Luku 2 – Tietoliikenteen tekniikka
OSA 1: Analogisen tiedon siirto, Analoginen siirtotie
OSA 2: Digitaalinen siirtotie
OSA 3: Johdolliset siirtotiet (optinen kuitu)
1
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – Tietoliikenteen tekniikka
2
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 - Modulointi
v
Modem - ModulatorDemodulator
F Muuntaa digitaalisen signaalin sellaiseksi, että se soveltuu
analogiselle siirtotielle
F Muuntaa analogisen siirtotien signaali digitaaliseen muotoon
F Koska digitaalista signaalia (kanttiaalto!) ei yleensä siirretä
sellaisenaan, lähes kaikki tietoliikenne on tavalla tai toisella moduloitu
F Ainoa moduloimaton siirto tapahtuu kuiduissa.
3
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – Modulointi
4
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 - Modulointi
5
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 - Perinteiset analogiset modulointimenetelmät
6
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – Amplitudimodulointi AM
5.7
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – Taajuusmodulointi FM
5.8
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – Vaihemodulointi PM
Figure 5.20 Phase modulation
5.9
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – Amplitudimodulointi AM
 Modulaatioindeksi eli modulaation”syvyys”
Vm
m
Vc
-
 Teho
2
m 2Vc
m 2 Pc
PLSB  PUSB 

8R
4
m2
PT  PC (1 
)
2
10
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2
- AM
-
m Vc
 VLSB  VUSB
2
Vmax  Vc  VLSB  VUSB  Vc  Vm
Vm  VLSB  VUSB
11
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 – AM-spektri
 Harj 1. Piirrä DSB-AM –modulaation spektri, kun kantataajuus on 3 kHz 5 V ja
moduloitavan kantoaallon taajuus on 100 kHz ja sen signaalin amplitudi on 15 V.
Mitkä ovat syntyneet taajuuskomponentit?
 Harj. 2. Selvitä oheisen AM-spektrin modulaatioindeksi, kantataajuus fm
P/dBm
3
2
fLSB
1
fc
fUSB
f/Hz
1: -60dBm, 100,003MHz
2: -60dBm, 99,997MHz
3: -40dBm, 100,000MHz
12
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
FM Modulation Index
 The modulation index for a FM signal is defined as the ratio
of the maximum frequency deviation to the modulating
signal’s frequency. It is given by

mf 
, where   f c
fm
1
0.5
0
-0.5
-1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
1
0.5
0
-0.5
-1
2
1
0
13
TLTP/AVi Luku -12
-2
0
Maalis 2013
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
FM Frequency Analysis
 Analysis of the frequency components and their respective
amplitude in the FM wave requires use of a complex mathematical
integral known as the Bessel function of the first kind of the n-th
order. Actually, Bessel function generates an infinite sideband of a
FM signal, which can be represented as
eFM  Ac J 0 (m f ) sin c t
 Ac J1 (m f )sin(c  m )t  sin(c  m )t 
 Ac J 2 (m f )sin(c  2m )t  sin(c  2m )t 
 Ac J 3 (m f )sin(c  3m )t  sin(c  3m )t 
 Ac J 4 (m f )sin(c  4m )t  sin(c  4m )t 
 ...
where
eFM  instantaneous amplitudeof themodulatedFM wave
A c  the peak amplitudeof thecarrier
J n  solutionof thenth order Bessel functionfor a modulationindex m f
14
TLTP/AVi Luku 2
m f  FM modulationindex
Maalis 2013
FM Frequency Analysis
 So, actually the FM wave contains an infinite number of
sidebands. Each set of upper and lower sideband is displaced
from the carrier frequency by an integer multipal of the
modulation frequency: n × fm, where n=1,2,3,… .
 From the Bessel functions, we can get some conclusions:
 As the modulation index increases from zero, the spectral energy
shifts from the carrier frequency to an increasing number of
significant sidebands. It means the wider bandwidth is required
to carrier the FM signal.
 The magnitudes of the sideband amplitudes J decrease in value
with increasing order n.
15
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Bessel Table
 Bessel Function needs complex differentials and integrals, usually a table is used by the
engineers.
Modulation indexes, mf
0
0.3
0.5
1
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
8
9
10
J0
1
0.98
0.94
0.77
0.51
0.22
-0.05
-0.26
-0.4
-0.18
0.15
0.3
0.17
-0.09
-0.25
J1
0
0.12
0.24
0.44
0.56
0.58
0.5
0.34
0.03
-0.33
-0.28
0
0.23
0.25
0.04
J2
0
0.01
0.03
0.11
0.23
0.35
0.45
0.49
0.42
0.05
-0.24
-0.3
-0.11
0.14
0.25
J3
0
0
0
0.02
0.06
0.13
0.22
0.31
0.41
0.36
0.11
-0.17
-0.29
-0.18
0.06
J4
0
0
0
0
0.01
0.03
0.07
0.13
0.24
0.39
0.36
0.16
-0.11
-0.27
-0.22
J5
0
0
0
0
0
0.01
0.02
0.04
0.1
0.26
0.36
0.35
0.19
-0.06
-0.23
J6
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.04
0.13
0.25
0.34
0.34
0.2
-0.01
J7
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.05
0.13
0.23
0.32
0.33
0.22
J8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.02
0.06
0.13
0.22
0.31
0.32
J9
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.02
0.06
0.13
0.21
0.29
J10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.02
0.06
0.12
0.21
J11
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.03
0.06
0.12
J12
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.03
0.06
J13
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
0.03
J14
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.01
J15
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
J16
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Maalis 2013
0
0 Luku
0 2
TLTP/AVi
16
FM Frequency Analysis
J1=0.58
J1=0.58
J2=0.35
J2=0.35
J0=0.22
J3=0.13
fm
J5=0.01 J4=0.03
J3=0.13
J4=0.03 J =0.01
5
Freq.
fc
m=2
17
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013
Luku 2 - The Frequency Modulation FM
Example 4.1
Find the carrier and sideband amplitudes to the 4th-order sideband for a
modulation index mf = 3. The peak amplitude of the carrier Vc is 10V.
Example 4.2
Frequency deviation
Modulation frequency fm
18
TLTP/AVi Luku 2
Maalis 2013