Luku 2 – Tietoliikenteen tekniikka OSA 1: Analogisen tiedon siirto, Analoginen siirtotie OSA 2: Digitaalinen siirtotie OSA 3: Johdolliset siirtotiet (optinen kuitu) TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 – Tietoliikenteen tekniikka 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. TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 – Modulointi TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 - Modulointi TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 - Perinteiset analogiset modulointimenetelmät TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 – Amplitudimodulointi AM TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 – Taajuusmodulointi FM TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 – Vaihemodulointi PM Figure 5.20 Phase modulation TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 – Amplitudimodulointi AM Modulaatioindeksi eli modulaation”syvyys” Teho - TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

Luku 2 - AM - 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 1 fLSB fc fUSB f/Hz 1: -60dBm, 100,003MHz 2: -60dBm, 99,997MHz 3: -40dBm, 100,000MHz 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 TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013

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 TLTP/AVi Luku 2 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. 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   0.3 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 J0 0.98 0.94 0.77 0.51 0.22 -0.05 -0.26 -0.4 -0.18 0.15 0.17 -0.09 -0.25 J1 0.12 0.24 0.44 0.56 0.58 0.34 0.03 -0.33 -0.28 0.23 0.25 0.04 J2 0.01 0.11 0.35 0.45 0.49 0.42 0.05 -0.24 -0.3 -0.11 0.14 J3 0.02 0.06 0.13 0.31 0.41 0.36 -0.17 -0.29 J4 0.07 0.39 0.16 -0.27 -0.22 J5 0.1 0.26 0.19 -0.06 -0.23 J6 0.2 -0.01 J7 0.32 0.33 J8 J9 0.21 0.29 J10 J11 J12 J13 J14 J15 J16 Maalis 2013 TLTP/AVi Luku 2

FM Frequency Analysis Freq. m=2 fm fc TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013 J1=0.58 J1=0.58 J2=0.35 J2=0.35 J0=0.22 J3=0.13 J3=0.13 fm J4=0.03 J4=0.03 J5=0.01 J5=0.01 Freq. fc m=2 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 TLTP/AVi Luku 2 Maalis 2013