. Unele corporaii, universitati i agentii guvernamentale opereaz propriile lor reele WAN. Satelii Un sistem de comunicaii satelitar este ca o reea celular gigantic unde repetoarele sunt sateliii aflai pe orbita pmntului, de preferat fa de locaiile fixe de suprafaa terestr. Utilizatorul final poate fi ntr-o locatie fix, mobil sau portabil. Satelii geostaionari La o altitudine de aproximativ 36.000 km, unui satelit aflat ntr-o orbit circulara i trebuie o zi solara pentru o micare complet de revolutie. Dac un satelit este plasat ntr-o orbita deasupra ecuatorului i dac se rotete n aceeai directie cu pmntul, spunem despre acesta c este un satelit geostaionar. Privit de pe pmnt, un satelit geostationar se mentine n aceeasi pozitie pe cer tot timpul. Un singur satelit geostaionar poate furniza o arie de acoperire n comunicaii de aproximativ 40 % din suprafaa pmntului. Trei sateliti spaiai la 1200 n longitudine, pot furniza o acoperire pentru ntreg globul pmntesc. Statiile de baz de pe pmnt pot comunica folosind un singur satelit doar cand acestea sunt n linia de vizibilitate direct cu satelitul. Aceasta nseamna ca satelitul nu trebuie s fie dispus dup linia orizontului i s fie vizibil din ambele locaii terestre. Dac dou statii sunt poziionate pe surafaa terestr n dou locaii aproape opuse, acestea trebuie s opereze cu ajutorul a doi satelii geostaionari (Fig. 3-4).

48

________________________________________________________________________________________________________________

Satelii cu orbita joas (LEO) Un satelit aflat ntr-o orbita geostationar necesita o ajustare permanent a poziiei. Satelitii geostaionari sunt foarte scumpi ca lansare i ntretinere. De asemenea, apare o ntarziere n semnal datorit distanei. Necesit emitoare de putere mare i un sistem de poziionare a antenei bun pentru o comunicaie consistent. Aceste probleme ale sateliilor geostaionari au fost rezolvate cu ajutorul conceptului de satelii cu orbita joas (LEO). ntr-un sistem LEO, sunt zeci de sateliti strategic dispui pe ntreg globul pe orbite situate la o distan de cteva sute de kilometri deasupra pmntului. Orbitele duc satelitii n apropierea sau deasupra polilor geografici. O asemenea orbit care este nclinata la 900 spre ecuator este cunoscut ca orbit polar. Satelitii transmit mesaje unul altuia i de la un utilizator la alt utilizator final. Dac sunt suficieni sateliti, oricare doi utilizatori finali pot menine un contact constant. O legatur satelitar LEO este uor de folosit n comparatie cu o constelaie de sateliti geostaionari. O antena simpl non-direcional, va fi suficient i nu necesit o poziionare a acesteia. Emitorul poate interaciona cu reeaua folosind o putere de emisie de numai civa wai. ntarzierea semnalului n propagare denumit i laten, este mult mai mic dect n cazul satelitilor geostaionari.

Fig. 3-4. O legatur de comunicatii utiliznd doi sateliti geostaionari

49

________________________________________________________________________________________________________________

Sistemul de poziionare global (GPS) Sistemul de poziionare global (GPS) este o reea de sateliti care permit utilizatorilor s-i determine cu exactitate latitudinea i longitudinea i n unele cazuri, chiar i altitudinea deasupra pmntului sau nivelului mrii. Satelitii transmit semnale cu o lungime de und foarte scurt, comparabil cu cea transmis de radarele politiei. Semnalele sunt modulate cu coduri de timp i de indentificare. Un receptor GPS conine un calculator care calculeaza n acelai timp, distanele liniilor de vizibilitate direct la patru sateliti diferii, prin compararea codurilor de timp ale semnalului primit de la fiecare satelit. Acest calculator furnizeaz date de localizare cu o acuratee de civa metri fa de poziia acual a utilizatorului, bazndu-se pe aceste patru distane. Problema 3-2 Altitudinea medie a unui satelit tinde s se schimbe n timp. De obicei, orbita scade (pierde din altitudine). Ce s-ar ntampla dac acest lucru ar fi posibil la un satelit geostationar i nu s-ar ajusta altitudinea? Soluia 3-2 Perioada orbital a oricrui satelit devine mai scurt odata ce altitudinea scade. Dac un satelit geostationar "cade" pe o orbita mai joasa dect cea initial, va creste viteza, iar acest lucru va conduce la o alunecare uoar de la vest spre est din punct de vedere al unui observator terestru. Perioada orbital devine mai mare odat cu cresterea altitudinii. Dac un satelit geostationar sare pe o orbita mai nalt dect cea initial, aceasta conduce la o deplasare uoar de la est la vest din perspectiva unui observator terestru fix. Sisteme de comunicaii personale Sistemele de comunicatii personale (PCS) includ telefoanele mobile, pagerele, i alte tipuri de echipamente nrudite. Se pare c n fiecare zi, unele companii vin pe pia cu noi dispozitive care pot fi folosite pentru comunicaiile private. Telefonia mobil Un sistem de comunicatii celulare este o reea de repetoare, denumite i staii de baz, care permit transceiver-elor radio mobile sau portabile s fie folosite ca i telefoane. O celul este aria de acoperire a unei staii de baz. Dac un telefon mobil este ntr-o locatie fix, atunci comunicatiile dinspre i spre acel telefon au loc de obicei, printr-o singur celul. Dac telefonul mobil este ntr-o masina n miscare, aceasta tranverseaz celul dup celul (Fig. 3-550

________________________________________________________________________________________________________________

A). n aceast figur, repetoarele sunt reprezentate prin punctele mici, aria de acoperire adic celula fiecrei statii de baz (repetoare) prin cercuri i distana parcurs de masin prin linia curb. Toate statiile de baz sunt conectate la sistemul de telefonie prin fire, legturi de microunde sau fibr optic. Un computer notebook poate fi conectat, teoretic, la un telefon mobil printr-un modem specializat (Fig. 3-5B) pentru accesul la internet. n general, multe din telefoanele mobile nu sunt echipate s functioneze n acest fel, iar cnd acestea sunt conectate, conexiunea are o rat de transfer foarte mic. ns reelele wireless acoper suprafaa SUA i a altor ri dezvoltate, iar acestea permit accesul la Internet la viteze mari, utiliznd o antena modest, idependent de sistemul de telefonie.

Fig. 3-5. n A, conceptul de telefonie mobil, iar n B, conexiunea unui computer notebook cu ajutorul unui telefon mobil

51

________________________________________________________________________________________________________________

Problema 3-3 Referitor la Fig.3-5A. Presupunnd c conduci de-alungul unui drum, i se oprete motorul si esti forat s tragi pe dreapta si sa opresti ntr-un punct localizat ntre doua zone de acoperire ale unor staii de baz (un astfel de punct ar fi indicat n Fig. 3-5A de dou cercuri care de-abia se ating, dar nu se suprapun). ncerci s dai un telefon pentru un camion de remorcare. Conexiunea este facut, dar semnalul are un tremur enervant. Care este motivul acestui tremur? Soluia 3-3 Sistemul celular ncearca s asigure conexiunea folosind ambele statii de baz pentru care eti la margine. Repetoarele concureaz. Semnalul tu trece printrunul i apoi prin cellalt, i tot aa la nesfrit. Acest lucru este comun si mai mereu produce un ecou sau un efect de tremur. Aproape toata lumea care a folosit un celular a experimentat acest lucru. Bucl local wireless O bucl local wireless (WLL) este similar cu un sistem celular. Telefoanele si teminalele de date sunt conectate n sistem cu ajutorul ale emitoarelor radio. Un exemplu este prezentat n Fig. 3-6. Liniile ngroate reprezinta conexiuni de fire, iar liniile subiri reprezint legturile wireless. Cercurile mici si elipsele reprezint utilizatorii. Fiecare utilizator poate folosi un telefon (cerc mic) sau un calculator personal (elips mic) echipat cu un modem. Cteva telefoane i/ sau calculatoare pot fi conectate ntre ele de un sistem de fire restrnse la o cas sau la serviciu. Pagere Un simplu pager sau beeper implic un receptor radio mic, alimentat de la baterii. Emitoarele sunt localizate n diferite locuri din ntreaga ar, ora sau zon telefonic. Receptorul primeste un semnal care face ca unitatea s afieze o serie de numere care reprezint numarul de telefon al expeditorului. Un sistem pager echipat cu o csu vocal permite expeditorului s lase un scurt mesaj vocal urmat de un beep. Un pager receptor echipat pentru a receptiona e-mail este echivalentul unui mic computer. Cnd unitatea emite o secven de beep, atunci utilizatorul privete ecranul pentru a citi mesajele. Mesajele pot fi stocate pentru a fi utilizate mai trziu sau pot fi descrcate pe un laptop sau pe un desktop.

52

________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 3-6. Sisteme telefonice WLL Unele pagere pot trimite i primi mesaje e-mail. Acest lucru este posibil folosind un sistem similar unei reele de telefoane celulare. Pager-ul conine un mic emitor radio cu o anten ataat. Sunt dou lucruri de reinut: Folosire unui emitor wireless pentru e-mailuri este de obicei, interzis n avion. Citirea sau scrierea de e-mailuri nu ar trebui s se fac n timp ce conduci un autovehicul. Faxuri wireless Facsmile (fax) este o metoda de a trimite i primi imagini staice, dup cum ai nvat deja. Faxul poate fi implementat i prin intermediul retelelor wireless, dar i prin intermediul telefonului. Fig. 3-7 arat semnalul n cadrul unei transmisii fax wireless. Doar partea de emisie a unui aparat fax este artat n cadrul sursei (stnga) i doar partea de receptie este artat la destinaie (dreapta). O instalatie complet de fax are i un emitator i un receptor, permind schimbul de imagini n ambele sensuri.

53

________________________________________________________________________________________________________________

Fig.3-7. Transmisia unui semnal prin fax wireless Pentru a trimite un fax, o pagin de material printat este plasat ntr-un scanner optic. Dispozitivul convertete imaginea n semnale digitale binare (1 i 0). Ieirea scanerului este trimis la un modem care convertete datele binare digitale ntr-un semnal analog potrivit pentru transmisie. La destinaie, semnalele analogice sunt convertite napoi n impulsuri digitale ca cele produse de scanerul optic, l