^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 1. - MERITVE VISOKOFREKVEN^NIH SIGNALOV
============================================


1. Visokofrekven~ni spektralni analizator
-----------------------------------------
     Pri meritvah visokofrekven~nih signalov imamo pogosto
opraviti z mno`ico signalov. Meritev vsote vseh signalov
obi~ajno ni zanimiva, navadno `elimo meriti jakost, frekvenco
itd vsakega signala posebej. Merjeni signal ni nujno
najmo~nej{i signal, lahko je ve~ kot miljonkrat {ibkej{i od
drugih prisotnih signalov.
     Glede na to, da so lastnosti sevanja anten in raz{irjanja
radijskih valov vezane na frekvenco, je osnovna razdelitev
radiofrekven~nega spektra frekven~ni multipleks. Ustrezen
merilnik je torej selektivni sprejemnik, ki vsebuje frekven~na
sita, da lahko razlo~i med razli~nimi, isto~asno prisotnimi
signali. Tak{en merilni sprejemnik je tudi tehni~no izvedljiv
in omogo~a zelo velik razpon jakosti merjenih signalov:
razmerje med merjenim signalom in ne`eljenimi isto~asno
prisotnimi signali (dinamika merilnika) lahko prese`e 100dB.
     Meritev v ~asovnem prostoru (osciloskop) je neustrezna
`e zaradi premajhne dinamike tak{nega na~ina meritve. Na
zaslonu osciloskopa ne moremo opaziti signala, ki ima amplitudo
manj{o od 1% najve~jega prisotnega signala, kar pomeni dinamiko
komaj 40dB. Meritev v frekven~nem prostoru je smiselna tudi
zato, ker se ve~ina pojavov v radijskih zvezah la`je opazuje
v frekven~nem prostoru.
     Selektivni merilni sprejemnik, ki sam preiskuje `eljeno
frekven~no podro~je in izpisuje izmerjeni frekven~ni spekter
na zaslonu katodne cevi, imenujemo panoramski sprejemnik ali
spektralni analizator. Panoramski sprejemnik ima obi~ajno
bolj{o ob~utljivost (ni`je {umno {tevilo), a manj{o dinamiko
in pokriva o`je frekven~no podro~je od spektralnega
analizatorja. Spektralni analizator omogo~a tudi {ir{i
razpon nastavljanja lo~ljivosti glede na zahteve meritve in
~as, potreben za izvedbo meritve.
     Blokovni na~rt tehni~ne izvedbe visokofrekven~nega
spektralnega analizatorja je prikazan na sliki 1. Spektralni
analizator je izdelan kot sprejemnik z me{anjem s precej visoko
prvo medfrekvenco 2GHz (novej{i merilniki 1...5GHz). Za meritve
na frekvencah ni`jih od vrednosti medfrekvence tako zado{~a
`e nizko sito na vhodu za du{enje vseh ne`eljenih produktov
me{anja. Le za meritve v mikrovalovnem frekven~nem podro~ju
sprejemnik uporablja za du{enje ne`eljenih produktov me{anja
elektri~no nastavljivo pasovno sito na vhodu.
     Elektri~no nastavljivo pasovno sito kot tudi elektri~no
nastavljivi oscilator (VCO) za prvo me{anje obi~ajno
uporabljajo YIG (Yttrium-Iron-Garnet) rezonatorje. YIG je
mikrovalovni feritni material, ki ima v homogenem enosmernem
magnetnem polju zelo izra`eno rezonanco v mikrovalovnem
frekven~nem podro~ju, rezonan~na frekvenca pa je
premosorazmerna jakosti enosmernega magnetnega polja.
YIG ferit se brusi v kroglico premera okoli 1mm, ki se vstavi
med podkvi elektromagneta.
^L

^[&a33L- LVRK 1.2 -
^[&a8L
     Cenej{i spektralni analizatorji za ni`je frekvence oziroma
o`ja frekven~na podro~ja lahko uporabljajo tudi sita in
oscilatorje z obi~ajnimi nihajnimi krogi, ki jih ugla{ujemo z
varikap (varaktorskimi) diodami. Slaba stran varikap diod je
nizka kvaliteta nihajnih krogov, torej slab{a selektivnost
sit in ve~ji fazni {um oscilatorjev glede na YIG izvedbe.
     Pasovnemu situ prve medfrekvence 2GHz sledi dodatno
me{anje na ni`jo drugo ali celo tretjo medfrekvenco, kjer je
la`je izdelati vsa potrebna pasovna sita za razli~ne
lo~ljivosti merilnika. Sitom sledi logaritemski oja~evalnik
z detektorjem, ki daje na izhodu napetost sorazmerno
logaritmu vhodne mo~i. Izhodni signal gre {e skozi "video"
nizko sito. Video sito uporabljamo za to~ne meritve povpre~ne
vrednosti naklju~nih signalov, naprimer toplotnega {uma.
     S preiskovanjem `eljenega frekven~nega podro~ja upravlja
izvor `agaste napetosti, ki krmili elektri~no nastavljivi
oscilator ter vodoravni odklon `arka na katodni cevi. Merilnik
seveda omogo~a nastavljanje {irine frekven~nega podro~ja kot
tudi srednje frekvence. Frekvenco `agaste napetosti oziroma
periodo ponavljanja meritev spremenimo le v slu~aju zelo
po~asnih meritev z zelo ozkim medfrekven~nim sitom.
     Nizkofrekven~ni spektralni analizatorji so lahko izdelani
tudi kot FFT analizatorji. Vhodni signal vzor~ijo v ~asovnem
prostoru z A/D pretvornikom, za pretvorbo v frekven~ni prostor
pa poskrbi diskretna Fourier-jeva transformacija v obliki FFT
algoritma na ra~unalniku. Meritev s FFT spektralnim
analizatorjem je bistveno hitrej{a od panoramskega sprejemnika,
`al pa frekven~ni pas in dinami~no podro~je mo~no omejujejo
razpolo`ljivi A/D pretvorniki.
     Seveda je mo`na kombinacija obeh merilnikov: panoramski
sprejemnik v visokofrekven~ni glavi in FFT v medfrekvenci,
kar skupno daje hitro in to~no meritev v zelo {irokem razponu
pasovnih {irin in jakosti signalov. Za ve~ino visokofrekven~nih
meritev sicer zado{~a spektralni analizator v obliki
panoramskega sprejemnika.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Log-periodi~no anteno za podro~je 100MHz-1GHz na vrtiljaku.
(2) 50ohmski nastavljivi kalibrirani slabilec.
(3) Malo{umni {irokopasovni oja~evalnik 40dB/1GHz.
(4) Napajalnik za malo{umni oja~evalnik.
(5) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-1.8GHz s priborom
    nizkoprepustnih in pasovnih sit.
(6) Sprejemnik z demodulatorjem in zvo~nikom (~e ni vgrajen v
    sam spektralni analizator).
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 2.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Spektralni analizator je obi~ajno na~rtovan kot merilnik
s ~imve~jo dinamiko, to je razmerjem med najmanj{im in
najve~jim merjenim signalom. Pri tem dolo~a spodnjo mejo
toplotni {um sprejemnika, gornjo mejo pa pojav nelinearnih
popa~enj v sprejemniku. Obe meji dolo~a me{alnik na vhodu
^L

^[&a33L- LVRK 1.3 -
^[&a8L
s svojim {umnim {tevilom in intermodulacijskim popa~enjem.
     Sodobni spektralni analizatorji dosegajo dinamiko 100dB
v odvisnosti od pasovne {irine medfrekven~nega sita, {umno
{tevilo pa zna{a 15-20dB pri me{anju z osnovno frekvenco
oscilatorja oziroma 30-40dB pri me{anju z vi{jimi harmoniki
oscilatorja v harmonskem me{alniku. Spektralni analizator
sam po sebi zato ni ravno najbolj ob~utljiv sprejemnik, {e
posebno v mikrovalovnem podro~ju ne.
     Pri meritvah radijskih signalov, ki jih ujame sprejemna
antena dale~ pro~ od oddajnikov, si zato pomagamo s
{irokopasovnim oja~evalnikom. Z dodatnim oja~evalnikom
izbolj{amo {umno {tevilo, a omejimo dinamiko spektralnega
analizatorja. Med oja~evalnik in anteno dodamo {e nastavljivi
slabilec, da prepre~imo prekrmiljenje oja~evalnika s
premo~nimi signali.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo si s pomo~jo spektralnega analizatorja oglejmo
uporabo frekven~nega podro~ja 100MHz do 1GHz in zna~ilne vrste
signalov, ki jih sre~amo v tem frekven~nem podro~ju. Za vsak
signal izberemo primerno lo~ljivost in primerno {irino
frekven~nega podro~ja, ki ga preiskuje spektralni analizator.
     Iz slike na zaslonu potem sku{amo razbrati pasovno {irino
posameznih signalov ter mo~, ki jo dobimo na sponkah antene.
Z nastavljivim slabilcem preverimo, da so merjeni signali
resni~ni signali in ne slu~ajno proizvod intermodulacijskega
popa~enja v oja~evalniku ali spektralnem analizatorju.
     Pri merjenju jakosti signalov moramo upo{tevati tudi
na~in povpre~enja v samem spektralnem analizatorju. Pri meritvi
ozkopasovnih (sinusnih) signalov, kjer je Bsignala<<Bif
spektralnega analizatorja, lahko jakost signala neposredno
od~itamo na zaslonu, kot je to prikazano na sliki 3. Video
sita v tem slu~aju ne potrebujemo, ker povpre~enje ni potrebno.
     Povpre~enje potrebujemo pri meritvi jakosti {uma oziroma
jakosti {irokopasovnih signalov. Povpre~enje vklju~imo z video
sitom, ki je o`je od medfrekven~nega sita (Bv<<Bif). Pri
uporabi povpre~enja moramo poznati delovanje detektorja v
spektralnem analizatorju, saj povpre~je mo~i ni enako
povpre~ju amplitud in oboje ni enako logaritemskemu
(decibelskemu) povpre~ju, kot je to prikazano na sliki 4.
     ^e upo{tevamo Rayleigh-ovo porazdelitev amplitude {uma,
ugotovimo, da v slu~aju linearnega detektorja izmerimo jakost
{uma, ki je za -1.05dB ni`ja od povpre~ne mo~i {uma. V slu~aju
logaritemskega detektorja (ki ga uporablja ve~ina spektralnih
analizatorjev) je razlika {e ve~ja, saj je logaritemsko
povpre~je za -2.51dB ni`je od povpre~ne mo~i {uma. Pri meritvi
razmerja signal/{um moramo zato upo{tevati teh -2.51dB kot
tudi razliko med pasovno {irino spektralnega analizatorja in
pasovno {irino sprejemnika, ki mu je signal namenjen.
     Kon~no, jakost {irikopasovnih signalov merimo na povsem
enak na~in kot jakost {uma. Tudi tu upo{tevamo pribli`no
Rayleigh-ovo porazdelitev amplitude {uma znotraj pasovne
{irine spektranega analizatorja, kar daje faktor -2.51dB.
Ker pri {irokopasovnem signalu izmerimo le gostoto mo~i signala
na enoto frekven~nega spektra, moramo kon~ni rezultat pomno`iti
z (efektivno) pasovno {irino signala (glej sliko 5).
^L

^[&a33L- LVRK 1.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 1.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 1.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 2. - MERITEV [UMNEGA [TEVILA OJA^EVALNIKA
==============================================


1. [umno {tevilo oja~evalnika
-----------------------------
     Vsako radijsko zvezo na~rtujemo za zahtevano razmerje
signal/{um. [um ima vsaj dva izvora: naravni {um, ki ga sprejme
antena in dodatni {um radijskega sprejemnika. [umna temperatura
(oziroma {umno {tevilo) je eden osnovnih podatkov kateregakoli
radijskega sprejemnika, kot tudi posameznih stopenj
sprejemnika in njihovih sestavnih delov. [umna mo~ je preprosto
vsota vseh {umnih temperatur, prera~unanih na vhodne sponke
sprejemnika, pomno`enih s pasovno {irino sprejemnika B,
Boltzmann-ovo konstanto kb in oja~enjem sprejemnika G.
     Namesto {umne temperature sprejemnika pogosto uporabljamo
veli~ino {umno {tevilo, ki je definirano na sliki 1. [umno
{tevilo je (neimenovano) razmerje, ki ga obi~ajno izra`amo
v logaritemskih enotah (decibelih). Samo v slu~aju, ko je {umna
temperatura izvora (antene) enaka sobni temperaturi (okoli
290K) velja izraz, da se izhodno razmerje signal/{um poslab{a
ravno za faktor F ({umno {tevilo sprejemnika) glede na vhodno
razmerje signal/{um.
     V vseh ostalih slu~ajih moramo vedno najprej prera~unati
{umno {tevilo v {umno tempraturo. Tudi v slu~aju ra~unanja
{umnega {tevila verige oja~evalnikov v bistvu ra~unamo s
{umnimi temperaturami, kot je to prikazano na sliki 2. Pri
tem moramo paziti na merske enote danih {umnih {tevil: razmerje
ali decibeli. Pomemben podatek oja~evalnika je tudi {umno
{tevilo neskon~ne verige, ki nam daje oceno za {umno {tevilo
sprejemnika z visokim oja~enjem.
     [umno {tevilo lahko merimo na ve~ razli~nih na~inov. [umno
{tevilo lahko naprimer izra~unamo iz izmerjenega razmerja
signal/{um na izhodu sprejemnika, ~e poznamo jakost signala
in jakost {uma na vhodu sprejemnika ter vrsto obdelave
signalov v notranjosti sprejemnika. Za tak{no meritev moramo
torej poznati celo vrsto drugih podatkov o merjenem
sprejemniku, kar vna{a vrsto mo`nih pogre{kov v meritev.
     [umno {tevilo ali {umno temperaturo nabolj natan~no
izmerimo tako, da uporabimo tudi kot merilni signal toplotni
{um. Na ta na~in se cela vrsta mo`nih pogre{kov natan~no
od{teje v kon~nem rezultatu meritve. Za tak{no meritev
potrebujemo dva razli~no mo~na izvora {uma znane jakosti
oziroma en sam izvor {uma, ki mu {umno temperaturo lahko
spreminjamo.
     ^e na vhodne sponke merjenca priklju~imo dva razli~na
{umna izvora z dvema razli~nima {umnima temperaturama, lahko
iz izmerjenega razmerja izhodnih mo~i Y izra~unamo najprej
{umno temperaturo merjenca in iz nje {e {umno {tevilo. Kot
razli~na izvora {uma lahko uporabimo dva enaka upora na
razli~nih fizi~nih temperaturah ali pa anteno, ki jo obrnemo
v vro~e breme (absorber na sobni temperaturi) oziroma v
hladno nebo.
     Za samodejni merilnik {umnega {tevila, kot je prikazan
na sliki 3, uporabimo kot izvor {uma {umno glavo z vgrajeno
^L

^[&a33L- LVRK 2.2 -
^[&a8L
plazovno diodo. V tem slu~aju je hladna temperatura T1 kar
enaka sobni temperaturi, vro~a temperatura T2 pa zavisi
od vrste in priklju~itve plazovne diode. Plazovna dioda v
{umni glavi je na izhodu `e opremljena s slabilcem, da je
parameter ENR kalibriran in da se pri vklapljanju diode
izhodna impedanca {umne glave ~immanj spreminja, kar bi
lahko spremenilo tudi oja~enje merjenca in s tem pokvarilo
to~nost meritve.
     Merilnik {umnega {tevila vsebuje sprejemnik z me{anjem,
da lahko {umno {tevilo merimo na `eljeni frekvenci. Merilnik
sam vklaplja in izklaplja {umno glavo in to zelo hitro
(obi~ajno 1kHz). Ob izklopljeni {umni glavi si merilnik
nastavi oja~enje v medfrekvenci, pri vklopljeni {umni glavi
pa potem neposredno izmeri razmerje mo~i Y. Iz {tevila Y
se da potem enoveljavno izra~unati {umno {tevilo F.
     Izmerjeno {umno {tevilo je {umno {tevilo celotne
sprejemne verige, se pravi merjenca in merilnega sprejemnika,
ki merjencu sledi. ^e je oja~enje merjenca zelo veliko,
lahko {umno {tevilo merilnega sprejemnika zanemarimo.
V nasprotnem primeru moramo dolo~iti oja~enje merjenca in
{umno {tevilo merilnega sprejemnika, da lahko izra~unamo
~isto {umno {tevilo samega merjenca. Sodobni merilniki lahko
po ustreznem umerjanju vse prera~unavanje opravijo sami.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Umerjeno {umno glavo z znanim ENR.
(2) Merjenci - visokofrekven~ni malo{umni oja~evalniki.
(3) 50ohmski nastavljivi slabilec.
(4) Napajalnike za malo{umne oja~evalnike.
(5) Merilnik {umnega {tevila.
(6) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih in{trumentov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     V merilniku {umnega {tevila je treba izmerjeno veli~ino Y
pretvoriti v kon~ni rezultat F. Analogni merilniki {umnega
{tevila imajo v ta namen le primerno izrisano skalo na
merilnem in{trumentu. Ena sama skala seveda velja le za
povsem dolo~eno vrednost ENR {umne glave. Sodobni merilniki
{umnega {tevila so opremljeni z mikrora~unalnikom za
prera~unavanje rezultata, vrednost ENR uporabljene {umne glave
pa je treba pred meritvijo vstaviti v pomnilnik ra~unalnika.
     [umna glava je opremljena s kalibracijsko tabelo, to
je z vrednostmi ENR na razli~nih frekvencah za dano {umno
glavo. Za vajo teh vrednosti ni treba ponovno vstavljati v
merilnik, ker so te vrednosti `e vpisane v pomnilniku
mikrora~unalnika. Med delovanjem zna potem merilnik sam
uporabljati pravo vrednost na dani frekvenci oziroma narediti
ustrezno interpolacijo med znanimi vrednostmi v tabeli v
svojem pomnilniku.
    Pri meritvah {umnega {tevila moramo seveda paziti na celo
vrsto mo`nih pogre{kov. Ker delamo z zelo {ibkimi signali,
moramo paziti na radijske motnje mo~nih oddajnikov, ki se
lahko prebijejo v merjenec in kazijo to~nost meritve. Pri
^L

^[&a33L- LVRK 2.3 -
^[&a8L
merjenju zelo nizkih {umnih {tevil moramo biti posebno pozorni
na vhodno impedanco, ker imajo nizko{umni oja~evalniki vhodno
odbojnost obi~ajno ve~jo od enote. To~nost meritve moti v tem
slu~aju `e malenkostna spremeba impedance {umnega izvora,
naprimer ob vklopu plazovne diode. Za merenje nizkih {umnih
{tevil zato uporabljamo glave z nizkim ENR=5dB (namesto bolj
obi~ajnih 15bB) oziroma sami dodamo slabilec. Najhuj{e napake
povzro~i nelinearnost merjenca, naprimer oja~evalnika ali
sprejemnika z visokim celotnim oja~enjem. V tem primeru si
pomagamo z dodatnim slabilcem na izhodu sprejemnika.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo najprej izmerimo {umno {tevilo samega merilnika
na nekaj razli~nih frekvencah. Nato vstavimo merjenec,
oja~evalnik, in meritev ponovimo. V obeh slu~ajih si lahko
ogledamo u~inek slabilcev, bodisi pred ali za oja~evalnikom.
^e poznamo oja~enje oja~evalnika, lahko izra~unamo tudi
njegovo to~no {umno {tevilo. Pri visokih oja~enjih (nad 30dB)
bo pogre{ek majhen, kar lahko preverimo s slabilcem med
izhodom oja~evalnika in merilnikom.
     Nato pove`emo {umno glavo spet naravnost na vhod
merilnika in poskusimo izvesti kalibracijo merilnika, kot
je to opisano v prilo`enih navodilih k merilniku. Merilnik
tedaj izmeri ne samo svoje {umno {tevilo, pa~ pa tudi svoje
lastno oja~enje. Merilnik ima sedaj dovolj podatkov, da lahko
sam izmeri tudi oja~enje oja~evalnika ter prera~una njegovo
resni~no {umno {tevilo. Seveda lahko kalibrirani {umomer
uporabljamo tudi za meritve oja~enja.
     Kon~no izmerimo {umno {tevilo in oja~enje verige dveh
oja~evalnikov in rezultate primerjamo z izrazi na sliki 2.
Pri pretvorbi {umnega {tevila v {umno temperaturo in obratno
si lahko pomagamo tudi s priro~nim grafom na sliki 5.
























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 2.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 2.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 2.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 2.7 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 3. - UMERJANJE TOPLOTNEGA IZVORA [UMA
==========================================


1. Toplotni {um uporov in oja~evalnikov
---------------------------------------
     Vsak elektri~ni upor, ki se nahaja na temperaturi
razli~ni od absolutne ni~le, se obna{a tudi kot elektri~ni
izvor, bolj to~no kot izvor elektri~nega {uma. Jakost
tak{nega izvora lahko opi{emo z navideznim napetostnim
(tokovnim) izvorom {uma, ki je vezan zaporedno (vzporedno)
idealnemu brez{umnemu (mrzlemu) uporu, kot je to prikazano na
sliki 1.
     Jakost izvora toplotnega {uma je v radijskem in
mikrovalovnem delu frekven~nega spektra zelo majhna. V tem
delu frekven~nega spektra je {umna mo~ enakomerno porazdeljena
po frekven~nem spektru. Izmerjena mo~ je torej premosorazmerna
pasovni {irini B uporabljenega merilnika mo~i.
     Pri prakti~ni meritvi toplotnega {uma moramo {umno mo~
najprej oja~ati, kot je to prikazano na sliki 2. Oja~evalnik
seveda dodaja nekaj lastnega {uma in ta dodatek opi{emo s
{umno temperaturo oja~evalnika Tg oziroma {umnim {tevilom F.
Kon~no omejimo izbrani frekven~ni pas s pasovnim sitom in
izhodno mo~ P merimo z merilnikom mo~i.
     Pri merjenju {umne mo~i se moramo zavedati, da je merjeni
signal povsem naklju~en. Dosegljiva to~nost meritve zato zavisi
od ~asa meritve (integracijski ~as merilnika) in od pasovne
{irine sita B. V slu~aju uporabe spektralnega analizatorja
zato uporabljamo ~im {ir{e MF sito (velik B) in ~im o`je
video sito (dolg ~as integracije).
     Pri merjenju naklju~nih signalov moramo hkrati paziti, da
ne prekrmilimo oja~evalnika oziroma drugih nelinearnih
sestavnih delov v merilnem vezju. Jakost naklju~nih signalov
mora biti zato vsaj 10dB manj{a (10-krat manj{a mo~) od meje
zasi~enja oziroma najve~je izhodne mo~i za sinusne signale.
     ^e `elimo meriti {um upora R z vrednostjo razli~no od
karakteristi~ne impedance sistema Zk (obi~ajno 50ohm), se
meritev dodatno zakomplicira. Za ve~ino merilnih oja~evalnikov
ne poznamo, oziroma ne poznamo dovolj to~no vseh {umnih
parametrov, kar onemogo~a to~en izra~un izhodnega {uma.
     V slu~aju poljubne vrednosti upora R nam meritev
poenostavi uporaba cirkulatorja z bremenom oziroma izolatorja,
kot je to prikazano na sliki 3. Cirkulator z zaklju~nim
bremenom poskrbi, da oja~evalnik vedno vidi Zk kot vhodno
impedanco. V tem slu~aju zado{~a, da poznamo {umno {tevilo F
oziroma {umno temperaturo Tg, ostali {umni parametri
oja~evalnika (Gamaoptimalni in Rn) pa so nepomembni.
     Pri uporabi cirkulatorja predpostavimo, da je sam
cirkulator brezizgubno vezje, ki ne vna{a nobenega {uma.
Toplotni {um dobimo v tem slu~aju le od obeh uporov: merjenca
R in zaklju~itve Zk, ter od oja~evalnika, kot to opisujeta
ena~bi na sliki 3. To~nost meritve bo seveda tem bolj{a,
~im bli`je je vrednost R karakteristi~ni impedanci Zk
oziroma ~immanj{a je odbojnost Gama bremena R.
     Kot izvor toplotnega {uma pogosto uporabljamo `arnico.
^L

^[&a33L- LVRK 3.2 -
^[&a8L
Upor predstavlja nitka `arnice, ki jo z enosmernim tokom
lahko segrejemo od sobne temperature vse do nekaj tiso~
stopinj. Pri segrevanju nitke se seveda pove~uje njena
upornost R. Ker R v splo{nem ne bo enak Zk, uporabimo merilno
vezje s cirkulatorjem.
     Vezava `arnice kot izvora toplotnega {uma je prikazana na
sliki 4. Enosmerno napetost za segrevanje nitke privedemo
preko visokofrekven~ne du{ilke, izhodni izmeni~ni {umni signal
pa odvzemamo preko zapornega kondenzatorja C. Impedanco nitke
v grobem prilagodimo na Zk s pomo~jo LC vezja. Zaporno sito
v dovodu enosmerne napetosti poskrbi, da motnje razli~nega
izvora ne pridejo do `arnice oziroma naprej do
visokofrekven~nega priklju~ka.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Izvor toplotnega {uma (`arnica z nitko) opremljen z
    napajalnim in prilagodilnim vezjem.
(2) Nastavljivi enosmerni napajalnik za `arnico, opremljen
    z ampermetrom in voltmetrom.
(3) Cirkulator za frekven~no podro~je 450MHz.
(4) Nizko{umni oja~evalnik (F=3dB, G=50dB) za 450MHz.
(5) Merilni sprejemnik (spektralni analizator) za 450MHz.
(6) Sintetizirani signal generator z umerjenim slabilcem za
    450MHz (tracking generator na spektralnem analizatorju).
(7) Uporovni slabilec 20dB.
(8) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 5.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Pred izvedbo meritev moramo najprej izbrati primerno
frekvenco. Frekven~no podro~je nam v grobem dolo~a cirkulator,
ki je obi~ajno ozkopasoven sestavni del. To~no frekvenco
poi{~emo na spektralnem analizatorju tam, kjer ne opazimo
nikakr{nih visokofrekven~nih signalov razen toplotnega
{uma ("trava" na zaslonu). Pri tem poskusu mora biti
visokofrekven~ni signal generator ugasnjen!
     Spektralni analizator bomo v vaji uporabili na dva na~ina.
V prvem delu vaje moramo izmeriti odbojnost (impedanco) nitke
`arnice pri razli~nih temperaturah. V tem slu~aju nastavimo
na spektralnem analizatorju {iroko MF sito ter povsem
izklju~imo video sito. Hkrati vklju~imo signal generator in
ga nastavimo na `eljeno frekvenco meritve.
     Vezje z `arnico najprej odklopimo od cirkulatorja.
Odprt viskofrekven~ni konektor nam tedaj daje referen~ni
signal za odbojnost ena. Na spektralnem analizatorju izberemo
linearno skalo (~e merilnik z njo razpolaga) ter nastavimo
jakost VF izvora za polni odklon `arka.
     Nato priklju~imo vezje z `arnico. Signal na spektralnem
analizatorju se zmanj{a to~no v razmerju odbojnosti `arnice.
^e uporabljamo linearno pokon~no skalo na spektralnem
analizatorju, lahko neposredno od~itamo od~itamo odbojnost.
V slu~aju logaritemske skale je treba seveda prera~unati
decibele v linearne enote.
     Odbojnost `arnice se seveda spreminja z enosmernim tokom
^L

^[&a33L- LVRK 3.3 -
^[&a8L
skozi nitko `arnice. Odbojnost moramo zato izmeriti v celotnem
obmo~ju tokov oziroma napetosti na `arnici, ker potrebujemo
rezultat kasneje pri prera~unavanju temperatur. Pri napetosti
na `arnici pazimo, da ne prekora~imo 6V, ker je zamenjava
pregorele `arnice zelo zamudno opravilo!
     Ko imamo izmerjeno odbojnost `arnice v celotnem podro~ju
delovanja, izklju~imo VF signal generator. 20dB slabilec ostane
v vezju in deluje kot zaklju~itev cirkulatorja. Na spektralnem
analizatorju {e enkrat preverimo, da nimamo nobenih motilnih
signalov (uporabimo logaritemsko skalo 10dB/razdelek).
Visokofrekven~ni slabilec in medfrekven~no oja~enje
spektralnega analizatorja nato nastavimo tako, da lahko
opazujemo toplotni {um tudi na skali 2dB/razdelek oziroma
na linearni skali.
     Za to~no meritev {umnih signalov moramo bistveno zo`ati
video sito. Po potrebi zo`amo tudi podro~je preletavanja
spektralnega analizatorja in podalj{amo ~as preleta `arka.
Kon~no izmerimo in zapi{emo jakost {uma v celotnem obmo~ju
enosmerne napetosti oziroma temperature nitke `arnice.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Iz rezultatov meritev na koncu izra~unamo zanimive
veli~ine za 15 do 20 to~k od 0V do polne napetosti 6V na
`arnici. Iz toka in napetosti na `arnici izra~unamo
enosmerno upornost nitke `arnice. Iz izmerjene jakosti
{uma izra~unamo {umno temperaturo celotnega izvora {uma
s cirkulatorjem vred ter ENR (Excess Noise Ratio) tak{nega
{umnega izvora v dB.
     Iz izmerjene jakosti {uma in odbojnosti kon~no dobimo
resni~no temperaturo nitke `arnice. Iz temperature nitke
`arnice in njene enosmerne upornosti nari{emo graf, ki nam
ponazarja potek specifi~ne upornosti kovine.
























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 3.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 3.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 3.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 4. - MERITEV RAZMERJA SIGNAL/[UM PRI AM IN FM
==================================================


1. Tehni~na izvedba radijske zveze
----------------------------------
     V vsaki radijski zvezi moramo izvorni signal najprej
preslikati v `eljeni visokofrekven~ni pas v oddajniku ter
narediti obratno operacijo v sprejemniku, da dobimo nazaj
izvorni signal. Pri izbiri na~ina preslikave moramo upo{tevati
omejitve uporabljenih naprav v sprejemniku in oddajniku ter
naravni {um in motnje drugih uporabnikov, ki zaidejo skupaj
z `eljenim signalom v sprejemnik.
     Neposredna preslikava frekven~nega spektra izvornega
signala na vi{je frekvence ni najbolj u~inkovita, kot to
prikazuje slika 1. Tak{na preslikava obi~ajno zahteva zelo
linearen mo~nostni oja~evalnik v oddajniku (ki ima zato slab
izkoristek), na sprejemni strani pa moramo popraviti vsakr{no
odstopanje frekvence nosilca. Kon~no razmerje signal/{um je
povsem enako razmerju signal/{um na visokofrekven~ni strani,
kar lahko zahteva zelo visoko mo~ oddajnika.
     V resni~ni radijski zvezi je zato smiselno izvorni
signal najprej predelati (kodirati), kot to prikazuje slika 2.
Primerno predelan signal lahko naredimo manj ob~utljiv na
nelinearnost mo~nostnega oja~evalnika v oddajniku. Signalu
lahko dodamo pomo`ni nosilec, da poenostavimo to~no nastavitev
sprejemnika. Kon~no lahko informacijo izvornega signala
prestavimo v druga~no (ve~jo) pasovno {irino, kar nam skladno
s Shannon-ovim izrekom o zmogljivosti zveze omogo~a uporabo
oddajnika manj{e mo~i.
     Najenostavnej{a primera predelave izvornega signala sta
analogna amplitudna in frekven~na modulacija. Pri amplitudni
modulaciji obi~ajno oddajamo tudi nosilec, kar omogo~a
enostavno demodulacijo signala v sprejemniku. Pri AM z nosilcem
je zato izhodno razmerje signal/{um vedno slab{e od VF razmerja
signal/{um, kot je to prikazano na sliki 3. ^e pade jakost
signala pod dolo~eno mejo (okoli 10dB S/N), se delovanje AM
demodulatorja popolnoma poru{i, ker je sprejeti nosilec
pre{ibek za sinhronizacijo sprejemnika.
     Omejitvam radijske zveze zelo dobro ustreza analogna
frekven~na modulacija (slika 4), ki na ra~un pove~ane pasovne
{irine visokofrekven~nega signala omogo~a uporabo nelinearne
izhodne stopnje oddajnika (delovanje v C razredu) in samodejno
sinhronizacijo sprejemnika na `eljeno frekvenco. Najpomembnej{a
lastnost frekven~ne modulacije pa je dobitek demodulatorja pri
razmerju signal/{um. Z uporabo dovolj velikega modulacijskega
indeksa m (dovolj velike pasovne {irine) lahko dose`emo
poljubno dobro izhodno razmerje signal/{um pri razmeroma nizkem
vhodnem razmerju signal/{um.
     Tudi FM demodulator ima koleno, pod katerim se delovanje
FM demodulatorja poru{i zaradi preslabega razmerja signal/{um.
Obi~ajni FM demodulatorji dosegajo prag delovanja pri okoli
10dB S/N. FM demodulatorji z zni`anim pragom (treshold-
-extension FM demodulator) lahko delujejo tudi pri razmerjih
S/N vse do 5dB ali celo {e manj.
^L

^[&a33L- LVRK 4.2 -
^[&a8L
     Slika 5 prikazuje meritev izhodnega razmerja signal/{um
v analogni radijski zvezi. Pri tem oddajnik moduliramo s
(sinusnim) testnim signalom, ki ga na sprejemni strani izsejemo
z ozkim zapornim sitom. Na ta na~in izmerimo razmerje (S+N)/N,
kjer pomeni N vsoto {uma in popa~enj. Bolj enostavno opravimo
podobno meritev tako, da namesto zapornega sita izklju~imo
modulacijo oddajnika in izmerimo razmerje izhodnih mo~i.
     V vaji uporabimo AM/FM demodulator, ki je prikazan na
sliki 6. Osnovni na~rt uporabljenega AM/FM demodulatorja je
podoben obi~ajnim radijskim sprejemnikom z enojnim me{anjem.
Pasovno {irino sprejemnika dolo~a medfrekven~no sito z osrednjo
frekvenco fo=5.5MHz in pasovno {irino B=200kHz. Frekven~ni
demodulator je izdelan z mno`ilnikom, ki mno`i vhodni signal
s fazno-zakasnjeno ina~ico. Odziv FM demodulatorja zato zavisi
od faznega poteka fi(f), prag tak{nega enostavnega FM
demodulatorja pa ni nikoli bolj{i od 10dB.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
 (1) Modulirani visokofrekven~ni izvor (signal generator) z
     mo`nostjo nastavitve jakosti izhodnega signala ter
     amplitudne in frekven~ne modulacije.
 (2) Uporovni slabilec 20dB.
 (3) 40dB VF oja~evalnik z ustreznim napajalnikom.
 (4) 50ohmski -6dB uporovni delilnik signala.
 (5) Visokofrekven~ni spektralni analizator.
 (6) Vezje AM/FM demodulatorja z ustreznim napajalnikom.
 (7) Izmeni~ni voltmeter za efektivno vrednost.
 (8) Osciloskop.
 (9) Zvo~nik (z vgrajenim nizkofrekven~nim oja~evalnikom).
(10) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 7.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     V vaji merimo vhodno in izhodno razmerje signal/{um.
Vhodno razmerje signal/{um merimo z visokofrekven~nim
spektralnim analizatorjem. Spektralni analizator moramo zato
priklju~iti v oja~evalno verigo sprejemnika na tak{no mesto,
da bo ve~ino {uma dolo~al vhodni del sprejemnika. Kot prvo
stopnjo sprejemnika zato uporabimo oja~evalnik z oja~enjem
40-50dB, da prekrijemo {um spektralnega analizatorja kot tudi
{um naslednjih stopenj sprejemnika.
     Kot izvor visokofrekven~nega signala uporabimo
sintetizirani signal generator, ki mora biti dobro oklopljen
in opremljen z ustreznim nastavljivim slabilcem na izhodu.
^e sam izhodni slabilec ne zado{~a, vstavimo na vhod
sprejemnika {e dodatni 20dB uporovni slabilec. Na ta na~in
zagotovimo, da imamo razen `eljenega signala na vhodu
sprejemnika le {e toplotni {um in ne slu~ajno motnje ali
presluh iz drugih vezij zaradi pomanjkljivega oklapljanja.
     Visokofrekven~ni signal generator omogo~a razli~ne na~ine
delovanja. Na izhodu lahko dobimo samo nemoduliran nosilec,
amplitudno moduliran nosilec (obi~ajno s sinusnim signalom 400
ali 1000Hz) ali frekven~no moduliran nosilec. Pri amplitudni
modulaciji lahko nastavljamo globino modulacije do 100%.
^L

^[&a33L- LVRK 4.3 -
^[&a8L
Pri frekven~ni modulaciji pa lahko nastavimo deviacijo (koleb)
nosilne frekvence.
     Pred za~etkom meritev moramo najprej prilagoditi izhod
signal generatorja za uporabljeni sprejemnik. Najprej moramo
nastaviti to~no frekvenco, ki lahko nekoliko odstopa od nazivne
frekvence sprejemnika. Signal generator nastavimo na mo~en
(1mV) nemoduliran nosilec in z osciloskopom opazujemo enosmerno
napetost na FM izhodu sprejemnika. Frekvenco izvora nato
nastavimo tako, da dobimo to~no srednjo vrednost napetosti
med minimumom in maksimumom, to je okoli 6V.
     Nato preklopimo signal generator v AM na~in delovanja,
osciloskop pa preklopimo na AM izhod sprejemnika. Na
osciloskopu lahko opazuijemo demodulirani AM signal. Ko
pove~amo indeks modulacije nad 50%, vidno opazimo popa~enje
signala zaradi logaritemskega odziva sprejemnika. Za samo
meritev nastavimo amplitudno modulacijo na 100%, sinus bo zato
v spodnjem delu precej popa~en vendar se zadovoljimo s tak{nim
rezultatom meritve.
     Pri frekven~ni modulaciji moramo nastaviti ustrezno
deviacijo (koleb) izvora glede na {irino uporabljenega sita v
sprejemniku. Deviacijo nastavimo najprej na +/-50kHz in
zni`ujemo jakost signala, da postane sinus na osciloskopu
nekoliko nazob~an zaradi {uma. Nato pove~amo deviacijo do
tak{ne mere, da ostane sinus na osciloskopu nepopa~en.
Glede na {irino sita v sprejemniku (B=200kHz) bo ta nastavitev
verjetno blizu gornje meje, ki jo {e zmore izvor.
     Izhodno razmerje signal/{um od~itamo z voltmetrom, ki
meri efektivno vrednost izhodnega izmeni~nega signala. Ko je
modulacija izvora vklju~ena, od~itamo jakost signala in {uma.
Ko je modulacija izvora izklju~ena (nemoduliran nosilec), pa
od~itamo jakost {uma. Ker sta signal in {ume nekorelirana,
dobimo jakost signala tako, da od mo~i signala od{tejemo mo~
{uma.
     Vhodno razmerje signal/{um najla`je izmerimo na
nemoduliranem nosilcu. Pri nizkih razmerjih signal/{um
uporabimo o`je sito v medfrekvenci spektralnega analizatorja.
Pri tem seveda ne smemo pozabiti prera~unati dobljeni od~itek
na pasovno {irino uporabljenega demodulatorja v sprejemniku!

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
      Kon~ni rezultat vaje sta dva diagrama, posebej za
amplitudno in posebej za frekven~no modulacijo, ki prikazujeta
potek izhodnega razmerja signal/{um kot funkcijo vhodnega
razmerja signal/{um, podobno kot na sliki 3 in na sliki 4.
Obe meritvi opravimo v podro~ju vhodnega razmerja signal/{um
od 0dB pa vse do 50dB.
      Najzanimivej{a rezultata vaje sta vsekakor "koleni"
AM in FM demodulatorja. V bli`ini kolena zato merimo v korakih
po 1dB vhodnega razmerja signal/{um, pri velikih razmerjih
signal/{um pa zado{~ajo koraki po 3dB. Iz obeh diagramov
lahko od~itamo tudi dobitek oziroma izgubo razmerja signal/{um
pri demodulaciji signala.




***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 4.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 4.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 4.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 4.7 -
^L

^[&a33L- LVRK 4.8 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 5. - POPA^ENJE ANALOGNIH SIGNALOV PRI [TEVILSKEM PRENOSU
=============================================================


1. [tevilski (digitalni) prenos analognih signalov
--------------------------------------------------
     Za prenos analognih signalov pogosto uporabljamo
{tevilski (digitalni) prenos. Izraz {tevilski ali digitalni
seveda ne pomeni kaj dosti, saj je vsak prenos po resni~nih
prenosnih poteh v resnici analogen. V resnici gre za {tevilsko
predelavo signala tako na oddajni strani kot na sprejemni
strani. S primerno predelavo signala za prenos predvsem
bolj{e izkoristimo prenosno pot, kjer je obi~ajno na razpolago
ve~ja pasovna {irina Bp>Bu, vendar slab{e razmerje signal/{um.
     Osnovni gradniki {tevilskega prenosa analognih signalov
so prikazani na sliki 1. Signal iz analognega izvora najprej
pretvorimo v {tevilsko obliko z A/D pretvornikom. Izhod A/D
pretvornika nato pripravimo za prenos v oddajniku. Oddajnik
vsebuje vsaj vzporedno/zaporedno pretvorbo, obi~ajno pa
tudi kompresijo podatkov in za{~itno kodiranje.
     Sprejemnik na drugem koncu zveze vsebuje vsaj regeneracijo
takta ter zaporedno/vzporedno pretvorbo, obi~ajno pa tudi
dekodiranje s popravljanjem napak pri prenosu in dekompresijo.
Izhod D/A pretvornika gre najprej skozi nizkoprepustno sito,
kjer se odstranijo ne`eljeni produkti vzor~enja. Ker izhod
D/A pretvornika niso delta impulzi kot v teoriji, pa~ pa
stopni~ke, ki trajajo celotno periodo vzor~enja, je treba {e
popraviti (odstraniti) frekven~ni odziv stopni~ke v obliki
sin(PI*f/fv)/(PI*f/fv).
     Pri {tevilskem prenosu se takoj sre~amo z dvema
omejitvama analognega signala. Prvo omejitev predstavlja
vzor~na frekvenca fv, ki dolo~a najve~jo prena{ano pasovno
{irino Bu uporabni{kega analognega signala. Jasno mora biti
Bu<fv/2 s smisleno rezervo glede na mo`nost izdelave ustreznih
nizkoprepustnih sit za analogni signal. ^asovno vzor~enje
sicer samo po sebi ne kvari kvalitete analognega signala,
ki ima omejeno pasovno {irino Bu.
     Drugo omejitev predstavlja to~nost posameznih vzorcev,
z drugimi besedami {tevilo bitov (binarnih mest {tevila) N,
s katerimi ponazorimo vsak vzorec. Napake pri zaokro`evanju
analogne veli~ine na {tevilsko vrednost prina{ajo
kvantizacijski {um. Razmerje signal/{um je zaradi tega pri
{tevilskem prenosu vedno navzgor omejeno z vrednostjo, ki jo
dopu{~a izbrana to~nost zaokro`evanja. Dodatno poslab{anje
razmerja signal/{um seveda prinesejo napake pri prenosu
oziroma izgubna kompresija podatkov v oddajniku.
     Popa~enje signala pri {tevilskem prenosu, kot bi ga
videli na zaslonu osciloskopa v ~asovnem prostoru, je
prikazano na sliki 2. Signal na izhodu D/A pretvornika ima
obliko stopni~k, saj D/A pretvornik obi~ajno uporabljamo tako,
da na vhodnih sponkah zadr`imo staro vrednost do prihoda nove.
Nizkoprepustno sito seveda odstrani ostre robove stopni~k,
tudi frekven~ni odziv stopni~ke lahko kompenziramo, ostane le
{um zaokro`evanja zaradi omejenega {tevila bitov N po vzorcu.
     Po nizkoprepustnem situ bi na osciloskopu te`ko lo~ili
^L

^[&a33L- LVRK 5.2 -
^[&a8L
izhodni analogni signal od vhodnega. Zaokro`evalni {um la`je
opazujemo v frekven~nem prostoru na zaslonu spektralnega
analizatorja. Razen `eljene spektralne ~rte sinusnega signala
dobimo {e bogastvo malih spektralnih ~rtic zaokro`evalnega
{uma, kot je to prikazano na sliki 3.
     Slika na zaslonu se zrcalno ponavlja okoli frekvence
vzor~enja in njenih harmonikov. Zrcalne slike odstrani
nizkoprepustno sito. Tudi brez nizkega sita jakost zrcalnih
slik upada s frekvenco, saj je celotna slika pomno`ena s
spektrom stopni~k na izhodu D/A pretvornika. Obilica ~rtic
zaokro`evalnega {uma okoli `eljenega signala seveda ostane,
ne glede na vstavljeno nizko sito.
     Razen teoretskega {uma zaokro`evanja moramo obi~ajno
ra~unati tudi z neidealnostjo A/D in D/A pretvornikov. Glavna
pomanjkljivost A/D pretvornikov so neenakomerno velike
stopni~ke v prenosni funkciji. Pri D/A pretvornikih pa
najve~je motnje prina{ajo prehodni pojavi pri preklopu
vhodnega signala na novo vrednost.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Visokofrekven~ni sinusni izvor za podro~je 0...6MHz z
    nastavljivim slabilcem na izhodu.
(2) A/D pretvornik in D/A pretvornik z ustreznim izvorom takta.
(3) Analogni osciloskop (60MHz).
(4) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0...1GHz.
(5) Napajalnik 5V 1A za A/D in D/A pretvornika.
(6) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Za vajo si oglejmo u~inke vzor~enja in zaokro`evanja
pri {tevilskem prenosu na sinusniem signalu v ~asovnem in
frekven~nem prostoru. Ker nas sam prenos ne zanima, pove`emo
{tevilski izhod A/D pretvornika naravnost na vhod D/A
pretvornika. Izhod D/A pretvornika peljemo hkrati na osciloskop
in na visokofrekven~ni spektralni analizator, da lahko hkrati
opazujemo dogajanje v ~asovnem in v frekven~nem prostoru.
     V vaji uporabimo 8-bitna A/D in D/A pretvornika, ki
dopu{~ata frekvenco vzor~enja vse do 30MHz. A/D pretvornik
je vrste "flash", se pravi vsebuje uporovno lestvico,
255 primerjalnikov (za vsako stopni~ko posebej) in kodirnik
na 8 bitov. "Flash" A/D pretvorniki so najhitrej{i in na vhodu
ne potrebujejo dodatnih analognih vezij (sample-and-hold).
     D/A pretvornik vsebuje tudi vmesni pomnilnik za en
vzorec. Vpis v vmesni pomnilnik krmilimo s taktom. Do prihoda
naslednjega taktnega impulza zato izhod D/A pretvornika zadr`i
predhodno stanje. Tudi A/D pretvornik krmilimo s taktom in
tako dolo~amo trenutke vzor~enja vhodnega signala.
     ^eprav sta A/D in D/A pretvornika izdelana za 8 bitov,
ju za vajo lahko preklopimo tako, da uporabimo manj bitov.
Povezava med A/D in D/A pretvornikoma je zato izvedena z
mosti~ki. [e enostavneje pa zni`anje {tevila uporabljenih
bitov dose`emo tako, da zni`amo amplitudo vhodnega analognega
signala s slabilcem na izhodu sinusnega izvora. U~inkovitost
^L

^[&a33L- LVRK 5.3 -
^[&a8L
ukrepa opazujemo na osciloskopu, saj ima uporabljeni A/D
pretvornik vgrajeno avtomatsko regulacijo oja~enja, ki
se v dolo~enih mejah prilagaja vhodnemu signalu tako,
da je vseh 8 bitov polno izkori{~eno.
     Za vajo si najprej oglejmo izhodni signal izvora
neposredno, brez A/D in D/A pretvorb, z osciloskopom in
spektralnim analizatorjem. Pri povezavi teh merilnikov
upo{tevamo, da je le spektralni analizator zaklju~en na
impedanco koaksialnega kabla, vhod osciloskopa pa je
visokoohmski. Kabel s signalom zato vodimo do T-~lena na
vhodnih sponkah osciloskopa in od tam naprej do spektralnega
analizatorja.
     Nato vstavimo enoto z A/D in D/A pretvornikoma ter
opazujemo dogajanje pri razli~nih jakostih in razli~nih
frekvencah vhodnega signala. Pri tem pazimo, da je slabilec
na vhodu spektralnega analizatorja vedno smiselno nastavljen.
Posebno pozornost si zaslu`ijo slu~aji, ko je frekvenca
vzor~enja to~en mnogokratnik frekvence vhodnega signala!

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo izmerimo popa~enje signala, ki ga definiramo kot
razmerje med mo~jo `eljenega signala in vsoto mo~i vseh
ne`eljenih signalov. Pri meritvi seveda upo{tevamo le signale
do polovice vzor~ne frekvence, saj na vi{jih frekvencah dobimo
`e zrcalno sliko istega signala. Hkrati premikamo frekvenco
izvora in sku{amo poiskati najslab{i mo`ni slu~aj, ko so
ne`eljeni signali najmo~nej{i.
     Iz slike na osciloskopu lahko hkrati razberemo, koliko
bitov A/D in D/A pretvornikov sploh uporabljamo oziroma
preverimo, da A/D pretvornik ni prekrmiljen. Kot kon~ni
rezultat vaje nari{emo graf, ki predstavlja razmerje
signal/{um kot funkcijo {tevila bitov A/D in D/A pretvorb.
























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 5.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 5.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 5.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 6. - MERITEV MO^I IN OJA^ENJA OJA^EVALNIKA V ZASI^ENJU
===========================================================


1. Oja~enje in izhodna mo~ oja~evalnika
---------------------------------------
     Najve~ja izhodna mo~ vseh oja~evalnikov je omejena.
Pojave v obmo~ju najve~je izhodne mo~i opi{emo z izrazom
zasi~enje. Mo~i zasi~enja sicer ni enostavno definirati, ker
se pri prekrmiljenju razli~ni oja~evalniki obna{ajo na
razli~ne na~ine, kot je to prikazano na sliki 1. Pri nekaterih
oja~evalnikih se s pove~anjem krmiljenja izhodna mo~ {e vedno
pove~uje, pri drugih dose`e neko stalno vrednost in pri
nekaterih za~ne pri prekrmiljenju izhodna mo~ celo upadati.
     Vsem oja~evalnikom je skupno le to, da za~ne pri
prekrmiljenju oja~enje oja~evalnika upadati. Izhodno mo~
oja~evalnika zato definiramo v to~ki, kjer oja~enje upade
za 1dB glede na vrednost oja~enja Glin za majhne signale. To
mo~ imenujemo P1dB in ustrezno oja~enje G1dB. Obe veli~ini nam
v ve~ini slu~ajev zelo dobro opi{eta, kaj zmore oja~evalnik,
~eprav je najve~ja mo`na izhodna mo~ oja~evalnika tudi nekaj
dB ve~ja. P1dB zato pogosto imenujemo kar mo~ zasi~enja.
     Vsi nelinearni pojavi v oja~evalnikih, intermodulacija
in mo~ v zasi~enju, so seveda mo~no odvisni od izbire delovne
to~ke aktivnih sestavnih delov. Ve~ji mirovni tokovi in vi{je
delovne napetosti pomenijo obi~ajno vi{jo mo~ prese~ne to~ke
IMD popa~enja (Pip3) in vi{jo mo~ zasi~enja P1dB. Pojav
najla`je opazujemo v enostavnih MMIC oja~evalnikih.
     MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit)
oja~evalniki so zami{ljeni kot univerzalni gradniki
visokofrekven~nih vezij, podobno kot so to operacijski
oja~evalniki za nizke frekvence. Oja~evalniki so vgrajeni v
majhna plasti~na ali kerami~na ohi{ja s {tirimi izvodi,
kot je to prikzano na sliki 2. Vhodna in izhodna impedanca
sta prilagojeni za 50-ohmsko okolje. Oja~evalnik se napaja
preko izhodnega priklju~ka, izhod in vhod pa potrebujeta
le {e sklopna kondenzatorja.
     Ve~ina MMIC oja~evalnikov ima vgrajeno povratno vezavo,
da ima oja~evalnik konstatno oja~enje od enosmerne do
najvi{je frekvence uporabe. Frekven~ni pas dosega 3GHz za
oja~evalnike s silicijevimi bipolarnimi tranzistorji in 10GHz
za oja~evalnike s HBTji (Heterostructure Bipolar Transistor)
na osnovi galijevega arzenida.
     MMIC oja~evalnike poznamo v dveh izvedbah. Enostopenjski
oja~evalniki, ki so prikazani na sliki 3, imajo vgrajen le
darlingtonski par tranzistorjev s skupnim kolektorjem. Oja~enje
zna{a 7...15dB, {umno {tevilo pa je zaradi mo~ne izgubne
povratne vezave v obmo~ju 5...8dB.
     Dvostopenjski oja~evalniki, ki so prikazani na sliki 4,
dosegajo oja~enje 15...30dB, {umno {tevilo pa je zaradi
{ibkej{e povratne vezave prve stopnje v obmo~ju 2...5dB.
Vsi MMIC oja~evalniki delajo v A razredu, izkoristek pa
dodatno poslab{a zahteva po prilagoditvi izhodne impedance na
50ohm. Podobno kot operacijski oja~evalniki v nizkofrekven~ni
tehniki imajo tudi MMIC oja~evalniki za ceno svoje
^L

^[&a33L- LVRK 6.2 -
^[&a8L
univerzalnosti vedno slab{e {umno {tevilo in ni`ji izkoristek
(manj{o izhodno mo~) v primerjavi z obi~ajnimi, enakovrednimi
visokofrekven~nimi tranzistorji.
     MMIC oja~evalnike vgradimo v primerno merilno vezje
(slika 5), ki vsebuje vhodni in izhodni sklopni kondenzator
ter napajalni upor. Napajalno napetost pripeljemo preko sita,
ki odstanjuje ne`eljene motnje iz napajalnika pri merjenju
{ibkih signalov ({umno {tevilo). Vezje vsebuje tudi diodo za
za{~ito pred obratno polariteto napajanja. Sklopna
kondenzatorja vsebujeta vzporedno vezavo 100pF in 100nF, ker
imajo veliki kondenzatorji (100nF) razmeroma velike izgube
(visoko zaporedno upornost) na visokih frekvencah.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Visokofrekven~ni izvor za podro~je 0-2GHz.
(2) Nastavljivi 50-ohmski slabilec 0-30dB.
(3) Uporovni delilnik -6dB.
(4) Merjenci - MMIC oja~evalniki vgrajeni v merilna vezja.
(5) Nastavljivi napajalnik 0-20V z voltmetrom in ampermetrom.
(6) 50-ohmski -10dB slabilec.
(7) Nizkoprepustna sita za 500MHz, 1GHz in 2GHz.
(8) Dva visokofrekven~na merilnika mo~i.
(9) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 6.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Pri merjenju mo~i zasi~enja oja~evalnika moramo predvsem
paziti, da oja~evalnika ne uni~imo s previsoko napajalno
napetostjo ali tokom oziroma s premo~nim krmilnim signalom.
Napajalni upori, ki so vgrajeni v merilna vezja za MMIC
oja~evalnike, so tako izbrani, da dose`e tok najve~jo
dopustno vrednost pri napajalni napetosti 20V. Pri vaji
zato dr`imo napajalno napetost pod 18V.
     Najvi{ja dopustna vhodna mo~ zna{a za ve~ino MMIC
oja~evalnikov okoli 20mW (+13dBm). Ve~ina polprevodni{kih
visokofrekven~nih izvorov (brez dodatnih oja~evalnikov) ne
presega te mo~i. Na vhodu je {e dodatni uporovni delilnik,
ki vna{a slabljenje -6dB. Glede na oja~enje oja~evalnikov
(10...25dB) bo vhodna mo~ verjetno v mejah -25dBm do +3dBm.
     Pri MMIC oja~evalnikih moramo biti pozorni tudi na
najni`ji dopustni tok oziroma napajalno napetost, pod
katerima se delovanje oja~evalnika poru{i. Oja~evalnika
na ta na~in sicer ne bomo po{kodovali, pa~ pa so lahko
rezultati meritev povsem nesmiselni, ~e naprimer postane
oja~evalnik nestabilen ali celo samooscilira.
     Jakost vhodnega signala preprosto merimo z
visokofrekven~nim merilnikom mo~i in se pri tem zana{amo,
da uporovni delilnik deli vhodni signal v enakem razmerju.
Pri merjenju izhodne mo~i oja~evanika pa moramo biti bolj
previdni. Pri krmiljenju oja~evalnika s sinusnim signalom v
zasi~enje dobimo na izhodu tudi vi{je harmonske frekvence.
     Ker je oja~enje oja~evalnika opisano kot razmerje
med vhodnim sinusnim signalom in izhodnim signalom z isto
frekvenco, moramo vi{je harmonske frekvence odstraniti z
^L

^[&a33L- LVRK 6.3 -
^[&a8L
nizkoprepustnim sitom. Nizkoprepustno sito seveda izberemo
glede na frekvenco meritve, da ne slabi osnovne frekvence
in ~imbolj slabi vse vi{je harmonske frekvence.
     Nizkoprepustno sito obi~ajno predstavlja popolnoma
neprilagojeno breme za vse frekvence nad mejno frekvenco sita.
^e izhod oja~evalnika zaklju~imo na breme, ki je neprilagojeno
na vi{je harmonske frekvence in jih odbija nazaj v
oja~evalnik, se tudi izhodna mo~ na osnovni frekvenci in
izkoristek mo~no spremenita. Zato vstavimo med izhod
oja~evalnika in nizkoprepustno sito {e uporovni slabilec
-10dB, ki bo poskrbel za pravilno zaklju~itev izhoda
oja~evalnika na vseh frekvencah. To dodatno slabljenje
moramo seveda upo{tevati pri meritvi mo~i in ra~unanju
oja~enja.
     Postopek meritve P1dB in G1dB je zelo enostaven. Sistem
najprej umerimo brez oja~evalnika, da dolo~imo slabljenje
nizkoprepustnega sita. Nato vstavimo oja~evalnik in zni`ujemo
vhodno mo~ toliko ~asa, da se razmerje izhodna/vhodna mo~
ne spreminja ve~. Tako dobimo linearno oja~enje oja~evalnika
Glin za majhne signale.
     Nato pove~ujemo vhodno mo~, opazujemo prirastek izhodne
mo~i in stalno prera~unavamo oja~enje. Ko oja~enje upade za
1dB glede na majhne signale, smo dosegli izhodno mo~ P1dB
in oja~enje G1dB, ki mora biti jasno za 1dB manj{e od Glin.
Celoten postopek nato ponovimo pri druga~ni enosmerni
napetosti (toku skozi oja~evalnik), na drugi frekvenci
oziroma z drugim oja~evalnikom.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
      Za vajo izmerimo P1dB in G1dB za tri razli~ne MMIC
oja~evalnike, ki jih merimo na treh razli~nih frekvencah:
400MHz, 800MHz in 1600MHz. V ta namen uporabimo nizkoprepustna
sita za 500MHz, 1GHz in 2GHz. Kon~ni rezultat, P1dB in G1dB,
nari{emo kot funkcijo enosmernega napajalnega toka skozi
oja~evalnik, za vsak oja~evalnik posebej in za vsako frekvenco
posebej.




















***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 6.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 6.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 6.6 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 7. - MERITEV PRESE^NE TO^KE IMD TRETJEGA REDA
==================================================


1. Intermodulacijsko popa~enje
------------------------------
     Vsa elektri~na vezja so do dolo~ene mere nelinearna,
~eprav nelinearnost obi~ajno opazimo le v polprevodnikih in
v feromagnetnih jedrih. V radijskih komunikacijah obi~ajno
opazujemo signale v frekven~nem prostoru. V tem slu~aju je
smiselno zapisati odziv nelinearnega vezja v ~asovnem prostoru
kot polinom, kot je to prikazano na sliki 1.
     Prispevki posameznih ~lenov polinoma v frekven~nem
prostoru so prikazani na sliki 2, ~e potence in produkte
kotnih funkcij razvijemo na kotne funkcije vsote in razlike
argumentov. Prispevki so izpisani za dva enostavna slu~aja:
pri krmiljenju nelinearnega vezja s signalom, ki vsebuje eno
samo frekvenco f, ter pri krmiljenju vezja s signalom, ki
vsebuje dve spektralni ~rti f1 in f2.
     Pri pregledu tabele takoj opazimo, da prispevki posameznih
~lenov strogo zavisijo od potence ~lena. Linearni ~len da
samo verno sliko vhodnega signala. Kvadratni ~len je odgovoren
za usmerjanje, drugi harmonik ter me{anje, vsi ti ~leni pa
vsebujejo vsoto ali razliko dveh frekvenc. Kubni ~len da
osnovno frekvenco (nasi~enje), tretji harmonik in razna vi{ja
me{anja in tako naprej. Vi{ji ~leni dajo {e ve~ razli~nih
prispevkov.
     V radijski tehniki delamo obi~ajno z razmeroma ozkimi
frekven~nimi pasovi. Med posamezne stopnje vezij vgrajujemo
pasovna sita, ki takoj odstranijo vse harmonske frekvence.
Pri krmiljenju vezja s signalom dolo~ene pasovne {irine pa
vseh ne`eljenih posledic nelinearnosti ne moremo odstraniti s
frekven~nimi pasovnimi siti. Ti vi{ji produkti me{anja so na
sliki 2 postavljeni v okvir~ke.
     Stvari postanejo bolj jasne, ~e vezje krmilimo le z
dvema frekvencama f1 in f2, ki sta razmeroma blizu skupaj,
kar je v radijski tehniki pogost slu~aj. ^e ima vezje kubno
prenosno karakteristiko, bo spekter izhodnega signala izgledal
kot na sliki 3. Ne`eljene vi{je produkte me{anja tretjega reda,
to je 2*f1-f2 in 2*f2-f1, ki se pojavijo frekven~no zelo blizu
`eljenim signalom f1 in f2 in jih ne moremo izsejati z nobenim
sitom, imenujemo intermodulacijsko popa~enje (InterModulation
Distortion ali IMD) tretjega reda.
     Intermodulacijsko popa~enje seveda ni omejeno le na kubni
~len prenosne funkcije vezja. Vsi vi{ji ~leni lihega reda dajo
intermodulacijske produkte ustreznega reda, kot je to prikazano
na sliki 4. Od vseh ~lenov je obi~ajno najve~ji IMD produkt
tretjega reda, zato kot merilo za nelinearnost vezja obi~ajno
vzamemo le produkte tretjega reda.
     Ker se nelinearnosti pojavljajo v vseh vezjih in jih je
nemogo~e popolnoma izlo~iti, je treba uvesti smiselno merilo,
ki naj s ~immanj {tevilkami natan~no opi{e nelinearnosti
danega vezja. Tak{no merilo je prese~na to~ka nelinearnosti
danega reda, kot je to prikazano na sliki 5. Prese~na to~ka
predstavlja navidezno izhodno mo~ vezja, ko bi mo~
^L

^[&a33L- LVRK 7.2 -
^[&a8L
intermodulacijskih produktov dosegla linearno izhodno mo~.
Navidezno mo~ zato, ker resni~na vezja te to~ke obi~ajno ne
morejo dose~i, mo~ nasi~enja je obi~ajno vsaj 10-krat manj{a.
     Prese~no to~ko zelo enostavno poi{~emo, ~e ri{emo mo~i
vhodnih in izhodnih signalov v logaritemskem merilu. V tem
slu~aju so vse krivulje za majhne signale premice, v
podalj{kih pa dobimo prese~ne to~ke. ^e je za dano vezje
podana tudi mo~ prese~ne to~ke, potem lahko nalogo zelo
enostavno re{imo grafi~no tako, da skozi dano prese~no
to~ko potegnemo premice z ustreznimi nakloni.
     Mo~i intermodulacijskih produktov lahko tudi preprosto
{tevilsko izra~unamo iz dane mo~i izhodnega signala, ~e poznamo
mo~ prese~ne to~ke. Potenciranja in deljenja v linearnih
enotah (W) seveda zamenjajo mno`enja in od{tevanja, ko
ra~unamo v decibelih. Prese~na to~ka se obi~ajno nana{a na
izhodno mo~ vezja, ker je popa~enje obi~ajno strogo odvisno
od izhodne mo~i vezja.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Dva visokofrekven~na izvora za podro~je 1-250MHz.
(2) Tri 50ohmske nastavljive kalibrirane slabilce.
(3) Merjence - {irokopasovne MMIC oja~evalnike.
(4) Napajalnik za merjence - oja~evalnike.
(5) Prilagojeni -6dB uporovni delilnik.
(6) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-1.8GHz.
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih in{trumentov je
prikazana na sliki 6.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Pri meritvah intermodulacijskega popa~enja in prese~nih
to~k se moramo zavedati, da lahko pride do popa~enja ne samo v
merjencu, pa~ pa v kateremkoli delu merilne opreme.
Visokofrekven~ni izvori in spektralni analizator v svoji
notranjosti vsebujejo nelinearne sestavne dele, ki lahko prav
na enak na~in popa~ijo signale. Edini "zanesljiv" sestavni del
so uporovni slabilci in druga pasivna vezja brez polprevodnikov
in feromagnetnih jeder.
     Izvor nelinearnega popa~enja poi{~emo tako, da v dolo~eni
to~ki vezja in{trumentov in merjencev vstavimo slabilec. ^e ob
vstavitvi slabilca ostane razmerje med `eljenimi signali in
intermodulacijskimi produkti nespremenjeno, to pomeni, da se
nahaja izvor popa~enja pred slabilcem. ^e pa jakost
intermodulacijskih produktov upade za ve~ji faktor kot `eljeni
signali, se nahaja izvor popa~enja za vstavljenim slabilcem.
     Merjence obi~ajno preizku{amo tako, da jih krmilimo z
dvema frekvencama f1 in f2. Dva signala dobimo iz dveh
visokofrekven~nih izvorov, ki jih pa ne smemo naravnost vezati
vzporedno. Pri preprosti vzporedni vezavi bi signal enega
izvora za{el nazaj v drugi izvor in tam v nelinearnih sestavnih
delih povzro~il intermodulacijsko popa~enje. Na vsak izvor
zato najprej priklju~imo svoj slabilec in nato sestavljamo
oslabljene signale v prilagojenem uporovnem delilniku.
     Za izvedbo vaje nastavimo izhodni mo~i obeh izvorov enaki.
Mo~i obeh izvorov nastavimo tako, da so intermodulacijski
^L

^[&a33L- LVRK 7.3 -
^[&a8L
produkti tretjega reda ravno opazni na zaslonu spektralnega
analizatorja. Nato mo~i obeh izvorov vzporedno ve~amo in
opazujemo sliko na spektralnem analizatorju. Intermodulcijski
produkti rastejo, pojavijo se tudi intermodulacijski produkti
vi{jih redov. Pri dolo~eni vhodni mo~i jakost signalov na
izhodu ne nara{~a ve~, ker smo dosegli nasi~enje merjenca.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Prese~no to~ko tretjega reda (IP3) izra~unamo iz
iz vrednosti, ki jih izmerimo pri ~immanj{ih signalih.
V vsakem slu~ajo moramo meriti vsaj 10dB pod mo~jo nasi~enja
merjenca. Pred meritvijo ne pozabimo na umerjanje skale
spektralnega analizatorja. Pokon~no skalo umerimo z znanim
izvorom, ki je vgrajen v spektralnem analizatorju ali v
visokofrekven~nem wattmetru.
     Z vzporednim spreminjanjem mo~i obeh izvorov preizkusimo
to~nost meritve. Vsak dB spremembe mo~i obeh izvorov mora
prinesti natan~no 1dB spremembe jakosti linearno oja~enih
signalov, 3dB spremembe intermodulacijskih produktov tretjega
reda, 5dB spremembe intermodulacijskih produktov petega reda
in tako naprej. Iz rezultatov meritev izra~unamo le Pip3 za
vse razpolo`ljive merjence.
     Na koncu izmerimo {e prese~no to~ko tretjega reda (IP3)
spektralnega analizatorja. Prese~no to~ko merilnega sprejemnika
definiramo na vhodnih sponkah me{alnika, ko od{tejemo vhodni
slabilec.






























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 7.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 7.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 7.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 7.7 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 8. - UMERJANJE [UMNEGA IZVORA S PLAZOVNO DIODO
===================================================


1. Jakost in krmiljenje ENR merilnih izvorov {uma
-------------------------------------------------
     Kot izvor {uma lahko uporabimo vsak upor, ki se nahaja
na temperaturi, razli~ni od absolutne ni~le. Pri meritvah
{umnih temperatur in {umnih {tevil seveda potrebujemo vsaj
dva razli~na izvora {uma. Povsem jasno moramo pri meritvi
natan~no poznati {umno temperaturo obeh izvorov, vhodne
sponke merjenca pa moramo preklapljati med obema izvoroma.
     Kot dva razli~na izvora {uma lahko uporabimo dva upora,
od katerih se eden nahaja na sobni temperaturi, drugega pa
ohlajamo oziroma segrevamo. Jakost tak{nih izvorov {uma in
razmerje vro~e/hladno ali s kratico ENR (Excess Noise Ratio)
sta obi~ajno zelo majhni, ker si ne moremo privo{~iti niti
zelo visokih temperatur niti velikega razmerja med temperaturo
vro~ega in temperaturo hladnega upora. Kon~no predstavlja
tehni~no te`avo tudi preklapljanje med vro~im in hladnim
izvorom, {e posebno pri zelo visokih frekvencah.
     Kot merilni izvori {uma se zato pogosto uporabljajo
razli~ni elektronski izvori {uma, katerih delovanje obi~ajno
ne temelji na toplotnem sevanju. Kot izvor {uma lahko naprimer
uporabimo vakuumsko diodo (elektronko), kjer vsebuje anodni
tok natan~no dolo~eno {umno komponento zaradi zrnatosti
enosmernega toka, sestavljenega iz posami~nih elektronov.
V mikrovalovnem podro~ju uporabljamo kot izvor {uma plinsko
diodo, kjer je {umna temperatura to~no dolo~ena s temperaturo
ioniziranega plina.
     Ve~ina pojavov v polprevodnikih ne proizvaja bistveno ve~
{uma od toplotnega sevanja na sobni temperaturi. Izjema je
plazovni preboj v zaporni smeri diode, ki proizvaja zelo mo~en
{um. @al ne obstaja nobena enostavna fizikalna povezava, iz
katere bi lahko izra~unali jakost plazovnega {uma. Izvor {uma
s plazovno diodo moramo zato pred uporabo vedno najprej
umeriti.
     V vseh polprevodni{kih diodah imamo vedno dva fizikalno
razli~na mehanizma preboja: tunelski pojav in plazovni preboj.
Tunelski pojav prevladuje pri diodah z ni`jimi prebojnimi
napetostmi, plazovni preboj pa prevladuje pri diodah z vi{jimi
prebojnimi napetostmi, kot je to prikazano na sliki 1. V
silicijevih diodah sta oba pojava pribli`no enako mo~na pri
prebojni napetosti okoli 6V, kar pa mo~no zavisi tudi od
tehnologije izdelave diode.
     Ker imata tunelski pojav in plazovni preboj nasproten
predznak temperaturnega koeficienta prebojne napetosti, lahko
pojav izkoristimo za izdelavo zelo stabilnih napetostnih
izvorov. Tunelski pojav sicer ne proizvaja kaj dosti ve~ {uma
od navadnega upora. Dioda proizvaja zelo mo~en {um le s
plazovnim prebojem, a tudi jakost tega {uma mo~no zavisi od
tehnologije izdelave diode.
     Jakost plazovnega {ume seveda zavisi tudi od toka Iz
skozi plazovno diodo. Pri ve~anju toka skozi diodo se {iri
frekven~ni pas, v katerem dioda proizvaja {um. Hkrati s
^L

^[&a33L- LVRK 8.2 -
^[&a8L
{irjenjem frekven~nega pasu pa upada jakost {uma na zelo
nizkih frekvencah, kot to prikazuje slika 2. Plazovno diodo
zato obi~ajno uporabljamo pri dovolj velikem toku Iz, da je
jakost {uma ~imbolj neodvisna od frekvence.
     S spreminjanjem toka Iz skozi diodo se seveda spreminja
tudi visokofrekven~na impedanca diode. Impedanco {umnega
izvora bi lahko popravili s cirkulatorjem kot v slu~aju
uporabe vro~ega upora (nitke `arnice). Ker pa je plazovni
{um res zelo mo~en (tudi 40dB mo~nej{i od toplotnega {uma na
sobni temperaturi), bo za prilagoditev impedance poskrbel `e
uporovni slabilec, ki ga vstavimo med {umni izvor in
merjenec.
     Umerjeni {umni izvori s plazovno diodo imajo zato v
notranjosti `e vgrajen slabilec 20dB ali ve~. Na ta na~in je
izhodna impedanca skoraj neodvisna od toka skozi diodo. Ko
tok povsem izklju~imo, je izhodna {umna mo~ tak{enaga izvora
seveda enaka toplotnemu sevanju uporov v slabilcu na sobni
temperaturi.
     Kon~no se moramo zavedati, da je plazovni preboj marsikdaj
tudi neza`eljen pojav v vezju. Plazovni {um iz stabilizatorja
napetosti lahko naprimer zaide v vhodne stopnje sprejemika
oziroma fazno modulira oscilator, kar predstavlja resne te`ave
za na~rtovalca naprave. Marsikdaj je tak{en {um zelo te`ko
izlo~iti, {e posebno, ~e je plazovna dioda sestavni del
integriranega vezja, ki opravlja {e druge naloge.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Nastavljivi enosmerni napajalnik za plazovno diodo 0-30V,
    z ampermetrom in voltmetrom.
(2) [umni izvor z ve~ razli~nimi plazovnimi diodami.
(3) -10dB uporovni slabilec.
(4) Nizko{umni oja~evalnik (F=3dB, G=40dB ali ve~).
(5) 12V napajalnik za oja~evalnik.
(6) Merilni sprejemnik ali spektralni analizator.
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Pri merjenju {umne mo~i se moramo zavedati, da je merjeni
signal povsem naklju~en. Dosegljiva to~nost meritve zato zavisi
od ~asa meritve (integracijski ~as merilnika) in od pasovne
{irine sita B. V slu~aju uporabe spektralnega analizatorja
zato uporabljamo ~im {ir{e MF sito (velik B) in ~im o`je
video sito (dolg ~as integracije). V merilnem sprejemniku
ustrezno nastavimo faktor povpre~enja.
     Pri merjenju naklju~nih signalov moramo hkrati paziti, da
ne prekrmilimo oja~evalnika oziroma drugih nelinearnih
sestavnih delov v merilnem vezju. Jakost naklju~nih signalov
mora biti zato vsaj 10dB manj{a (10-krat manj{a mo~) od meje
zasi~enja oziroma najve~je izhodne mo~i za sinusne signale.
V vsakem slu~aju moramo seveda paziti, da sprejemamo le `eljene
{umne signale in ne kakr{nihkoli motenj.
     Ker je oja~enje nizko{umnih oja~evalnikov mo~no odvisno
od vhodne impedance, vstavimo med {umni izvor in vhod
^L

^[&a33L- LVRK 8.3 -
^[&a8L
oja~evalnika slabilec -10dB. Slabilec zagotavlja prilagoditev
vhodne impedance oja~evalnika, a s tem se zmanj{a ob~utljivost
merilnega sistema. Ker je {um plazovnega preboja dosti
mo~nej{i od toplotnega {uma na sobni temperaturi, to
zmanj{anje ob~utljivosti ne predstavlja nobene omejitve za
samo meritev.
     Pred samo meritvijo moramo seveda poznati oziroma
izmeriti {umno {tevilo uporabljenga oja~evalnika. Pri
ra~unanju {umne temperature delujo~e plazovne diode in ENR
izvora moramo seveda upo{tevati slabilec na vhodu.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
      Vezje {umnega izvora vsebuje {est razli~nih plazovnih
diod z nazivnimi prebojnimi napetostmi 4.7V, 5.6V, 7.5V, 10V
13V in 18V. @eljeno diodo izberemo s preklopnikom. Za vsako
diodo izmerimo potek jakosti {uma v odvisnosti od toka Iz
v mejah od 10uA do 10mA pri dveh frekvencah 30MHz in 300MHz.
To~no frekvenco seveda izberemo tako, da nimamo motenj
drugih naprav.
     Rezutate meritve prera~unamo v ENR in izri{emo v dveh
diagramih, za vsako frekvenco posebej. Na vsakem diagramu
izri{emo potek jakosti {uma v odvisnosti od toka Iz za vseh
{est razli~nih plazovnih diod.

































***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 8.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 8.5 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 9. - MERITEV [UMNIH PARAMETROV TRANZISTORJA
================================================


1. [umni parametri ~etveropola
------------------------------
     Elektri~ne lastnosti ~etveropolov (oja~evalnikov)
opi{emo na ve~ na~inov. ^e uporabljamo oja~evalnik v
linearnem re`imu, obna{anje oja~evalnika opi{emo z eno od
(enakovrednih) matrik za opis linearnih ~etveropolov
(Z-matrika ali Y-matrika ali veri`na matrika ali na visokih
frekvencah obi~ajno matrika S-parametrov). Pri krmiljenju
z velikimi signali moramo upo{tevati {e nelinearnosti, ki se
najprej poka`ejo v intermodulacijskih produktih.
     Pri delovanju oja~evalnika z zelo majhnimi signali
moramo upo{tevati tudi {um oja~evalnika. V ve~ini slu~ajev
navedemo le {umno {tevilo F oja~evalnika, vendar ta podatek
{e ne opisuje v celoti {umnih lastnosti oja~evalnika.
Popoln opis {umnih lastnosti dajejo trije {umni parametri
Fmin, Gama-o in rn (ali Rn), ki so prikzani na sliki 1.
     Najni`je {umno {tevilo oja~evalnika Fmin dose`emo le
takrat, ko je odbojnost (impedanca) izvora enaka optimalni
odbojnosti Gama-o. Optimalna odbojnost Gama-o je pri tem
povsem neodvisna veli~ina od linearnih S-parametrov
oja~evalnika. Tretji {umni parameter, {umna upornost Rn
oziroma normirana {umna upornost rn nam pove, kako hitro se
{umno {tevilo poslab{a, ko odbojnost izvora ni ve~ enaka
optimalni odbojnosti.
     Ker so {umni parametri ~etveropola neodvisni od linearnih
S-parametrov, pri ve~ini oja~evalnikov prilagoditev za najve~je
oja~enje obi~ajno ne sovpada s prilagoditvijo odbojnosti
(impedanc) za najni`je {umno {tevilo. Pri najve~jem oja~enju
dobimo slab{e {umno {tevilo in pri najni`jem {umnem {tevilu
dobimo nekoliko manj{e oja~enje. Nekateri oja~evalniki, {e
posebno tisti z zelo nizkimi {umnimi {tevili, so lahko tudi
potencialno nestabilni.
     Pri na~rtovanju oja~evalnika moramo v ve~ini slu~ajev
izbrati srednjo pot med najni`jim {umnim {tevilom in dovolj
velikim oja~enjem. Majhno oja~enje pomeni tudi velik dodatek
{uma druge in naslednjih oja~evalnih stopenj v verigi. [e
bolj pomembno pa je dolo~iti dopustna odstopanja odbojnosti
izvora (antene) oziroma odstopanja pri izdelavi prilagodilnega
vezja na vhodu oja~evalnika.
     Podobno kot linearne S-parametre dobimo tudi {umne
parametre izmerjene in objavljene za dolo~eno delovno to~ko
aktivnega sestavnega dela v oja~evalniku. Postopek dolo~anja
{umnih parametrov je prikazan na sliki 2. Najprej izmerimo
{umno {tevilo F50ohm brez vsakr{ne prilagoditve impedance
med {umno glavo merilnika in vhodom merjenca.
     Nato med {umno glavo in vhod merjenca vstavimo impedan~no
prilagodilno enoto in jo ugla{ujemo toliko ~asa, da dobimo
minimalno {umno {tevilo Fmin. Iz preslikave impedance tedaj
dolo~imo {e Gama-o. Kon~no iz izmerjenih veli~in izra~unamo
{e (normirano) {umno upornost Rn (ali rn).
     Opisani postopek daje zelo neto~ne rezultate, ko je
^L

^[&a33L- LVRK 9.2 -
^[&a8L
optimalna odbojnost izvora Gama-o blizu ni~, in popolnoma
odpove, ko je Gama-o enak ni~. V teh zelo redkih slu~ajih
moramo seveda izmeriti {umno {tevilo {e pri neki drugi
impedanci izvora, da lahko iz izrazov na sliki 1 dolo~imo
{umno upornost Rn oziroma rn.
     Pred meritvijo {umnih parametrov moramo najprej izbrati
ustrezen {umni izvor glede na pri~akovano velikost {umnih
{tevil. [umna {tevila nekaterih obi~ajnih aktivnih sestavnih
delov so prikazana na sliki 3. Nato moramo izdelati ustrezno
merilno vezje, ki poskrbi za enosmerno delovno to~ko merjenca
in ~imbolj verno preslika visokofrekven~ne impedance na
zunanje sponke. Enostavno merilno vezje za {umne parametre
bipolarnega tranzistorja je prikazano na sliki 4.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Umerjeno {umno glavo z znanim ENR.
(2) Impedan~no prilagodilno enoto (tuner) z nastavljivimi
    {trclji.
(3) Merjenca - visokofrekven~ni tranzistor v nosilnem vezju.
(4) Napajalnik za oja~evalnik s tranzistorjem.
(5) Merilnik {umnega {tevila.
(6) Merilnik impedance (mosti~ek ali analizator vezij, z
    ustreznim merilnim izvorom za dano frekven~no podro~je).
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih in{trumentov je
prikazana na sliki 5.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     V vaji moramo izvesti tri meritve. Najprej moramo izmeriti
{umno {tevilo merjenca v 50-ohmskem sistemu brez prilagoditev
impedance. Nato moramo poiskati tak{no prilagoditev impedance,
da dobimo minimalno {umno {tevilo Fmin. Kon~no moramo izmeriti
odbojnost (impedanco), pri kateri smo dosegli Fmin.
     Pri meritvah {umnega {tevila moramo seveda paziti na celo
vrsto mo`nih pogre{kov. Ker delamo z zelo {ibkimi signali,
moramo paziti na radijske motnje mo~nih oddajnikov, ki se
lahko prebijejo v merjenec in kazijo to~nost meritve. Mo~en
izvor motenj je lahko tudi visokofrekven~ni izvor za krmiljenje
analizatorja vezij (ali mosti~ka za merjenje impedance), ki ga
moramo med meritvijo {umnega {tevila zato nujno izklju~iti ali
vsaj uglasiti na druga~no frekvenco.
     Pred merjenjem {umnega {tevila merjenca izvedemo umerjanje
merilnega sprejemnika. Na merilnem sprejemniku moramo najprej
nastaviti frekven~ni pas, v katerem izvedemo umerjanje. ENR
tabele {umne glave nam ni treba ponovno vstavljati, ker je `e
vpisana v pomnilnik ra~unalnika. Na sprejemniku tudi nastavimo
primeren faktor povpre~enja, da dobimo to~nej{i rezutlat.
     Najprej izvedemo meritev {umnega {tevila v 50-ohmskem
sistemu. Umerjena {umna glava z nizkim ENR (5dB ali 15dB)
vsebuje v svoji notranjosti dobro prilagojen uporovni slabilec,
zato je njena izhodna impedanca zelo blizu 50ohm. [umno glavo
torej priklju~imo neposredno na vhod merjenca brez impedan~ne
prilagodilne enote ter izmerimo F50ohm.
     Nato vstavimo impedan~no prilagodilno enoto (tuner) med
{umno glavo in merjenec. Oba kratkosklenjena {trclja nastavimo
^L

^[&a33L- LVRK 9.3 -
^[&a8L
na pribli`no ~etrt valovne dol`ine, kar bi moralo dati
pribli`no isto {umno {tevilo kot pri meritvi v 50-ohmskem
sistemu. S premikanjem kratkosti~nikov nato i{~emo ~im
ni`je {umno {tevilo. Ker je {um naklju~no spremenljiv signal,
je `e ena sama meritev {umnega {tevila po~asna, iskanje
minimuma s {trclji je zato {e po~asnej{e. Ko najdemo minimum,
polo`aje {trcljev utrdimo z ustreznimi maticami in od~itamo
Fmin na merilnem sprejemniku.
     Kon~no moramo dolo~iti {e optimalno odbojnost Gama-o.
Gama-o bi sicer lahko izra~unali iz najdenega polo`aja
kratkosklenjenih {trcljev, vendar je na poti do vhodnih sponk
oja~evalnika {e precej neznank, ki bi kazile to~nost rezultata.
Najdeni Gama-o zato izmerimo z analizatorjem vezij ali
mosti~kom za merjenje impedance. Pri tem pustimo {umno glavo
priklju~eno na impedan~no prilagodilno enoto, merjenec pa
odklopimo in na njegovo mesto priklju~imo merilnik odbojnosti.
Pri meritvi odbojnosti (impedance) pazimo seveda na to, da
pravilno vra~unamo vse dol`ine vodov.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
      Za vajo izmerimo merjenec, tranzistor BFQ69 v merilnem
vezju, v danem frekven~nem podro~ju od 1000MHz do 1600MHz
s korakom po 200MHz. Najprej umerimo sam merilnik {umnega
{tevila v danem podro~ju. Nato izmerimo {umno {tevilo v
celotnem frekven~nem pasu v 50-ohmskem sistemu.
      Kon~no izmerimo Fmin in Gama-o za vsako frekvenco
posebej. Ta meritev je najbolj zamudna, ker moramo za
vsako frekvenco najprej poiskati nastavitev {trcljev,
od~itati {umno {tevilo, priklju~ti merilnik odbojnosti
in nazadnje {e izmeriti odbojnost.


























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 9.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 9.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 9.6 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 10. - MERITEV HISTOGRAMA STATISTIKE PRESIHA POLJA
======================================================


1. Statistika presiha sprejemanega polja
----------------------------------------
     V ve~ini resni~nih slu~ajev radijskih zvez ne moremo
preprosto dolo~iti jakosti sprejemanega polja. Razen tega se
lahko jakost sprejemanega polja spreminja s ~asom oziroma je
mo~no odvisna od majhnih premikov sprejemne ali oddajne antene.
V vseh navedenih slu~ajih izmerjena jakost sprejemanega polja
{e ni zadosten podatek za oceno zmogljivosti in kakovosti
radijske zveze.
     Razen izra~unane ali izmerjene jakosti sprejemanega polja
je treba v ve~ini resni~nih slu~ajev navesti {e statisti~ne
zakonitosti, ki se jim pokorava jakost sprejemanega polja
(slika 1). Mehanizem raz{irjanja radijskih valov pogojuje
porazdelitev gostote verjetnosti jakosti sprejemanega polja.
Iz znane porazdelitve gostote verjetnosti lahko potem enostavno
izra~unamo verjetnost, da jakost sprejemanega polja upade pod
najni`jo dopustno vrednost.
     ^e sprejemano polje sestavlja veliko {tevilo pribli`no
enako velikih, a med sabo statisti~no neodvisnih prispevkov,
se gostota verjetnosti jakosti sprejemanega polja pokorava
Rayleigh-ovi porazdelitvi. Prakti~no se to zgodi pri radijskih
zvezah brez neposredne vidljivosti, pri velikem uklonskem
slabljenju, naprimer v slu~aju zemeljskih mobilnih zvez
(mobilni telefon). Sprejemano polje je v tem slu~aju kazal~na
vsota ve~jega {tevila pribli`no enako velikih prispevkov, ki
pa imajo povsem naklju~no porazdeljeno fazo, kot je to
prikazano na sliki 2.
     ^e sprejemano polje sestavlja en velik prispevek
(neposredni val) in ve~je {tevilo mnogo manj{ih statisti~no
neodvisnih prispevkov (odbiti valovi), se gostota verjetnosti
jakosti sprejemanega polja pokorava Rice-jevi porazdelitvi.
Prakti~no se to zgodi pri radijskih zvezah z neposredno
vidljivostjo med antenama, kjer nam sprejemano polje motijo
odbiti valovi. Kazal~na vsota enega velikega in ve~jega {tevila
manj{ih kazalcev naklju~ne amplitude in faze je ponazorjena na
sliki 3.
     Razen omenjenih porazdelitev gostote verjetnosti lahko
dolo~eni pojavi pri raz{irjanju radijskih valov pogojujejo tudi
druga~ne porazdelitve gostote verjetnosti jakosti sprejemanega
polja, naprimer log-normalno porazdelitev (slika 4). Jakost
sprejemanega polja lahko pogojuje tudi ve~ razli~nih pojavov
pri raz{irjanju radijskih valov, od katerih daje vsak svojo
statisti~no porazdelitev gostote verjetnosti.
     Pri na~rtovanju radijske zveze moramo zato najprej dobro
poznati mehanizem raz{irjanja radijskih valov, ki bo dolo~al
vrsto statisti~ne prazdelitve gostote verjetnosti. Iz meritev
dobimo histogram, ki mu sku{amo prilagoditi pri~akovano
statisti~no porazdelitev, kot je to prikazano na sliki 5.
Glavna pomanjkljivost meritev je v tem, da dobimo malo podatkov
ravno o zanimivih slu~ajih, ko pride naprimer do izpada zveze.
V tem slu~aju je nujno, da pravilno izberemo model statisti~ne
^L

^[&a33L- LVRK 10.2 -
^[&a8L
porazdelitve, saj se v tem obmo~ju razli~ni modeli zelo
razlikujejo med sabo, kot je to prikazano na sliki 6.
     Kon~no iz dobljene statisti~ne porazdelitve izra~unamo
verjetnost presiha polja pod dolo~eno najni`jo vrednost oziroma
verjetnost izpada radijske zveze ter u~inkovitost protiukrepov,
kot so pove~anje mo~i oddajnika, dobitkov anten ali izbolj{anje
ob~utljivosti sprejemnika.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Nemoduliran visokofrekven~ni izvor 2.5GHz, 10mW,
    z nastavljivim izhodnim slabilcem.
(2) -20dB smerni sklopnik za 2.5GHz.
(3) Vektorski mikrovalovni merilni sprejemnik s harmonskim
    konverterjem in polarnim prikazovalnikom.
(4) Reverberan~no komoro z napajalniki za elektromotorje.
(5) [tiri antene za frekven~no podro~je 2.5GHz.
(6) Merilni sprejemnik za statistiko polja, z napajalnikom.
(7) [tevec (nizkofrekven~ni digitalni frekvencmeter).
(8) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na Sliki 7.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Resni~ne meritve statisti~ne porazdelitve jakosti
sprejemanega polja so lahko zelo dolgotrajne in zato zelo
drage. V laboratoriju si za {olski zgled pomagamo z
reverberan~no komoro, kjer lahko hitrost sprememb mo~no
pove~amo z vrtenjem ustreznih me{alnikov rodov. Razen tega
imamo pri reverberan~ni komori hkrati na razpolago {e krmilni
signal visokofrekven~nega izvora, kar olaj{uje meritve
amplitude in faze sprejemanega polja.
     V reverberan~no komoro namestimo ve~ razli~nih anten
za dano frekven~no podro~je. Sprejete signale merimo
na dva na~ina. Najprej z vektorskim merilnim sprejemnikom
kvalitativno opazujemo pojav presiha polja in opletanja
faze kazalca sprejetega signala. Nato z ustreznim merilnim
sprejemnikom izmerimo verjetnost (pogostnost), da se jakost
polja nahaja v predpisanih mejah.
     Delovanje merilnika statistike presiha je prikazano na
sliki 8. Sprejemnik vsebuje visokofrekven~ni oja~evalnik in
detektor. Usmerjena napetost se primerja s spodnjo in gornjo
mejo, ki ju nastavimo s potenciometroma na prednji plo{~i
sprejemnika. Ko se jakost sprejetega polja nahaja med
nastavljeno spodnjo in gornjo mejo, "IN" vrata omogo~ijo
taktu 8MHz, da krmili {tevec. Zaradi omejenih zmo`nosti
{tevca uporabimo preddelilec, ki deli {tevilo impulzov z 800.
     Pogostnost oziroma verjetnost, da se jakost vhodnega
signala nahaja v predpisanih mejah, od~itamo na {tevcu kot
frekvenco impulzov. Pri tem pomeni frekvenca 10kHz pogostnost
100%, ni`je frekvence pa sorazmerno manj{o pogostnost. Ker
merimo statisti~no veli~ino, mora biti ~as vrat {tevca dovolj
visok za povpre~enje (vsaj 10 sekund, kar zmore `e sam {tevec,
{e bolj{e pa ve~ z ro~nim zagonom in zaustavitvijo meritve).
      Referen~ni vhod vektorskega merilnega sprejemnika
priklju~imo na izhod visokofrekven~nega izvora preko smernega
^L

^[&a33L- LVRK 10.3 -
^[&a8L
sklopnika. Ker so izgube v reverberan~ni komori majhne, zado{~a
`e izvor majhne mo~i (manj kot 10mW), ki jo s slabilcem na
izhodu izvora {e dodatno zmanj{amo, da ne prekrmilimo merilnega
sprejemnika. Tudi sprejemnik za merjenje statistike presiha
potrebuje razmeroma {ibke signale. Zato mo~ izvora pred
za~etkom meritve prilagodimo tako, da ~imbolj izkoristimo
podro~je delovanja merilnika statistike presiha polja.
     Pravilno delujo~a zaprta reverberan~na komora daje
Rayleigh-ovo porazdelitev gostote verjetnosti sprejemanega
polja na katerikoli sprejemni anteni in ne glede na to,
~e so preostale antene v komori zaklju~ene na bremena ali ne.
Pri Rayleigh-ovi porazdelitvi opazimo na zaslonu polarnega
prikazovalnika povsem naklju~no premikanje svetle to~ke,
ki je simetri~no porazdeljeno glede na ni~lo (sredi{~e
zaslona). Rayleigh-ova porazdelitev je povsem opisana z enim
samim podatkom: povpre~no kvadratno vrednostjo signala, to je
povpre~no sprejemano mo~jo.
     Mo~ izvora nato nastavimo ustrezno merilniku statistike
presiha. Pri tem izklju~imo vektorski merilni sprejemnik, da ne
bi motil merilnika statistike, ki je ob~utljiv tudi na signal
lokalnega oscilatorja vektorskega merilnika. Potenciometer MIN
nastavimo na ni~, potenciometer MAX pa na polovico (500) in
jakost visokofrekven~nega izvora spreminjamo toliko ~asa,
da na frekvencmetru od~itamo pribli`no 5kHz (verjetnost 50%
ali medianska vrednost sredi skale). Nato oba potenciometra
MIN in MAX nastavimo na `eljene vrednosti okna, v katerem
merimo pogostnost.
     Reverberan~no komoro nato odpremo in poskus ponovimo.
Pri oddaljenih antenah dobimo podobno porazdelitev, vendar
{ibkej{e signale, saj ve~ina mo~i izvora uhaja skozi manjkajo~o
stranico komore. Pri bli`njih antenah pa sestavlja sprejeto
polje v glavnem neposredni val, odbiti valovi od me{alnikov
rodov in sten komore pa so dosti {ibkej{i. Primer ustreza
Rice-jevi porazdelitvi gostote verjetnosti, ki jo opisujeta
dva parametra: srednja vrednost sprejetega polja in standardna
deviacija.
     Tudi pri Rice-jevi porazdelitvi nastavimo mo~ izvora in
oba potenciometra povsem enako kot pri Rayleigh-ovi
porazdelitvi. Ker pa je Rice-jeva porazdelitev bolj "zgo{~ena"
okoli srednje vrednosti kot Rayleigh-ova porazdelitev,
uporabimo o`ja okna v zanimivem obmo~ju od ni~ razli~nih
vrednosti.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo izmerimo histograma obeh dobljenih porazdelitev
gostote verjetnosti. Rayleigh-ovo porazdelitev izmerimo v
20 oknih, kar bo dalo 20 stolpcev v histogramu. Za prvo okno
nastavimo potenciometer MIN na 0 in MAX na 50, za drugo MIN
na 50 in MAX na 100 in tako naprej do zadnjega okna z MIN 950
in MAX 1000.
     Histogram Rice-jeve porazdelitve dobimo na enak na~in, le
da izberemo o`ja okna (25, 20 ali celo samo 10 enot na skalah
potenciometrov) ter merimo samo v podro~ju, kjer dobimo od
ni~ razli~ne rezultate (okoli vrednosti 500 na skalah
potenciometrov, ~e smo le pravilno nastavili mo~ izvora).
^L

^[&a33L- LVRK 10.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 10.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 10.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 10.7 -
^L

^[&a33L- LVRK 10.8 -
^L

^[&a33L- LVRK 10.9 -
^L

^[&a33L- LVRK 10.10 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 11. - POPA^ENJE PRENOSNE FUNKCIJE RADIJSKEGA KANALA
========================================================


1. U~inki raz{irjanja radijskiv valov po ve~ poteh
--------------------------------------------------
     Pri skoraj vseh zemeljskih radijskih zvezah se valovanje
raz{irja po ve~ kot eni sami poti med oddajno in sprejemno
anteno. Najo~itnej{a posledica tak{nega raz{irjanja valovanja
je spreminjanje jakosti oziroma presih polja v sprejemni to~ki.
Presih polja dobimo zato, ker je sprejeto polje kazal~na vsota
ve~jega {tevila prispevkov, ki imajo naklju~no porazdeljeno
fazo. Problem presiha polja obi~ajno re{ujemo z visoko rezervo
pri slabljenju zveze z uporabo oddajnikov ve~jih mo~i, anten
z ve~jimi dobitki in bolj ob~utljivih sprejemnikov.
     Presih polja pa ni edini u~inek raz{irjanja po ve~ poteh.
Odvisno od velikosti razlik v dol`inah poti je lahko kazal~na
vsota mo~no frekven~no odvisna, kot je to prikazano na sliki 1.
Raz{irjanje istega radijskega signala po ve~ razli~nih poteh
zato kvari prenosno funkcijo radijskega kanala. Prenosna
funkcija resni~nega radijskega ima zato dodatno amplitudno in
fazno odvisnost od frekvence.
     Popa~enje prenosne funkcije radijskega kanala zaradi
raz{irjanja po ve~ poteh sicer v teoriji bistveno ne omejuje
prenosne zmogljivosti radijskega kanala ter ga lahko na
sprejemni strani povsem izlo~imo z ustrezno obdelavo signalov.
Prakti~no pa je tak{no popa~enje zelo nadle`no, saj je tehni~na
izvedba potrebne obdelave signalov zelo zahtevna. Popa~enja
tudi ne moremo odpraviti z ve~anjem mo~i oddajnika in
izbolj{evanjem ob~utljivosti sprejemnika. Le antene z ve~jim
dobitkom (o`jim snopom sevanja) lahko nekoliko omejijo
prispevke ne`eljenih odbitih valov.
     Popa~enje zaradi odbitih valov kvarno vpliva na vse vrste
modulacij. Pri amplitudni modulaciji se popa~enje ka`e v obliki
"duhov" na televizijski sliki. Pri kotnih modulacijah
(frekven~na ali fazna) se popa~enje faze pretvori v nelinearna
popa~enja v demoduliranem nizkofrekven~nem signalu. Pri
{tevilskem (digitalnem) prenosu podatkov povzro~a popa~enje
zaradi raz{irjanja po ve~ poteh intersimbolno interferenco.
     Ker se popa~enje zaradi raz{irjanja po ve~ poteh ka`e v
sprejemu razli~no zakasnjenih ina~ic istega signala, ga lahko
v sprejemniku z ustrezno obdelavo povsem izlo~imo s primernim
sitom pred demodulacijo signala. Tak{no sito vsebuje kasnilne
vode, katerih dol`ine natan~no ustreza razlikam v dol`inah
poti `eljenega in odbitih valov. Ker te razlike vnaprej niso
znane, mora sprejemnik samodejno prilagoditi dol`ine svojih
kasnilnih vodov in ute`i, da izbri{e ne`eljene odbite valove
(prilagodljivo adaptivno sito).
     Nekatere vrste modulacij so same po sebi neob~utljive na
raz{irjanje valov po ve~ razli~nih poteh. Ker je ~love{ko uho
neob~utljivo na razlike v fazi zvo~nih signalov, je amplitudna
modulacija z enim samim bo~nim pasom in brez nosilca (SSB) zelo
odporna na raz{irjanje po ve~ poteh in se zato uporablja za
govorne zveze preko loma v ionosferi v kratkovalovnem podro~ju,
kjer so razlike v poteh lahko zelo velike. Bolj uporaben slu~aj
^L

^[&a33L- LVRK 11.2 -
^[&a8L
je tehnika raz{irjenega spektra (spread-spectrum) z neposrednim
zaporedjem (direct-sequence), kjer korelator v sprejemniku
sam po sebi izlo~a signale z razli~nim ~asom prihoda v
sprejemnik.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Visokofrekven~ni sweep izvor za podro~je 8-12.4GHz, 10mW.
(2) Smerni sklopnik in nastavljivi merilni vod iz kompleta
    mikrovalovnega analizatorja vezij.
(3) Vektorski mikrovalovni merilni sprejemnik s harmonskim
    konverterjem in amplitudno/faznim prikazovalnikom.
(4) Kovinsko plo{~o in ve~ kosov mikrovalovnega absorberja.
(5) Dve anteni za frekven~no podro~je 10GHz na podstavkih.
(6) XY risalnik.
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih in{trumentov je
prikazana na sliki 2.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Za vajo si oglejmo popa~enje na zelo kratki prenosni poti
med dvema antenama v sobi laboratorija. Zaradi majhne razdalje
med antenama so tudi razlike v dol`inah poti med neposrednim
in odbitimi valovi majhne, zato bomo opazili odstopanja
amplitude in faze {ele pri meritvah v zelo {irokem frekven~nem
pasu. Iz tega razloga meritev ne bomo izvedli v pasu enega
samega radijskega kanala, pa~ pa v celotnem frekven~nem pasu,
ki ga dopu{~ajo uporabljene antene in merilni in{trumenti.
     Za izvedbo meritev uporabimo komplet analizatorja vezij:
VF sweep izvor za podro~je 8 do 12.4GHz, smerni sklopnik in
nastavljivi merilni vod ter vektroski merilni sprejemnik s
harmonskim konverterjem. Da opazimo `e najmanj{a odstopanja
faze, moram povsem izena~iti dol`ine poti v referen~ni in
merilni veji sistema. Ker zna{a razdalja med antenama
pribli`no 2m, tega ne moremo nadomestiti s samim merilnim
vodom v analizatorju vezij, pa~ pa moramo dodati {e zunanji
kabel primerne dol`ine in nastavljivi vod uporabimo le za
fine popravke dol`ine referen~ne poti.
     Pred meritvijo nadomestimo resni~no radijsko pot s kablom
in nastavljivim slabilcem, da ocenimo neto~nosti amplitudnega
in predvsem faznega odziva merilnega sistema. Nato postavimo
in priklju~imo obe anteni na podstavkih, na razdalji
pribli`no 2m. Anteni usmerimo eno proti drugi, kovinsko plo{~o
pa prekrijemo z mikrovalovnim absorberjem, da zaenkrat
prepre~imo ne`eljene odbite valove. V obeh slu~ajih (kabel in
zveza brez odbojev) nastavljamo dol`ino referen~ne poti toliko
~asa, da dobimo ~imbolj raven fazni odziv.
     Nato odstranimo absorber in opazujemo vpliv odboja od
kovinske plo{~e na amplitudo in fazo prenosne funkcije na
razli~nih razdaljah. Kon~no obrnemo {e same antene drugam od
neposredne smeri in opazujemo u~inek na zaslonu vektorskega
merilnega sprejemnika. Po vsakem premikanju anten seveda
poskusimo nastaviti dol`ino referen~nega voda tako, da dobimo
na zaslonu merilnika ~imbolj raven fazni odziv. Raven fazni
odziv (premica pod poljubnim naklonom) tu pomeni le zakasnitev,
razna ukrivljanja oziroma nihanja faze pa pomenijo popa~enja.
^L

^[&a33L- LVRK 11.3 -
^[&a8L
4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Kot rezultat vaje prika`emo in izri{emo amplitudne in
fazne odzive vseh treh zna~ilnih primerov: neposredna
zveza z majhnimi odboji (absorber), neposredna zveza z
mo~nim odbojem od tal (kovinska plo{~a) in radijska zveza
z ve~ odboji. V vseh treh slu~ajih na izrisane slike na
risalniku zabele`imo pogoje meritve: vi{ini in razdaljo
med antenama, frekven~ni pas meritve ter vrsti oziroma
dobitka anten.















































***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 11.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 11.5 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 12. - MERITEV SIGNALOV V SATELITSKEM SISTEMU INMARSAT
==========================================================


1. Mobilni satelitski komunikacijski sistem Inmarsat
----------------------------------------------------
     Radijska zveza med ladjo in kopensko radijsko postajo je
pomenila prvo prakti~no izkori{~anje radijskih valov in s tem
za~etek radijske tehnike pred skoraj sto leti. Zato ni slu~aj,
da so se tudi tehni~no zahtevnej{e mobilne satelitske
komunikacije najprej uveljavile v pomorstvu za zvezo med
prekooceanskimi ladjami in obalnimi postajami. Osnovo sodobnega
sistem Inmarsat so postavili trije poskusni ameri{ki sateliti
Marisat, izstreljeni v geostacionarno tirnico konec
sedemdesetih let, ki so za komunikacije s pomorskimi mobilnimi
uporabniki uporabljali frekven~no podro~je 300MHz za voja{ke
uporabnike in 1.5GHz za civilne uporabnike.
     V za~etku osemdesetih let je bila ustanovljena mednarodna
organizacija Inmarsat s sede`em v Londonu, ki skrbi za
izstreljevanje in delovanje ustreznih komunikacijskih
satelitov. Razli~ni sateliti v sistemu Inmarsat so sicer povsem
kompatibilni s starimi sateliti Marisat in prav tako
uporabljajo frekven~no podro~je 1.5GHz za zvezo satelit-ladja v
obeh smereh, le zmogljivost satelitov je pove~ana z za~etnih
10 telefonskih kanalov satelitov Marisat na sedanjih 100
telefonskih kanalov sodobnih satelitov.
     Delovanje pomorskega mobilnega sistema Inmarsat je
prikazano na sliki 1. Sateliti nosijo na krovu le linearne
pretvornike, ki sprejete signale oja~ijo in preslikajo v
drug frekven~ni pas. Komunikacija z upravno postajo na kopnem
poteka v frekven~nem pasu 4/6GHz, komunikacija z mobilno
postajo na ladji pa v pasu 1.5/1.6GHz.
     Sedanji sistem Inmarsat sestavljajo {tirje aktivni in ve~
rezervnih satelitov. Vsi dosedanji sateliti so bili izstreljeni
v geostacionarno tirnico. Dva aktivna satelita na 15 stopinj
zahodno in 55 stopinj zahodno pokrivata Atlantski ocean, en
satelit na 64.5 stopinj vzhodno pokriva Indijski ocean in en
satelit na 180 stopinj vzhodne zemljepisne dol`ine pokriva
Pacifi{ki ocean.
     Vse zveze preko satelita Inmarsat uporabljajo en sam
pretvornik na krovu satelita v frekven~nem multipleksu (glej
sliko 2). Vsi dodeljeni frekven~ni pasovi so {irine 8.5MHz
in vsak od teh je razdeljen na 339 kanalov s korakom po 25kHz.
Osnovni sistem Inmarsat uporablja dve vrsti komunikacij:
govorno telefonsko zvezo, ki uporablja frekven~no modulacijo,
in telegrafsko zvezo oziroma signalizacijo s hitrostjo
1200 bitov v sekundi.
     Zmogljivost dosedanjih satelitov ni omejena s {irino
dodeljenega frekven~nega spektra, pa~ pa z mo~mi oddajnikov na
krovu. Zaradi frekven~nega multipleksa je izkoristek izhodne
stopnje oddajnika zelo slab in zna{a komaj 8% v podro~ju
1.5GHz. Izhodna mo~ oddajnika 70W zado{~a za pribli`no 50
isto~asnih telefonskih pogovorov, za kar oddajnik na krovu
satelita tro{i skoraj 900W enosmerne mo~i. Hkrati se frekvence
uporabljenih kanalov dodeljujejo tako, da je verjetnost motenj
^L

^[&a33L- LVRK 12.2 -
^[&a8L
zaradi intermodulacijskega popa~enja ~immanj{a.
     Ker antene na krovu satelita pokrivajo celotno vidno
poloblo, potrebuje mobilni uporabnik anteno s smernostjo
okoli 20dBi (zrcalo premera 1m). Zveza v obratni smeri, od
uporabnika proti zemeljski upravni postaji, ne omejuje sistema,
saj ima vsak uporabnik oddajnik z izhodno mo~jo 20-50W,
oddajnik na krovu satelita z izhodno mo~jo 20W v podro~ju 4GHz
pa sprejema kopenska upravna postaja z razmeroma veliko anteno
(premer nad 10m).

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Paraboli~no zrcalo premera 1.2m na stojalu z desno-kro`no
    polariziranim `arilcem za frekven~no podro~je 1.5GHz.
(2) 30dB malo{umni oja~evalnik za fekven~no podro~je 1.5GHz.
(3) -10dB smerni sklopnik za 1.5GHz.
(4) Sprejemni konverter za 1.5GHz in ustrezen FM sprejemnik z
    napajalnikom.
(5) 40dB {irokopasovni oja~evalnik z napajalnikom.
(6) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-2GHz.
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
(8) Zemljevid Ljubljana z okolico, 1:100000 ali 1:50000.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Za vajo si oglejmo signale, ki jih sateliti Inmarsat
oddajajo mobilnim uporabnikom. Od vseh Inmarsat-ovih signalov
so ti najmo~nej{i in jih je zato najla`je sprejemati. Hkrati
ti signali predstavljajo tudi glavno omejitev sistema:
dimenzije uporabni{ke sprejemne antene. Za vajo si seveda
privo{~imo nekoliko ve~jo anteno, ki daje bolj{e razmerje
signal/{um in olaj{uje meritve.
     Prva naloga v vaji je usmeriti anteno na geostacionarni
satelit. Iz Slovenije so vidni trije od {tirih Inmarsat-ovih
satelitov in sicer oba satelita nad Atlantskim oceanom in
satelit nad Indijskim oceanom. V Ljubljani, na zemljepisni
dol`ini 14.5 stopinj vzhodno in zemljepisni {irini 46.0 stopinj
severno, lahko izra~unamo naslednje polo`aje treh na nebu
vidnih Inmarsat-ovih satelitov:
Inmarsat 55W      Azimut 254.9 stopinj   Elevacija  5.4 stopinj
Inmarsat 15W      Azimut 218.2 stopinj   Elevacija 29.6 stopinj
Inmarsat 64.5E    Azimut 121.1 stopinj   Elevacija 18.2 stopinj
Azimut in elevacijo od~itamo na skali na vrtljivem podstavku
antene. Kot referen~no to~ko za azimut vzamemo oddaljen, a
dobro viden predmet, naprimer antenski stolp na Krimu.
     Sateliti Inmarsat oddajajo v podro~ju 1.5GHz z
desno-kro`no polarizacijo. Ker paraboli~no zrcalo obrne smer
kro`ne polarizacije, uporabimo za osvetlitev zrcala levo
polariziran `arilec. Nizko{umni predoja~evalec namestimo kar na
sam `arilec, da so izgube v priklju~nem kablu ~immanj{e. Signal
nato peljemo na dva sprejemnika: na FM sprejemnik z ustreznim
demodulatorjem in zvo~nikom za poslu{anje govornih signalov
ter na visokofrekven~ni spektralni analizator.


^L

^[&a33L- LVRK 12.3 -
^[&a8L
4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo pomerimo signale na pretvorniku satelita Inmarsat:
pre{tejemo govorne in telegrafske kanale in si zabele`imo
frekvence. Iz frekvenc sku{amo nato dolo~iti razmake med
kanali, s katerimi sku{ajo upravne postaje prepre~iti, da bi
intermodulacijski produkti mo~nostnega oja~evalnika na satelitu
padli v uporabljene kanale.
     Sprejemno anteno zasu~emo {e na druga dva satelita in
meritve ponovimo. Pri tem pazimo predvsem na to, kateri kanali
so na vseh treh satelitih isti. Pri dolo~anju frekvence seveda
upo{tevamo vse ~lene v sprejemni verigi. ^e od~itavamo
frekvenco na VHF sprejemniku, potem moramo rezultatu pri{teti
{e frekvenco me{anja v konverterju.











































***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 12.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 12.5 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 13. - MERITEV INTERMODULACIJE OJA^EVALNIKA V B RAZREDU
===========================================================


1. Izkoristek in popa~enje mo~nostnih oja~evalnikov
---------------------------------------------------
     Pri na~rtovanju mo~nostnih oja~evalnikov za izhodne
stopnje radijskih oddajnikov je zelo pomemben podatek
elektri~ni izkoristek, to je razmerje med izhodno
visokofrekven~no mo~jo in vhodno enosmerno mo~jo. Elektri~ni
izkoristek neposredno pogojuje porabo energije, ki je lahko
omejena (baterijsko napajanje) oziroma zelo draga (oddajniki
velikih mo~i). Izkoristek tudi dolo~a koli~ino toplote, ki
se spro{~a v izhodni stopnji oddajnika in s tem pogojuje
izbiro in `ivljensko dobo sestavnih delov mo~nostnega
oja~evalnika.
     Izkoristek je odvisen od fizikalne osnove delovanja
oja~evalnika. V nekaterih oja~evalnikih izkoristka ne moremo
spreminjati z razli~nimi pogoji delovanja, naprimer v
elektronkah s hitrostno modulacijo snopa (klistron, TWT)
oziroma v laserskih oja~evalnikih za svetlobne frekvence.
Vsi ti oja~evalniki se na zunaj obna{ajo kot oja~evalniki v
"A" razredu, intermodulacijska popa~enja pa preprosto opi{emo
s prese~nimi to~kami.
     V aktivnih sestavnih delih, ki oja~ujejo tudi enosmerne
signale (vse vrste tranzistorjev, elektronke s krmilnimi
mre`icami) imamo mo`nost izbire med majhnim popa~enjem in
dobrim elektri~nim izkoristkom z nastavitvijo delovne to~ke.
Izbira delovne to~ke oja~evalnika z bipolarnim tranzistorjem
je prikazana na sliki 1. Podobne diagrame bi lahko narisali
tudi za poljske tranzistorje (FET) in za elektronke s
krmilnimi mre`icami.
     Izkoristek oja~evalnika v "A" razredu obi~ajno dose`e
najve~ 30% pri vr{ni izhodni mo~i in upada sorazmerno s
trenutno izhodno mo~jo, saj je poraba oja~evalnika v "A"
razredu nespremenljiva. Po drugi strani dose`e oja~evalnik
v "C" razredu izkoristek okoli 70%, vendar je zaradi visokega
popa~enja uporaben samo za oja~evanje signalov s konstantno
ovojnico (naprimer v FM ali PSK oddajniku).
     Delovno to~ko oja~evalnika v "B" razredu posku{amo
postaviti v samo koleno odziva. V tak{nih razmerah je popa~enje
signala sicer {e vedno veliko, vendar lahko prenosno funkcijo
razvijemo na linearni ~len in sode ~lene vi{jih redov. Lihi
~leni tretjega in vi{jih redov, ki so odgovorni za
intermodulacijsko popa~enje, so v dobro na~rtovanem
oja~evalniku v "B" razredu razmeroma majhni.
     Izkoristek oja~evalnika v "B" razredu dosega 50% pri polni
izhodni mo~i in pri ni`jih mo~eh upada po~asneje, saj pri
ni`jem krmiljenju upada tudi poraba enosmerne mo~i. Ve~ji
izkoristek in manj{a poraba energije pomenita dalj{o `ivljensko
dobo baterij, ni`jo ceno porabljene energije in uporabo manj{ih
sestavnih delov v izhodni stopnji oddajnika. Oja~evalnik v "B"
razredu lahko torej uspe{no nadomesti oja~evalnik v "A"
razredu, ~e le moremo pravilno izbrati delovno to~ko, da
omejimo intermodulacijska popa~enja.
^L

^[&a33L- LVRK 13.2 -
^[&a8L
     Potek mo~i intermodulacijskega popa~enja oja~evalnika v
"B" razredu ni enostavna funkcija mo~i vhodnega signala, kot
je to prikazano na sliki 2. Oja~evalnik v "B" razredu se obna{a
"linearno" le v omejenem obmo~ju krmilne mo~i. Pri prevelikih
krmilnih mo~eh gre oja~evalnik v zasi~enje podobno kot
oja~evalnik v "A" razredu. Delovanje oja~evalnika v "B" razredu
se poru{i tudi pri prenizkih vhodnih mo~eh, ko deluje
oja~evalnik v samem kolenu prenosne funkcije.
      V oja~evalniku v "B" razredu dose`e razmerje med
intermodulacijskim popa~enjem in izhodno mo~jo najugodnej{e
vrednosti v omejenem pasu vhodnih mo~i. Dodaten pojav, ki se
ga ne da prikazati na sliki 2, je odvisnost jakosti
intermodulacijskih popa~enj od razlike krmilnih frekvenc.
Vzrok za to je v tokovih v napajalnih vodih (+Ub in +Uc), ki
vsebujejo tudi komponente z razliko obeh frekvenc. Du{ilke
in nizkoprepustna sita v napajalnih vodih morajo biti zato
na~rtovani ne samo za enosmerne in visokofrekven~ne tokove,
pa~ pa tudi za razlike frekvenc, ki se lahko tu pojavijo.
     Primer oja~evalnika z izhodno stopnjo v "B" razredu je
prikazan na sliki 3. Prva, krmilna stopnja oja~evalnika
deluje v "A" razredu, saj tu izkoristek {e ni tako pomemben.
PNP tranzistor BC327 je uporabljen kot dioda z velikim Is,
da dobimo primerno, temperaturno kompenzirano napetost +Ub
za nastavitev delovne to~ke izhodnega NPN tranzistorja BFR96S.
Izkoristek prikazanega oja~evalnika je kljub "B" razredu
razmeroma slab zaradi napajanja izhodne stopnje preko upora
100ohm. V pravem oddajniku bi bila namesto tega upora du{ilka,
vendar je tak{na izhodna stopnja zelo ob~utljiva na napa~no
krmiljenje, ki lahko povzro~i uni~enje izhodnega tranzistorja.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Dva visokofrekven~na izvora za podro~je 1-250MHz.
(2) Tri 50ohmske nastavljive kalibrirane slabilce.
(3) Merjenec - oja~evalnik 40dB v B razredu.
(4) Dvojni napajalnik za oja~evalnik.
(5) Miliampermeter za tok izhodne stopnje oja~evalnika.
(6) Prilagojeni -6dB uporovni delilnik.
(7) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-1GHz.
(8) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih in{trumentov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Pri meritvah intermodulacijskega popa~enja in prese~nih
to~k se moramo zavedati, da lahko pride do popa~enja ne samo v
merjencu, pa~ pa v kateremkoli delu merilne opreme.
Visokofrekven~ni izvori in spektralni analizator v svoji
notranjosti vsebujejo nelinearne sestavne dele, ki lahko prav
na enak na~in popa~ijo signale. Edini "zanesljiv" sestavni del
so uporovni slabilci in druga pasivna vezja brez polprevodnikov
in feromagnetnih jeder.
     Izvor nelinearnega popa~enja poi{~emo tako, da v dolo~eni
to~ki vezja in{trumentov in merjencev vstavimo slabilec. ^e ob
vstavitvi slabilca ostane razmerje med `eljenimi signali in
intermodulacijskimi produkti nespremenjeno, to pomeni, da se
^L

^[&a33L- LVRK 13.3 -
^[&a8L
nahaja izvor popa~enja pred slabilcem. ^e pa jakost
intermodulacijskih produktov upade za ve~ji faktor kot `eljeni
signali, se nahaja izvor popa~enja za vstavljenim slabilcem.
     Merjenca, oja~evalnik preizku{amo tako, da ga krmilimo z
dvema frekvencama f1 in f2. Dva signala dobimo iz dveh
visokofrekven~nih izvorov, ki jih pa ne smemo naravnost vezati
vzporedno. Pri preprosti vzporedni vezavi bi signal enega
izvora za{el nazaj v drugi izvor in tam v nelinearnih sestavnih
delih povzro~il intermodulacijsko popa~enje. Na vsak izvor
zato najprej priklju~imo svoj slabilec in nato sestavljamo
oslabljene signale v prilagojenem uporovnem delilniku.
     Pri merjenju oja~evalnikov v "B" razredu nujno preverimo
odvisnost jakosti intermodulacijskih produktov od razlike
frekvenc f1-f2. To preprosto storimo tako, da pustimo frekvenco
enega izvora nespremenjeno ter premikamo drugi izvor. Odvisnost
od razlike frekvenc moramo preveriti pri razli~nih jakostih
signalov. Kon~ne meritve opravimo pri dovolj majhni razliki
frekvenc, ko odvisnost od razlike frekvenc {e ne pride do
izraza.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za izvedbo vaje nastavimo izhodni mo~i obeh izvorov enaki.
Nato obe mo~i vzporedno pove~ujemo in hkrati opazujemo tri
veli~ine: linearno izhodno mo~ in intermodulacijsko popa~enje
na spektralnem analizatorju in porabo izhodne stopnje z
miliampermetrom.
     Kon~ni rezultat vaje predstavimo z diagramom, podobnim
sliki 2, kjer vri{emo krivulje za linearno izhodno mo~, mo~
intermodulacijskega popa~enja in enosmerno porabo izhodne
stopnje.


























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 13.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 13.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 13.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 14. - MERITEV VERJETNOSTI IZPADA RADIJSKE ZVEZE
====================================================


1. Raznoliki (diverzni) sprejem
-------------------------------
     V ve~ini resni~nih slu~ajev radijskih zvez ne moremo
preprosto dolo~iti jakosti sprejemanega polja. Jakost sprejema
se spreminja s ~asom oziroma je mo~no odvisna od majhnih
premikov anten. V vseh navedenih slu~ajih je merilo za kakovost
oziroma zmogljivost zveze verjetnost izpada zveze, se pravi
verjetnost, da jakost sprejemanega polja pade pod predpisano
mejo Emin, kot je to prikazano na sliki 1.
     Verjetnost izpada zveze lahko zni`amo na ve~ razli~nih
na~inov. S pove~anjem mo~i oddajnika oziroma pove~anjem dobitka
oddajne antene spremenimo porazdelitev gostote verjetnosti p(E)
tako, da se verjetnost preseganja meje Emin znatno pove~a. S
pove~anjem dobitka sprejemne antene lahko po drugi strani
zni`amo mejo Emin.
     Vsi opisani ukrepi so zelo dragi. Oddajnik ve~je mo~i
porabi ve~ elektri~ne energije, predvsem pa povzro~a ve~
motenj drugim radijskim zvezam, ki ponovno uporabljajo isti
radiofrekven~ni kanal. Antene z ve~jim dobitkom imajo ve~je
fizi~ne izmere in zahtevajo to~nej{e usmerjanje. V nekaterih
pogostih slu~ajih (mobilne zveze) zahtevamo, da ima vsaj ena
od radijskih postaj neusmerjeno anteno.
     Ko ne moremo ve~ pove~ati mo~i oddajnika oziroma dobitkov
obeh anten, uporabimo raznoliki sprejem (diversity reception).
Pri raznolikem sprejemu uporabimo dva ali ve~ neodvisnih
sprejemnikov in izbiramo najbolj{i (najve~ji) izhod. Dodatno
izbolj{anje lahko prinese {e sestavljanje kazalcev na izhodih
sprejemnikov namesto preproste izbire najmo~nej{ega izhoda,
kar pa je tehni~no dosti te`je izvedljivo od preproste izbire
najmo~nej{ega izhoda.
     ^e je presihanje radijskih zvez do sprejemnih anten
statisti~no neodvisno, je skupna verjetnost izpada zveze kar
enaka produktu verjetnosti izpada posameznih radijskih zvez,
kot je to prikazano na sliki 2. V slu~aju dveh podobnih
radijskih zvez, ki imata enako porazdelitev gostote
verjetnosti p(E1)=p(E2)=p(E), je skupna verjetnost izpada
enaka kvadratu verjetnosti izpada posami~ne zveze.
     Raznoliki (diverzni) sprejem lahko izvedemo na ve~
razli~nih na~inov, ki so prikazani na sliki 3. Najpogostej{a
izvedba je prostorski raznoliki sprejem. V tem slu~aju
uporabimo dve enaki sprejemni anteni, ki ju namestimo na
dovolj veliki razdalji, da je presih polja ene radijske zveze
neodvisen (nekoreliran) s presihom druge radijske zveze.
     V slu~aju radijske zveze brez neposredne vidljivosti, ki
izkori{~a uklon ali sipanje valovanja na razli~nih ovirah
lahko uporabimo smerni raznoliki sprejem. Sprejemni anteni se
sicer nahajata na istem mestu, vendar sta usmerjeni v razli~ne
smeri. Opisano razli~ico raznolikega sprejema obi~ajno
uporabljamo v zvezah preko sipanja v troposferi.
     Zelo pogosta izvedba raznolikega sprejema je
polarizacijski raznoliki sprejem, saj so ukloni in odboji
^L

^[&a33L- LVRK 14.2 -
^[&a8L
valovanja pogosto polarizacijsko odvisni, tudi ~e med
oddajnikom in sprejemnikom ni dvolomne snovi. Prednost
polarizacijskega raznolikega sprejema je v tem, da se obe
sprejemni anteni nahajata na istem mestu, kar pomeni ni`jo
ceno izdelave in vgradnje tak{ne antene.
     Ker je presih polja mo~no frekven~no odvisen, je
frekven~ni raznoliki sprejem (in oddaja!) zelo u~inkovita
re{itev. Slaba lastnost frekven~nega raznolikega sprejema je
dvojna (ali ve~kratna) poraba frekven~nega spektra in
zahteva po ve~ neodvisnih oddajnikih. Podobne lastnosti ima
tudi ~asovni raznoliki sprejem, ko oddano informacijo ~ez ~as
{e enkrat ali ve~krat ponovimo in pri tem ra~unamo na ~asovno
spremenljivost presiha polja.
     ^e je pri raznolikem sprejemu presih polja obeh radijskih
zvez koreliran, je skupna verjetnost izpada zveze seveda
druga~na od preprostega produkta verjetnosti izpada posameznih
zvez. V primeru premajhne razdalje med antenama pri prostorskem
raznolikem sprejemu ali premajhne frekven~ne razlike pri
frekven~nem raznolikem sprejemu se seveda pove~a skupna
verjetnost izpada zveze.
     V primeru koreliranega presiha polja se lahko skupna
verjetnost izpada zveze tudi zmanj{a, ko z izbiro pravilne
razdalje med antenama ali pravilne frekven~ne razlike dobimo
v slu~aju izpada ene od zvez ravno maksimum sprejema v drugi
zvezi. Skupno verjetnost izpada zveze lahko zmanj{amo le
v tistih redkih slu~ajih, ko natan~no poznamo mehanizem
presihanja polja.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Nemoduliran visokofrekven~ni izvor 2.5GHz, 10mW,
    z nastavljivim izhodnim slabilcem.
(2) Reverberan~no komoro z napajalniki za elektromotorje.
(3) [tiri antene za frekven~no podro~je 2.5GHz.
(4) Dve prilagojeni bremeni za antene.
(5) Merilni sprejemnik za statistiko polja, z napajalnikom.
(6) [tevec (nizkofrekven~ni digitalni frekvencmeter).
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Resni~ne meritve statisti~ne porazdelitve jakosti in
korelacije sprejemanega polja z ve~ antenami so lahko zelo
dolgotrajne in zato zelo drage. V laboratoriju si pomagamo z
reverberan~no komoro, kjer lahko hitrost sprememb mo~no
pove~amo z vrtenjem ustreznih me{alnikov rodov. V reverberan~no
komoro namestimo ve~ razli~nih anten za dano frekven~no
podro~je. Eno anteno uporabimo kot oddajno anteno, drugi dve
anteni pa kot sprejemni anteni.
     Verjetnost (pogostnost) izpada zveze merimo z ustreznim
merilnim sprejemnikom. Delovanje merilnika statistike presiha
je prikazano na sliki 5. Sprejemnik vsebuje dva
visokofrekven~na oja~evalnika in dva detektorja. Usmerjeni
napetosti se primerjata z mejama, ki ju nastavimo s
potenciometroma na prednji plo{~i sprejemnika. Ko sta jakosti
^L

^[&a33L- LVRK 14.3 -
^[&a8L
obeh signalov pod nastavljenima mejama, "IN" vrata omogo~ijo
taktu 8MHz, da krmili {tevec. Zaradi omejenih zmo`nosti
{tevca uporabimo preddelilec, ki deli {tevilo impulzov z 800.
     Pogostnost oziroma verjetnost, da se jakost obeh vhodnih
signalov nahaja pod nastavljenima mejama, od~itamo na {tevcu
kot frekvenco impulzov. Pri tem pomeni frekvenca 10kHz
pogostnost 100%, ni`je frekvence pa sorazmerno manj{o
pogostnost. Ker merimo statisti~no veli~ino, mora biti ~as vrat
{tevca dovolj visok za povpre~enje (vsaj 10 sekund, kar zmore
`e sam {tevec, {e bolj{e pa ve~ z ro~nim zagonom in
zaustavitvijo meritve).
      Ker so izgube v reverberan~ni komori majhne, zado{~a
`e izvor majhne mo~i (manj kot 10mW), ki jo s slabilcem na
izhodu izvora {e dodatno zmanj{amo, da ne prekrmilimo merilnega
sprejemnika za statistiko presiha. Zato mo~ izvora pred
za~etkom meritve prilagodimo tako, da ~imbolj izkoristimo
podro~je delovanja merilnika statistike presiha polja.
     Pravilno delujo~a zaprta reverberan~na komora daje
Rayleigh-ovo porazdelitev gostote verjetnosti sprejemanega
polja na katerikoli sprejemni anteni in ne glede na to,
~e so preostale antene v komori zaklju~ene na bremena ali ne.
V tej vaji neuporabljene antene vedno zaklju~imo s
prilagojenimi bremeni, da se tudi povpre~ne mo~i ne spreminjajo
ne glede na to, ~e imamo priklju~en eden ali oba kanala
sprejemnika.
     Mo~ izvora nato nastavimo ustrezno merilniku statistike
presiha. Obe meji nastavimo na najve~jo vrednost (1000 na
skalah obeh potenciometrov) in priklju~imo samo prvi VF
vhod na reverberan~no komoro. Mo~ izvora nato nastavimo tako,
da na frekvencmetru od~itamo pribli`no 5kHz (verjetnost 50%
ali medianska vrednost Emed).
     Z nastavljanjem meje lahko izmerimo verjetnost izpada
zveze v odvisnosti od Emin sprejemnika. Ker je vhod drugega
sprejemnika nepovezan, slu~aj ustreza enostavni radijski
zvezi brez raznolikega sprejema. Poskus ponovimo z drugim
sprejemnikom tako, da odklopimo vhod prvega sprejemnika.
Ker so antene in oja~enja sprejemnikov nekoliko razli~na,
dobimo z drugim sprejemnikom nekoliko razli~ne verjetnosti
izpada zveze.
     Kon~no priklju~imo oba sprejemnika na dve razli~ni
anteni v reverberan~ni komori in izmerimo skupno verjetnost
izpada pri raznolikem sprejemu. Pri tej meritvi moramo
vzporedno nastavljati Emin za oba merilna kanala. Reverberan~no
komoro nato odpremo, ponovno nastavimo mo~ oddajnika in vse
tri poskuse (samo prvi kanal, samo drugi kanal in oba kanala
skupaj) ponovimo za Rice-jevo porazdelitev gostote verjetnosti.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo izmerimo vse tri verjetnosti izpada zveze:
samo prvi kanal, samo drugi kanal in skupno verjetnost izpada
za oba kanala. Verjetnost izpada zveze izmerimo za 20
razli~nih vrednosti Emin v korakih po 50 enot na skalah
potenciometrov. Vse tri krivulje nato vri{emo v en sam
diagram verjetnosti izpada zveze kot funkcije Emin.
     Vajo najprej izvedemo za Rayleigh-ovo porazdelitev z
zaprto reverberan~no komoro. Nato komoro odpremo in vajo
ponovimo za ugodnej{o porazdelitev, ki se pribli`uje Rice-jevi.
^L

^[&a33L- LVRK 14.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 14.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 14.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 14.7 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 15. - MERJENJE POGOSTNOSTI NAPAK V RADIJSKI ZVEZI
======================================================


1. Odpornost radijske zveze na {um in motnje
--------------------------------------------
     Odpornost radijske zveze na {um in motnje zavisi od
vrste uporabljenega kodiranja in modulacije, kot tudi od
tehni~ne izvedbe uporabljenih oddajnikov in sprejemnikov.
V slu~aju analognega prenosa je merilo kvalitete zveze
razpolo`ljivo razmerje signal/{um in popa~enje `eljenega
izhodnega signala. Oboje lahko izbolj{amo s primerno
predelavo signala v oddajniku in sprejemniku, na ra~un
pove~ane pasovne {irine B visokofrekven~nega signala.
     V slu~aju {tevilskega (digitalnega) prenosa nas zanima
predvsem pogostnost pojavljanja napak BER (Bit Error Rate).
Teorija (Shannon) nam pri tem daje spodnjo mejo mo~i oddajnika
za `eljeno zmogljivost, kot je to prikazano na sliki 1.
Shannon-ove meje prakti~no ne moremo dose~i, saj zahteva
neskon~no komplicirano kodiranje in obdelavo signalov.
     S primernim kodiranjem, naprimer NASA deep-space standard,
ki vsebuje konvolucijsko in blokovno (Reed-Solomon) kodiranje,
lahko glede na zahtevano mejo za pogostnost pojavljanja napak
dose`emo prihranek mo~i oddajnika tudi za faktor do 8dB v
primerjavi z nekodiranim PSK (BPSK ali QPSK) prenosom. Bolj
pogost pojav je poslab{anje kvalitete zveze zaradi popa~enj
v oddajniku in sprejemniku. @e samo omejevanje signala v
sprejemniku oziroma trdo odlo~anje v demodulatorju prinese
izgubo 2dB glede na idealni slu~aj.
     Resni~ni PSK sprejemnik zato ne more dose~i niti krivulje
pogostnosti napak za idealni PSK demodulator, kot je to
prikazano na sliki 2. Krivulja resni~nega sprejemnika se
pribli`a idealni krivulji na par dB. Merilo za kvaliteto
demodulatorja je torej odstopanje izmerjene krivulje BER od
idealne krivulje. V nekaterih slu~ajih (popa~enja, motnje)
kljub nara{~ajo~i jakosti vhodnega signala pogostnost
pojavljanja napak nikoli ne upade pod dolo~eno mejo.
     Izmerjena krivulja pogostnosti napak kot funkcija
vhodnega razmerja signal/{um pri nekodiranem prenosu zato
predstavlja merilo za kvaliteto demodulatorja. Pogostnost napak
za idealni BPSK demodulator je prikazana na sliki 3. Pri
prakti~nih meritvah moramo biti predvsem pozorni na to,
da razen BER pravilno izmerimo tudi vhodno razmerje signal/{um.
Predvsem pri {umu moramo paziti na to, da ra~unamo s pravilno,
efektivno pasovno {irino B.
     Povezava med efektivno pasovno {irino B in obliko
frekven~nega spektra signala je prikazana na sliki 4. Ne glede
na obliko ovojnice (konstantna ovojnica ali oblikovana
ovojnica) ostaja efektivna pasovna {irina B konstantna, saj
je odvisna le od bitne hitrosti R. V slu~aju dvofazne PSK
(BPSK) modulacije je B kar enak R.
     Meritev pogostnosti napak (BER) v digitalni radijski
zvezi je prikazana na sliki 5. Zvezo preizkusimo tako, da
skoznjo po{ljemo primerno dolgo sporo~ilo s skrbno izbrano
vsebino. Matemati~na re{itev naloge iskanja primernega
^L

^[&a33L- LVRK 15.2 -
^[&a8L
preizkusnega sporo~ila je zaporedje maksimalne dol`ine, ki ga
proizvaja pomikalni register z linearno povratno vezavo.
V slu~aju binarnega pomikalnega registra dajo linearno povratno
vezavo EXOR logi~na vrata, dol`ina maksimalnega zaporedja pa
zna{a (2**N)-1, kjer je N {tevilo stopenj pomikalnega registra.
     Ker delovanje pomikalnega registra z linearno povratno
vezavo ustreza algoritmu veri`nega deljenja polinomov z
binarnimi koeficienti, napravo imenujemo polinomski generator
ter jo popolnoma opi{emo s pripadajo~im polinomom. Maksimalno
zaporedje dajo le nerazcepni polinomi in {e to ne vsi, zato
je treba povratno vezavo pomikalnega registra skrbno izbrati.
Matemati~na odlika maksimalnega zaporedja je v tem, da vsebuje
prav vse mo`ne bitne vzorce dol`ine enake dol`ini registra
(razen stanja samih ni~el), kar hkrati daje frekven~ni spekter
s samimi enako visokimi spektralnimi ~rtami.
     S poskusnim zaporedjem krmilimo oddajnik, radijska zveza
pa vna{a slabljenje in razli~na popa~enja. Razen `eljenega
signala dobi sprejemnik na vhod tudi {um in motnje. Grobe
napake v zvezi opazimo `e iz "o~esnega vzorca" (eye pattern)
na osciloskopu. Osciloskop pro`imo z regeneriranim taktom,
kar v slu~aju radijske zveze opravlja `e sam sprejemnik.
     Na drugem koncu merjene zveze preverjamo sprejeto
zaporedje z vnaprej znanim vzorcem. V ta namen potrebujemo
povsem enak generator zaporedja s pomikalnim registrom, ki
ga moramo sinhronizirati z enakim registrom v oddajniku.
Najenostavnej{a re{itev je uporaba polinomskega delilca,
ki se sam sinhronizira na vstopne podatke. Na izhodu
polinomnskega delilca sicer dobimo za vsako napako tri ali
ve~ impulzov, glede na {tevilo ~lenov polinoma (odcepov
pomikalnega registra).
     Pri simetri~ni BPSK (QPSK) modulaciji brez preostalega
nosilca moramo upo{tevati tudi nedolo~enost faze v sprejemniku.
Pri simetri~ni BPSK modulaciji se lahko vezje regeneracije
nosilca zaklene na pravilno fazo oziroma na 180 stopinj
zamaknjeno fazo. Pri simetri~ni QPSK so mo`ni fazni odmiki
0, 90, 180 in 270 stopinj.
     Kodiranje signala mora zato upo{tevati nedolo~enost
faze v sprejemniku. Obi~ajno uporabljamo diferencialno
kodiranje, da so sprejeti biti enoveljavno dolo~eni. Pri
meritvi pogostnosti napak moramo seveda upo{tevati vse mo`ne
faze sprejemnika kot tudi nove vrste napak, ki se pojavijo
takrat, ko regeneracija nosilca presko~i na druga~no fazo
(carrier-cycle slip).

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
 (1) Merilni izvor BPSK signala (1276.8MHz, 1.2288Mbit/s) z
     vgrajenim polinomskim generatorjem in napajalnikom.
 (2) Nastavljivi, kalibrirani 50-ohmski VF slabilec.
 (3) Izvor {uma s plazovno diodo in ustreznim napajalnikom.
 (4) -20dB smerni sklopnik za 1.3GHz.
 (5) -6dB uporovni delilnik.
 (6) Spektralni analizator s pripomo~ki (nizkoprepustno sito,
     nizko{umni predoja~evalnik, napajalniki).
 (7) Merilni BPSK sprejemnik z vgrajeno regeneracijo takta,
     polinomskim delilcem in napajalnikom.
 (8) Osciloskop z mo`nostjo zunanjega pro`enja.
^L

^[&a33L- LVRK 15.3 -
^[&a8L
 (9) Digitalni {tevec (frekvencmeter) za 50MHz.
(10) Zvo~nik (z vgrajenim nizkofrekven~nim oja~evalnikom).
(11) Kable in konektorje za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 6.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Meritev pogostnosti napak v digitalni radijski zvezi je
v bistvu meritev ob~utljivosti sprejemnika. Ker je domet
radijske zveze, to je razmerje med mo~jo oddajnika in
ob~utljivostjo sprejemnika, zelo visoka {tevilka, tudi do
150dB in ve~, moramo pri meritvah v laboratoriju poskrbeti
za primerno oklapljanje oddajnika in sprejemnika.
     V ta namen uporabimo merilni BPSK oddajnik majhne mo~i
(+10dBm), ki mu izhod {e dodatno oslabimo z nastavljivim
slabilcem in -20dB sklopnikom. Ob~utljivost sprejemnika
umetno poslab{amo s {umnim izvorom s plazovno diodo, saj pri
tej vaji ne merimo ob~utljivosti sprejemnika pa~ pa kakovost
demodulatorja. [umni izvor hkrati prekrije lastni {um
spektralnega analizatorja in lastni {um merjenega
demodulatorja, da obe napravi krmilimo z istim razmerjem
signal/{um.
     Merilni BPSK izvor vsebuje dva razli~na polinomska
generatorja zaporedij: 1+X**4+X**9 s periodo 511 taktov in
1+X**12+X*17 s periodo 131071 taktov, kar izbiramo s stikalom
na prednji plo{~i izvora. Na sprejemni strani zaporedje
preverjamo s polinomskim delilcem. Tudi tu izberemo `eljeni
polinom s stikalom na prednji plo{~i sprejemnika. Ker imata
polinoma po tri ~lene, dobimo za vsako napako po tri impulze
na izhodu. V sprejemnik je vgrajen {e delilnik impulzov z 2,
da odstranimo enosmerno komponento v slu~aju uporabe {tevca
z izmeni~nim vhodom.
     Vhodno razmerje signal/{um od~itamo na spektralnem
analizatorju. Pri tem nastavimo {irino medfrekven~nega sita
spektralnega analizatorja vsaj 10-krat o`jo od glavnega
lista spektra BPSK modulacije. Na ta na~in opazujemo tudi BPSK
signal kot {um in velja za signal in za {um isti faktor
povpre~enja, ki se v merjenem razmerju signal/{um to~no kraj{a,
ko vklju~imo video sito na spektralnem analizatorju.
     Pri to~ni meritvi razmerja signal/{um moramo paziti na
motnjo iz vezja regeneracije nosilca sprejemnika, ki lahko
popa~i sliko na zaslonu spektralnega analizatorja. Med
meritvijo razmerja signal/{um zato izklju~imo NAPAJANJE
sprejemnika in nikakor ne VF vhod, ker bi s tem pokvarili
prilagoditve imepdanc. Za vse meritve sicer zado{~a ena
sama meritev razmerja signal/{um pri razmeroma visokih
vrednostih (okoli 20dB), saj lahko ostala razmerja preprosto
dolo~imo s kalibriranim nastavljivim slabilcem signala.
     ^e upo{tevamo pasovno {irino sprejemnika in BPSK signala,
potem je iskano razmerje signal/{um kar enako razmerju med
temensko vrednostjo glavnega lista spektra modulacije in
povpre~no vrednostjo {uma. Bolj enostavno, od~itano razmerje
teme glavnega lista spektra proti {umu je kar Wb/KbT, to je
to je argument, ki ga pretvorimo iz dB v linearne enote,
korenimo in vstavimo v erfc(x).


^L

^[&a33L- LVRK 15.4 -
^[&a8L
4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Preden za~nemo s pravo meritvijo, preverimo delovanje
vseh naprav, predvsem pa ne smemo pozabiti nastaviti to~no
frekvenco nosilca oddajnika. Sprejemnik ima v ta namen vgrajen
in{trument z vrtljivo tuljavico za prikaz odstopanja frekvence
nosilca. Vajo nato za~nemo z meritvijo razmerja signal/{um
s spektralnim analizatorjem, da umerimo skalo nastavljivega
slabilca signala.
     Pri vaji nato izmerimo pogostnost napak pri razli~nih
razmerjih signal/{um, da bi na koncu narisali diagram kot na
sliki 2. Pri pogostnosti napak nad 1% (1.0E-2) vna{a pogre{ke
prekrivanje posameznih impulzov na izhodu polinomskega delilca.
Krivuljo pogostnosti napak je smiselno meriti do vrednosti
1.0E-7, kar pomeni pri hitrosti 1.2288Mbit/s eno napako vsakih
8 sekund.
      Pri vaji izmerimo in nari{emo dve krivulji pogostnosti
napak za oba polinoma: 1+X**4+X**9 in 1+X**12+X**17. Izmerjeni
krivulji primerjamo s krivuljo za idealni PSK demodulator ter
dolo~imo izgubo S/N uporabljenega PSK demodulatorja. Krivulji
tudi primerjamo med sabo ter tako puskusimo dolo~iti druge
izvore napak v zvezi.



































***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 15.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 15.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 15.7 -
^L

^[&a33L- LVRK 15.8 -
^L

^[&a33L- LVRK 15.9 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 16. - UMERJANJE [UMNEGA IZVORA Z VAKUUMSKO DIODO
=====================================================


1. Merilni izvori {uma
----------------------
     ^eprav se kot izvor elektri~nega {uma obna{a vsak upor
na temperaturi razli~ni od absolutne ni~le, imamo za merilni
izvor {uma {e nekaj zahtev. Obi~ajnih uporov ne moremo
segreti na poljubno visoko temperaturo, {e te`je pa je upore
hladiti v bli`ino absolutne ni~le. Segrevanje oziroma hlajenje
uporov pomeni razmeroma po~asno meritev {umnih {tevil, kjer
potrebujemo dve razli~ni {umni temperaturi.
     Kot nadomestilo za vro~ upor zato uporabljamo kar nekaj
razli~nih merilnih izvorov {uma, ki so navedeni na sliki 1.
Hlajeni upor uporabljamo le za najto~nej{e meritve {umnih
{tevil oziroma za umerjanje (kalibracijo) drugih izvorov {uma.
Od vseh na{tetih izvorov je najla`je uporabljati plazovno
diodo, ki jo pa moramo pred uporabo umeriti, saj `al ne obstaja
nobena enostavna fizikalna povezava, iz katere bi lahko
izra~unali jakost plazovnega {uma.
     V mikrovalovnem podro~ju uporabljamo plinsko {umno diodo,
kjer je {umna temperatura to~no dolo~ena s temperaturo
ioniziranega plina. Na ni`jih frekvencah uporabimo vakuumsko
diodo (elektronko), pri kateri vsebuje anodni tok v podro~ju
nasi~enja katode natan~no dolo~eno {umno komponento zaradi
zrnatosti (kvantnega zna~aja) konvektivnega enosmernega toka,
sestavljenega iz posami~nih elektronov.
     [umni izvor z vakuumsko diodo je prikazan na sliki 2.
[umna komponenta toka In je natan~no dolo~ena z enosmernim
tokom Ias skozi diodo, zato tak{en izvor na~eloma ne potrebuje
umerjanja, ~e le znamo meriti enosmerni tok skozi diodo.
Z nastavljanjem toka skozi diodo lahko tudi zvezno spreminjamo
jakost proizvedenega {uma vse do navidezne {umne temperature
okoli 10000K, ~e upo{tevamo delovno impedanco v podro~ju
50-75ohm in najve~ji tok skozi diodo nekaj deset mA.
     Ker mora vakuumska dioda delovati v nasi~enju, nastavljamo
tok skozi diodo s spreminjanjem temperature katode. Dioda ima
zato vgrajeno enostavno wolframovo katodo, ki ima razmeroma
majhno emisijo elektronov in deluje {ele pri zelo visokih
temperaturah. @ivljenska doba tak{ne diode je zato omejena na
komaj nekaj sto ur pri najve~jem anodnem toku. Anodne napetosti
Ua med delovanjem ne spreminjamo, mora pa biti zadosti visoka,
da anoda pritegne prav vse elektrone, ki jih je izsevala
katoda (150-250V).
     Vakuumska {umna dioda v nasi~enju ima neskon~no veliko
diferencialno notranjo upornost, zato se obna{a kot tokovni
izvor {umnega toka z neskon~no veliko notranjo impedanco.
V radiofrekven~nem podro~ju seveda ne moremo zanemariti
kapacitivnosti med anodo in katodo diode, zato je {umna
dioda vgrajena v koaksialni vod znotraj {umnega izvora, da
deluje kapacitivnost diode kot del kapacitivnosti prenosnega
voda. En konec koaksialnega voda je v notranjosti merilnika
obi~ajno zaklju~en na breme s karakteristi~no impedanco voda
na sobni temperaturi.
^L

^[&a33L- LVRK 16.2 -
^[&a8L
     Najni`ja {umna temperatura izvora z vakuumsko diodo je
enaka sobni temperaturi, najvi{ja temperatura pa je dolo~ena
z najve~jim tokom skozi diodo. V nekaterih primerih lahko tudi
odstranimo vgrajeni bremenski upor in {umni izvor z vakuumsko
diodo vgradimo naprimer v antenski vod med anteno in
sprejemnik. V tem slu~aju moramo seveda poskrbeti tudi za
pot enosmernemu toku skozi {umno diodo s primerno du{ilko.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) [umni izvor z vakuumsko diodo 1-1000MHz.
(2) Ve~ cirkulatorjev z zaklju~itvenimi bremeni (izolatorji)
    za frekvence 400MHz, 600MHz, 800MHz in 1GHz.
(3) Nizko{umni oja~evalnik (F=3dB ali bolj{e, G=40dB ali ve~).
(4) 12V napajalnik za oja~evalnik.
(5) Merilni sprejemnik ali spektralni analizator.
(6) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Pri merjenju {umne mo~i se moramo zavedati, da je merjeni
signal povsem naklju~en. Dosegljiva to~nost meritve zato zavisi
od ~asa meritve (integracijski ~as merilnika) in od pasovne
{irine sita B. V slu~aju uporabe spektralnega analizatorja
zato uporabljamo ~im {ir{e MF sito (velik B) in ~im o`je
video sito (dolg ~as integracije). V merilnem sprejemniku
ustrezno nastavimo faktor povpre~enja.
     Ker je oja~enje nizko{umnih oja~evalnikov mo~no odvisno
od vhodne imepdance, vstavimo med {umni izvor in vhod
oja~evalnika cirkulator z zaklju~itvenim bremenom (izolator).
Cirkulator - izolator zagotavlja prilagoditev vhodne imepdance
oja~evalnika ne glede na impedanco {umnega izvora. Na ta na~in
lahko natan~no dolo~imo {um izvora, ki je izdelan za impedanco
razli~no od nazivnih 50ohmov.
     Pred samo meritvijo moramo seveda poznati oziroma
izmeriti {umno {tevilo uporabljenga oja~evalnika. Pri
ra~unanju {umne temperature delujo~e vakuumske diode in ENR
izvora moramo seveda upo{tevati neprilagoditev impedance na
vhodu, ~e je izvor {uma izdelan za impedanco razli~no od 50ohm.
V vsakem slu~aju moramo seveda paziti, da sprejemamo le `eljene
{umne signale in ne krakr{nihkoli motenj.
     Kon~no pazimo tudi na to, da nikoli ne prekora~imo
najve~jega dopustnega toka skozi {umno diodo. Po kon~ani
meritvi ~imprej zni`amo tok (temperaturo katode) na minimum,
da podalj{amo `ivljenjsko dobo katode {umne diode. Celotnega
{umnega izvora med vajo seveda ne izklju~ujemo!

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo izmerimo odvisnost {umne temperature izvora od
enosmernega toka skozi vakuumsko diodo. Enosmerni tok skozi
vakuumsko diodo pomerimo tako, da namesto cirkulatorja
priklju~imo voltmeter in izmerimo padec napetosti na vgrajenem
zaklju~itvenem uporu. Za vajo nari{emo {tiri tak{ne diagrame
za frekvence 400MHz, 600MHz, 800MHz in 1000MHz.
^L

^[&a33L- LVRK 16.3 -
^L

^[&a33L- LVRK 16.4 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 17. - DOPPLER-JEV POMIK FREKVENCE V SATELITSKIH ZVEZAH
===========================================================


1. Doppler-jev pomik frekvence sprejetega signala
-------------------------------------------------
     Doppler-jev pomik imenujemo pojav, ko se zaradi premikanja
sprejemnika, oddajnika ali obeh spremeni navidezna frekvenca
valovanja v sprejemni to~ki. Doppler-jev pomik je sorazmeren
z razmerjem med hitrostjo premikanja sprejemnika/oddajnika ter
hitrostjo raz{irjanja valovanja. Frekvenca valovanja se
navidezno zvi{a, ~e se sprejemnik in oddajnik pribli`ujeta
drug k drugemu. ^e se oddaljujeta drug od drugega, se
frekvenca v sprejemni to~ki seveda zni`a.
     Elektromagnetno (radijsko, svetlobno) valovanje se
obi~ajno raz{irja po skoraj povsem praznem prostoru.
Doppler-jev pojav je tedaj izklju~no odvisen od medsebojne
hitrosti sprejemnika in oddajnika, kar je eno osnovnih na~el
relativnostne teorije, ki pravi, da lahko izmerimo le
relativno (linearno) hitrost, nikakor pa ne moremo izmeriti
absolutne hitrosti.
     Doppler-jev pomik za elektromagnetno valovanje v praznem
prostoru opi{emo z ena~bo na sliki 1. Negativni predznak
pomeni, da se pri nara{~anju razdalje (oddaljevanju) frekvenca
valovanja v sprejemni to~ki zni`a. ^e predpostavimo, da se
lahko premikata oba, oddajnik in sprejemnik, potem v kon~nem
rezultatu za odvod medsebojne razdalje po ~asu nastopajo
vektorja polo`aja in vektorja hitrosti oddajnika in
sprejemnika. Vektorja hitrosti nujno nastopata izklju~no v
razliki skladno z relativnostno teorijo.
     Ker je hitrost raz{irjanja elektromagnetnega valovanja v
praznem prostoru zelo velika, pribli`no 300,000 km/s,
Doppler-jevega pomika obi~ajno sploh ne opazimo v ve~ini
resni~nih radijskih zvez, kjer so hitrosti oddajnikov in
sprejemnikov razmeroma majhne. @e sama nestabilnost frekvence
oddajnika ali sprejemnika oziroma {irina nemodulirane
spektralne ~rte je obi~ajno za nekaj velikostnih razredov
ve~ja od Doppler-jevega pomika. Doppler-jev pomik zlahka
opazimo edino v napravah, ki uporabljajo isti izvor
visokofrekven~nega nihanja v oddajniku in v sprejemniku,
naprimer v enostavnem radarju za merjenje hitrosti.
     Doppler-jev pomik la`je opazimo v mobilnih zvezah s
hitrimi vozili, reaktivnimi letali ali umetnimi Zemljinimi
sateliti. Hitrost satelita v zemeljski tirnici lahko prese`e
10km/s, kar v primerjavi s svetlobno hitrostjo zna{a en del
v 30000. Ker zna{a stabilnost frekvence sodobnih radijskih
oddajnikov in sprejemnikov en del v miljonu, je Doppler-jev
pomik v satelitskih zvezah obi~ajno lahko opazovati in
natan~no izmeriti.
     Pri dolo~anju Doppler-jevega pomika v radijski zvezi s
satelitom moramo upo{tevati premikanje obeh, satelita in
zemeljske postaje (uporabnika). Hitrost satelita v nizki
tirnici okoli Zemlje zna{a okoli 8km/s, pri dolo~anju
hitrosti uporabnika pa ne smemo pozabiti na vrtenje Zemlje,
ki hitrosti uporabnika dodaja do 465m/s na ekvatorju.
^L

^[&a33L- LVRK 17.2 -
^[&a8L
     ^asovni potek Doppler-jevega pomika pri sprejemu satelita
v nizki tirnici okoli Zemlje je prikazan na sliki 2. Zaradi
veliko ve~je hitrosti je prevladujo~i vzrok Doppler-jevega
pomika premikanje satelita. Na za~etku sprejema signalov
s satelita, ko se satelit ravno prika`e nad obzorjem, je
frekvenca signala vi{ja in le po~asi upada. Hitrost upadanja
frekvence dose`e najvi{jo vrednost ravno takrat, ko se nam
satelit najbolj pribli`a in dose`e najvi{jo elevacijo na vidnem
delu neba. Z oddaljevanjem se hitrost upadanja frekvence spet
ni`a vse dokler satelit ne zaide za na{e obzorje.
     Doppler-jev pomik obi~ajno obravnavamo kot {kodljiv
pojav v satelitskih komunikacijah, saj morajo biti sprejemniki
in oddajniki na~rtovani za sprotno popravljanje Doppler-jevega
pomika. Zaradi Doppler-jevega pomika satelitska oddaja
navidezno zavzame {ir{i frekven~ni pas. Po drugi strani pa
je Doppler-jev pomik lahko zelo koristen pojav, ki ga
izkori{~amo v satelitski navigaciji, to je za dolo~anje
polo`aja zemeljske postaje, to~ne tirnice satelita ali obeh.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Desno-kro`no polarizirano vija~no anteno (10 ovojev) za
    frekven~no podro~je 1.7GHz.
(2) 30dB malo{umni oja~evalnik za fekven~no podro~je 1.7GHz.
(3) Sprejemni konverter za 1.7GHz in ustrezen FM sprejemnik z
    AFC vezjem z merilnikom frekvence in napajalnikom.
(4) Ra~unalnik s programom za izra~un tirnice satelita.
(5) Vrtiljak za anteno, po mo`nosti z vemsnikom za ra~unalnik.
(6) Uro ({toparico) s prikazom minut in sekund.
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih in{trumentov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Doppler-jev pomik najla`je izmerimo na nemoduliranem
nosilcu. Tak{ne oddaje obi~ajno nimamo na razpolago, ker vsi
sateliti modulirajo nosilec z informacijo, ki jo `elijo
prena{ati do sprejemne postaje na Zemlji. Za meritev
Doppler-jevega pomika moramo zato sprejeti signal najprej tako
obdelati, da iz celotnega signala izlu{~imo samo nosilec.
     Za {olsko meritev Doppler-jevega pomika so primerni
ameri{ki vremenski sateliti vrste NOAA v nizkih polarnih
tirnicah okoli Zemlje (h=800km) s periodo okoli 100 minut.
Oddaja satelitov NOAA v frekven~nem podro~ju 1.7GHz je
digitalni prenos podatkov (vremenski slik) s hitrostjo
665.4kbit/s. Podobne signale oddajajo tudi sateliti ORBVIEW
in FENGYUN.
     Oddajni spekter signala satelitov NOAA vsebuje
zaradi Manchester kodiranja in fazne modulacije dva lo~ena
bo~na pasova z informacijo ter nemoduliran nosilec med njima,
ki ga uporablja sprejemnik za sinhronizacijo koherentnega
faznega demodulatorja (slika 4). Ta isti nemodulirani nosilec
lahko enostavno izsejemo z dovolj ozkim frekven~nim sitom in
tako enostavno in to~no merimo Doppler-jev pomik.
     Pred za~etkom meritve pustimo sprejemnik vklju~en najmanj
pol ure, da meritve ne bi motila nestabilnost frekvence samega
^L

^[&a33L- LVRK 17.3 -
^[&a8L
sprejemnika. Pred meritvijo si na ra~unalniku s programom za
izra~un tirnice satelita ogledamo, kdaj in kak{en prelet
bo imel satelit. S podatki iz ra~unalnikom tudi vodimo, ro~no
ali avtomatsko, vrtiljak antene po azimutu in elevaciji, da z
anteno sledimo premikanju satelita preko neba.
     Nazivna frekvenca satelitov NOAA je 1698.000MHz ali
1707.000MHz. Od dveh oddajnikov je obi~ajno vklju~en le eden.
Pri uporabi konverterja pred sprejemnikom seveda upo{tevamo
frekven~ni premik konverterja, ki ga pri{tejemo {tevilki,
od~itani na LED prikazovalniku sprejemnika. Sprejemnik je
sicer opremljen z AFC vezje, ki zna sprejemnik samodejno
nastaviti in obdr`ati na sprejemanem signalu.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Ko prvi~ ujamemo satelitski signal, si zabele`imo ~as in
frekvenco na skali sprejemnika. Nadalje bele`imo premike
frekvence in to~en ~as, ko se to zgodi. Z anteno seveda ves
ta ~as sledimo satelitu, ki se premika preko neba, in to tako,
da poi{~emo z anteno smer za najmo~nej{i sprejem. Kon~ni
rezultat meritve je krivulja, podobna sliki 2, s to~no
ozna~eno ~asovno in frekven~no skalo.
     Po kon~ani meritvi iz izrisane krivulje razberemo najve~ji
Dopplerjev premik in ocenimo hitrost satelita v tirnici.
Sredina (prevoj) v krivulji ustreza to~ki, ko se nam je satelit
najbolj pribli`al in dosegel najvi{jo to~ko na nebu. Pri tem je
najbolj zanimiva primerjava s ~asom, ki ga je dolo~il
ra~unalnik. Iz te primerjave lahko dolo~imo, kolik{no je
odstopanje podatkov o tirnici satelita, ki so vne{eni v
pomnilnik ra~unalnika.



























***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 17.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 17.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 17.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 18. - SESTAVLJANJE IZHODOV PRI RAZNOLIKEM SPREJEMU
=======================================================


1. Razmerje signal/{um pri raznolikem sprejemu
----------------------------------------------
     Na~in raz{irjanja radijskih valov od oddajne do sprejemne
antene pogosto povzro~a presihanje sprejetega signala.
Presihanja sprejema sicer ne moremo nikoli popolnoma
prepre~iti, lahko pa omejimo verjetnost, da jakost sprejetega
signala pade pod najni`jo dopustno mejo. Verjetnost presiha
lahko zmanj{amo z dodatno rezervo pri radijski zvezi,
naprimer s pove~anjem mo~i oddajnika, pove~anjem dobitka
ene ali obeh anten, pove~anjem ob~utljivosti sprejemnika
oziroma stro`jimi zathevami za jakost motenj.
     Ko z vsemi opisanimi sredstvi ne moremo dose~i `eljene
zanesljivosti radijske zveze oziroma postanejo potrebni
ukrepi tehni~no nesprejemljivi (naprimer zelo visoka mo~
oddajnika), si pomagamo z raznolikim (diverznim) sprejemom.
Raznoliki sprejem je {e posebno u~inkovit takrat, ko
sestavlja sprejeti signal ve~ prispevkov s podobno jakostjo,
a naklju~no fazo, in se jakost sprejetega signala pokorava
Rayleigh-ovi porazdelitvi. Pri raznolikem sprejemu izkori{~amo
dejstvo, da je jakost sprejema na razli~nih mestih, v razli~nih
smereh, z razli~no polarizacijo ali na razli~nih frekvencah
bodisi povsem nekorelirana ali pa celo ravno nasprotna.
     Ne glede na vrsto uporabljenega raznolikega (diverznega)
sprejema (prostorski, smerni, polarizacijski ali frekven~ni)
moramo poiskati postopek, kako ~imbolje izkoristiti signale,
ki jih dobimo na izhodih dveh ali ve~ sprejemnikov. Najprej
moramo seveda ovrednotiti razmerje signal/{um na izhodu
vsakega sprejemnika. Razmerje signal/{um izmerimo tako, da
izkoristimo kakr{nokoli redundanco v signalu (nemodulirani
nosilci, sinhroimpulzi ipd), ki je v povsem naklju~nem
{umu seveda ni.
     Ko poznamo razmerja signal/{um na izhodih vseh
sprejemnikov, se moramo odlo~iti, kako do ~imbolj{ega
izhodnega signala. Najenostavnej{a izbira je preprosto
uporaba tistega sprejemnika, ki daje najbolj{e razmerje
signal/{um na svojem izhodu. Tak{na izbira je tehni~no
enostavno izvedljiva in se pogosto uporablja v slu~aju
raznolikega sprejema, ne daje pa najbolj{ega teoretsko mo`nega
razmerja signal/{um.
     Izhodnih signalov sprejemnikov tudi ne smemo preprosto
se{teti, ker s tem izgubimo vse prednosti raznolikega sprejema,
saj so posamezni signali med sabo korelirani in se lahko tudi
od{tevajo. Razmerje signal/{um lahko izbolj{amo le s primerno
ute`eno vsoto izhodov sprejemnikov, kot je to prikazano na
sliki 1. Ute`i, to je fazo in amplitudo signalov, ki jih
sestavljamo, moramo seveda sproti popravljati, da se
prilagajamo spremenljivim pogojem raz{irjanja radijskih valov
in se tako zoperstavimo presihanju sprejema.
     V slu~aju uporabe enakih sprejemnikov in anten dobimo pri
optimalnem sestavljanju izhodov v povpre~ju tolikokrat bolj{e
razmerje signal/{um, kolikor imamo anten in sprejemnikov.
^L

^[&a33L- LVRK 18.2 -
^[&a8L
Sestavljanje dveh anten/sprejemnikov da v povpre~ju za 3dB
bolj{e razmerje signal/{um. Z drugimi besedami, na ta na~in
uporabljamo pri sprejemu skupino anten, ki ima zaradi velikih
razdalj med posameznimi antenami in sofaznega vzbujanja
dobitek, ki je kar enak {tevilu anten.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Dva linearno polarizirana valovodna lijaka z dobitkom
    med 15dBi in 18dBi za frekven~ni pas "L" (1.7GHz).
(2) Dva nizko{umna oja~evalnika za 1.7GHz z oja~enjem med
    40dB in 50dB, z napajalnikom.
(3) Dva nastavljiva slabilca v korakih po 1dB.
(4) Nastavljivi koaksialni vod (pozavna) dol`ine 30cm.
(5) Uporovni delilnik/sklopnik z vstavitvenim slabljenjem -6dB.
(6) Sprejemni konverter za 1.7GHz in ustrezen FM sprejemnik z
    napajalnikom.
(7) Dodatni 3dB slabilec z N konektorji.
(8) Priklju~ne kable za vse povezave.
(9) Zemljevid Ljubljana z okolico, 1:100000 ali 1:50000.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 2.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Za vajo preizkusimo raznoliki sprejem signalov s satelita
Meteosat. Satelit Meteosat oddaja na frekvenci 1691MHz z
linearno polarizacijo, ki je v na{ih krajih skoraj vodoravna.
Visokofrekven~ni signal je frekven~no moduliran in ima
pasovno {irino okoli 30kHz. Demoduliran signal vsebuje le
zvo~ne frekvence med 800Hz in 4kHz, najmo~nej{i pa je
podnosilec na 2400Hz. Razmerje signal/{um lahko zato preprosto
ocenjujemo s poslu{anjem signala v zvo~niku sprejemnika.
     Prva naloga v vaji je usmeriti obe anteni na satelit
Meteosat, ki se nahaja v geostacionarni tirnici na zemljepisni
dol`ini 0 stopinj. V Ljubljani, na zemljepisni dol`ini
14.5 stopinj vzhodno in zemljepisni {irini 46.0 stopinj severno
vidimo satelit Meteosat na ju`nem-jugozahodnem nebu (azimut
199.8 stopinj) z elevacijo 35.1 stopinj. Kot referen~no to~ko
za azimut vzamemo oddaljen, a dobro viden predmet, naprimer
antenski stolp na Krimu, in poi{~emo njegov azimut na
zemljevidu.
     Jakost signala iz geostacionarnega satelita se s ~asom
zelo malo spreminja, presih polja je izredno redek pojav in
za sprejem satelitskih signalov obi~ajno ne potrebujemo
raznolikega sprejema z ve~ sprejemniki. V tej vaji zato
uporabimo satelit predvsem kot izvor zelo {ibkega signala,
ki se s ~asom skoraj ne spreminja. Kljub temu dajeta obe
anteni razli~na signala, saj polo`aj in smer obeh anten nista
enaka, prav tako pa nista med sabo enaka oja~evalnika, ki
imata razli~ni oja~enji A1 in A2 ter razli~ni {umni {tevili
F1 in F2. Tudi dol`ine priklju~nih kablov so razli~ne.
     Signala iz obeh sprejemnih vej sestavimo s pomo~jo
uporovnega delilnika, ki sicer vna{a izgubo 6dB za vsako
vejo posebej. Oja~enje vsake veje nastavljamo posebej z
lo~enim slabilcem. Medsebojno fazo obeh vej nastavljamo z
raztegljivim koaksialnim vodom (pozavno), ki ga vgradimo
^L

^[&a33L- LVRK 18.3 -
^[&a8L
v eno od obeh vej. Pri 1691MHz zna{a valovna dol`ina 17.7cm
v praznem prostoru, zato lahko s 30cm dolgim nastavljivim
vodom obra~amo fazo vsaj za poldrugi polni kot.
     Sprejemnik je sestavljen iz dveh enot: konverterja in
VHF sprejemnika. Ker dovaja konverter napajalno napetost
+12V tudi na svoje vhodne sponke (za napajanje antenskega
oja~evalnika), vhod enosmerno lo~imo s kondenzatorjem.
Oja~enje obeh antenskih oja~evalnikov je sicer dovolj
visoko, da lahko {um konverterja in sprejemnika zanemarimo
tudi takrat, ko nastavljiva slabilca vna{ata dodatno
slabljenje v razredu 10dB.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Signal satelita Meteosat najprej poi{~emo z eno samo
anteno, popravimo azimut in elevacijo antene ter to~no
uglasimo sprejemnik. Nato prvo anteno izklju~imo in
poi{~emo smer satelita Meteosat {e z drugo anteno.
Antene vedno izklapljamo tako, da prekinemo povezavo
med izhodom oja~evalnika in nastavljivim slabilcem.
Na ta na~in izklju~imo tudi {um oja~evalnika ustrezne
antene ter prepre~imo neprilagoditev impedance, saj
ostane slabilec v vezju.
     Kon~no priklju~imo obe anteni. S premikanjem nastavljivega
voda poi{~emo minimume in maksimume signala. Medtem poskusimo
nastaviti nastavljive slabilce tako, da so minimumi ~im
globlji. Jakosti signalov v obeh vejah sta tedaj enaki.
Najprimernej{a nastavitev faze je seveda to~no med dvema
minimumoma, saj minimum natan~neje dolo~imo kot pa maksimum.
     Nastavitvi faze sledi nastavitev amplitude. ^e bi imeli
dve enaki anteni in dva oja~evalnika z enakima {umnima
{teviloma F1 in F2, ne bi potrebovali nobene nastavitve ve~.
Ker oja~evalnika nista enaka, tudi optimalno razmerje
amplitud signalov ni enako enoti. To trditev preverimo tako,
da poskusimo spreminjati enega od slabilcev in poi{~emo
najbolj{i sprejem (najmanj "prasketanja" v zvo~niku).
     Obe sprejemni verigi lahko tudi umetno naredimo nekoliko
razli~ni. Razmerje signal/{um v eni verigi lahko spremenimo
tako, da anteno usmerimo nekoliko stran od smeri satelita
oziroma zasen~imo. Podoben u~inek bo imel tudi dodatni 3dB
slabilec, ki ga vgradimo med antenski priklju~ek in
oja~evalnik. Pri neenakih sprejemnih verigah bo seveda
ustrezno ve~ja tudi razlika med optimalnima amplitudama obeh
kanalov.













***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 18.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 18.5 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 19. - IZBIRA IN LASTNOSTI POLONIMOV MAKSIMALNIH ZAPOREDIJ
==============================================================


1. Polinomski generatorji zaporedij
-----------------------------------
     V radijskih komunikacijah pogosto potrebujemo zaporedja,
ki imajo nekatere lastnosti povsem naklju~nih signalov, vendar
jih lahko natan~no generiramo z enostavno napravo. Tak{na
zaporedja imenujemo psevdo-naklju~na zaporedja.
Psevdo-naklju~na zaporedja uporabljamo za preizku{anje vseh
vrst radijskih in `i~nih zvez, nadalje kot razpr{ilna zaporedja
v sistemih z raz{irjenim spektrom (kodni multipleks ali CDMA),
kot merilna zaporedja za to~no merjenje in prenos ~asa
(radionavigacijska sistema GPS in GLONASS) itd.
     Psevdo-naklju~na zaporedja obi~ajno generiramo s
polinomskim deljenjem, kot je to prikazano na sliki 1. Na~rt na
sliki 1 je sicer podoben situ z neskon~nim odzivom (Infinite
Impulse Response ali IIR filter), ki ga pogosto uporabljamo
v digitalni obdelavi signalov. Bistvena razlika med
polinomskim generatorjem in IIR sitom je v uporabljeni
aritmetiki. V IIR situ sku{amo ~im bolj verno predstaviti
signale z velikim {tevilom bitov in nikoli ne dopustimo
prekora~itve najve~jih dopustnih vrednosti signalov. Obratno
v polinomskem generatorju namenoma uporabljamo omejen obseg
{tevil in izkori{~amo prekora~itve z modulo K mno`enji in
modulo K se{tevanjem.
     Z drugimi besedami, polinomski generator je nestabilno
IIR sito, ki zaniha samo od sebe, prekora~itve pa koristno
izrabljamo z modulo K matemati~nimi operacijami. Pri pravilni
izbiri koeficientov polinoma (linearna povratna vezava) vezje
lahko proizvaja zaporedje maksimalne dol`ine N**K-1, se pravi
zaporedje, ki vsebuje vsa mo`na stanja kasnilne verige razen
stanja samih ni~el. Stanje samih ni~el je posebnost in v tem
stanju polinomski generator miruje.
     Polinomske generatorje zaporedij najve~krat izvedemo
v dvoji{ki (binarni) matematiki, kot je to prikazano na
sliki 2. Zakasnitve izvedemo z binarnim pomikalnim registrom
(zaporedje D-flip-flop-ov). Dvoji{ki koeficienti so preprosta
stikala, modulo-2 se{tevanje pa izvedemo z EXOR vrati.
Generator privedemo v `eljeno za~etno stanje preko dodatnega
vhoda v se{tevalnik ter se na ta na~in naprimer izognemo
stanju samih ni~el.
     Polinomski generator pogosto izdelamo v zrcalni obliki,
kot je to prikazano na sliki 3. Zrcalna oblika omogo~a vi{je
taktne frekvence, ker so med posameznimi D-flip-flop-i le po
ena EXOR vrata, kar pomeni najmanj{e mo`ne zakasnitve signalov.
Pri zrcalni izvedbi moramo paziti na druga~no o{tevil~enje
koeficientov, saj vezje deli polinom v obratni smeri. Deljenje
z zrcalnim polinomom sicer daje zaporedje, ki je zrcalna slika
izvornega zaporedja.
     Od vseh polinomskih zaporedij imajo najzanimivej{e
matemati~ne lastnosti prav maksimalna zaporedja dol`ine K**N-1
oziroma 2**N-1 v dvoji{kem generatorju. Maksimalno zaporedje
dobimo s polinomom deliteljem, ki je v danem obsegu {tevil
^L

^[&a33L- LVRK 19.2 -
^[&a8L
nerazcepen. @al ta pogoj ni zadosten v slu~aju, ko K**N-1 ni
pra{tevilo. Naprimer, vsi nerazcepni dvoji{ki polinomi devete
(9.) stopnje dajo maksimalna zaporedja, ker je 2**9-1=511
pra{tevilo. Obratno, nekateri nerazcepni dvoji{ki polinomi
desete (10.) stopnje ne dajo zaporedja maksimalne dol`ine, ker
2**10-1=1023 ni pra{tevilo (1023=3*11*31).
     Najpomembnej{e matemati~ne lastnosti maksimalnih dvoji{kih
zaporedij so prikazane na sliki 4. Maksimalna dvoji{ka
zaporedja vsebujejo natan~no 2**(N-1) enic in 2**(N-1)-1 ni~el.
Enice in ni~le so preme{ane po to~no dolo~enem klju~u: skupine
enic in ni~el se pojavljajo s to~no dolo~eno pogostnostjo.
     Avtokorelacijska funkcija maksimalnega zaporedja je
skoraj idealna: vi{ina vrha jasno ustreza dol`ini zaporedja
2**N-1, pri vseh ostalih ~asovnih zamikih tau pa zna{a
avtokorelacija natan~no -1 (ker je zaporedje lihe dol`ine in
je ena enica ve~). Avtokorelacija zaporedja je zelo pomembna
za delovanje sistemov s kodnim multipleksom in pri merjenju
ter prenosu ~asa pri radionavigaciji.
     Frekven~ni spekter maksimalnega zaporedja vsebuje to~no
2**N-1 enako mo~nih spektralnih ~rt (do taktne frekvence
pomikalnega registra). Frekven~ni spekter pravokotnih impulzov
na izhodu pomikalnega registra ima seveda ovojnico oblike
sin(x)/x. V frekven~nem spektru resni~nih polinomskih
generatorjev pogosto opazimo presluh takta zaradi nesimetrije
izhodne stopnje pomikalnega registra.
     Prakti~na izvedba polinomskega generatorja je prikazana
na sliki 5. Razen polinomskega delilnika vsebuje vezje {e sklop
za samodejni {tart in sklop za pro`ilne impulze s periodo
zaporedja. Sklop za samodejni {tart vsebuje sedemstopenjski
binarni {tevec. ^e se polinomski generator "zatakne" v stanju
samih ni~el, binarni {tevec ne dobi ve~ reseta. Ko {tevec
na{teje 64 zaporednih ni~el, dobimo na izhodu Q7 binarnega
{tevca enico, ki se pri{teje vsebini polinomskega delilca in
ga tako premakne iz mrtvega stanja samih ni~el.
     Sklop za pro`enje prav tako vsebuje {tevec z nastavljivim
modulom, ki za razliko od vezja za samodejni {tart {teje le
zaporedne enice. Pro`enje obi~ajno nastavimo na N enic, saj se
zaporedje N enic pojavi natan~no enkrat v zaporedju maksimalne
dol`ine 2**N-1. Stanje samih (N) enic tudi sicer definiramo kot
za~etek ali konec zaporedja maksimalne dol`ine 2**N-1.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Polinomski generator zaporedja s pro`ilnim vezjem.
(2) Napajalnik za polinomski generator.
(3) Visokofrekven~ni spektralni analizator 100kHz-1GHz.
(4) -20dB uporovni slabilec.
(5) Analogni osciloskop 60MHz z mo`nostjo zunanjega pro`enja.
(6) Zvo~nik (z vgrajenim nizkofrekven~nim oja~evalnikom).
(7) Digitalni {tevec periode (frekvencmeter) z mo`nostjo
    zunanje povezave ~asovne baze.
(8) Kable in konektorje za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 6.



^L

^[&a33L- LVRK 19.3 -
^[&a8L
3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     V tej vaji opazujemo lastnosti polinomskega zaporedja na
razli~ne na~ine. Neposredno lahko opazujemo zaporedje na
osciloskopu, vendar je ta na~in neprakti~en pri zaporedjih
dol`ine ve~ kot pribli`no 100 taktov. Periodo zaporedja lahko
sicer natan~no izmerimo z digitalnim {tevcem, ~e le poznamo
taktno frekvenco polinomskega generatorja. ^e se le da,
sinhroniziramo takt polinomskega generatorja s ~asovno bazo
{tevca periode.
     Frekven~ni spekter izhodnega zaporedja lahko opazujemo
tudi na spektralnem analizatorju. Ker spektralni analizator
ni izdelan za meritve zelo mo~nih signalov, dodamo med izhod
polinomskega generatorja in vhod spektralnega analizatorja
uporovni slabilec vsaj -20dB. Kon~no lahko poslu{amo zaporedje
tudi v zvo~niku, ko je perioda zaporedja dovolj velika, da
pade vsaj nekaj spektralnih ~rt v podro~je zvo~nih frekvenc.
     Ker razpolaga polinomski generator le s TTL (74HC...)
izhodi, ki ne zmorejo krmiliti ve~ bremen vzporedno, lahko na
te izhode naenkrat priklju~imo le enega od opisanih merilnih
pripomo~kov. Isto zaporedje lahko kasneje seveda opazujemo
{e z drugimi pripomo~ki.
     V vaji i{~emo tiste polinome, se pravi tiste povratne
vezave, ki dajejo zaporedja maksimalnih dol`in 2**N-1. Dol`ino
zaporedja zato najprej preverimo z digitalnim {tevcem, potem
ko smo izbrali koeficiente polinoma in nastavili {tevilo
zaporednih enic za pro`enje. [tevilo zaporednih enic moramo
pri tem prevesti v dvoji{ko obliko in ustrezno nastaviti
pet stikal na {tevcu.
     Najenostavnej{i polinomi so tri~leniki (trinomi). @al so
mnogi tri~leniki reda, ki je mnogokratnik 4 (4, 8, 12, 16 itd),
razcepni, zato moramo za te dol`ine poiskati peto~lenike.
Povsem jasno ne i{~emo dvo~lenikov, {tiri~lenikov itd, saj ti
ne morejo proizvesti maksimalnih zaporedij, ker se polinomski
generator zatakne `e v stanju samih enic.
     V vaji tudi ne i{~emo zrcalnih polinomov. ^e smo naprimer
na{li polinom 1+X**3+X**10, ki daje maksimalno zaporedje
dol`ine 1023, potem sklepamo, da bo dal polinom 1+X**7+X**10
zrcalno sliko istega zaporedja. Pri dol`inah zaporedij pod
100 taktov lahko zrcalno sliko enostavno preverimo na
osciloskopu.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     V vaji poi{~emo vsaj po en polinom, ki daje zaporedje
maksimalne dol`ine za vse rede polinomov do 24. Za rede,
ki so mnogokratniki 4, moramo obi~ajno poiskati ustrezni
peto~lenik, sedmo~lenik ali ve~~lenik, kar je lahko zelo
zamodno. Za vse ostale rede seveda hitro poi{~emo tri~lenik.
V vsakem slu~aju moramo iskati polinome lihih redov, se
pravi moramo imeti vedno vklju~eno sodo {tevilo stikal.
     Iz rezultatov meritev sestavimo tabelo polinomov, ki
dajejo zaporedja maskimalne dol`ine 2**N-1, za vse N od 3
do 24, kar dopu{~a razpolo`ljivi polinomski generator.
Kon~no preverimo zaporedja na spektralnem analizatorju in
ocenimo presluh takta (zaradi neidealnosti vezja) glede na
najmo~nej{e spektralne komponente blizu enosmerne.

^L

^[&a33L- LVRK 19.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 19.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 19.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 19.7 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 20. - MERJENJE POGOSTNOSTI NAPAK PRI PRESIHU POLJA
=======================================================


1. Vzroki napak v {tevilski radijski zvezi
------------------------------------------
     Kakovost {tevilske (digitalne) zveze obi~ajno opi{emo s
pogostnostjo pojavljanja napak v prenosu (Bit Error Rate ali
BER). Pri tem nam daje teorija razmeroma enostaven odgovor,
ko zveza signala ne popa~uje in se jakost signala v sprejemniku
ne spreminja ter natan~no poznamo statistiko {uma, ki se
pri{teva signalu v sprejemniku.
     V slu~aju radijske zveze moramo vedno upo{tevati pojave
pri raz{irjanju valov, ki povzro~ajo presih polja in pa~ijo
prena{ani signal. V slu~aju {tevilske radijske zveze to pomeni
v vsakem slu~aju pove~ano pogostnost napak pri prenosu. Kon~no
moramo v radijskih zvezah upo{tevati tudi vpliv motenj drugih
radijskih oddajnikov, ki obi~ajno ne u~inkujejo na pogostnost
napak na enak na~in kot toplotni {um antene in sprejemnika.
     V radijski zvezi najla`je ocenimo vpliv presiha jakosti
sprejemanega polja, ~e le poznamo statistiko presiha, kot je
to prikazano na sliki 1. Ko znamo dolo~iti pogostnost napak
pri dani jakosti sprejemanega polja E, lahko enostavno
dolo~imo skupno verjetnost napake Pnapake pri dani
porazdelitvi gostote verjetnosti p(E). V izpeljavi na sliki 1
upo{tevamo idealni BPSK demodulator, edini upo{tevani izvor
napak pa je toplotni {um antene in sprejemnika, zdru`en v
nadomestni {umni temperaturi T.
     Ocena verjetnosti napake na sliki 1 je povsem uporabna
takrat, ko je prena{ani signal razmeroma ozkopasoven. V tem
slu~aju raz{irjanje radijskih valov po ve~ poteh bistveno ne
popa~i signala, razen ob globokih presihih polja. Ker je ob
globokih presihih tudi sprejeta mo~ nezadostna, zveza takrat
v vsakem slu~aju izpade, kar pomeni napake pri prenosu.
     Ko je prena{ani signal {irokopasoven, moramo upo{tevati
{e popa~enje signala zaradi raz{irjanja radijskih valov po ve~
poteh, kot je to prikazano na sliki 2. Popa~enje signala lahko
bistveno poslab{a pogostnost napak v radijski zvezi oziroma
naredi signal povsem neuporaben. Popa~enje signala lahko delno
omejimo s samodejno prilagodljivim sitom za izlo~anje odbitih
valov v sprejemniku. Tak{na sita so vgrajena v vse sodobne
mobilne radijske postaje (naprimer v GSM telefone), zahtevajo
pa razmeroma komplicirano digitalno obdelavo signalov v
medfrekvenci sprejemnika.
     Posledice obeh pojavov, presiha in popa~enja, so prikazane
na krivulji pogostnosti napak na sliki 3. Oba pojava pove~ujeta
pogostnost napak v radijski zvezi. Pri zelo {ibkih signalih
ju sicer ne opazimo, saj je za napake pri prenosu kriv toplotni
{um antene in sprejemnika ter neidealnost (izguba)
demodulatorja.
     V razmeroma dobri radijski zvezi najprej opazimo pove~anje
pogostnosti napak zaradi presiha sprejemanega polja. Proti
presihu polja se seveda lahko borimo s pove~evanjem mo~i
oddajnika in pove~evanjem dobitkov anten na obeh koncih zveze,
saj krivulja pogostnosti napak {e vedno upada z nara{~ajo~jo
^L

^[&a33L- LVRK 20.2 -
^[&a8L
rezervo radijske zveze. Krivulja `al upada z dosti manj{o
strmino od erfc(x), {e posebno v slu~aju Rayleigh-ove
statistike presiha polja.
     Pri zelo mo~nih signalih v sprejemniku kon~no opazimo,
da se pogostnost napak ustali in postane neodvisna od jakosti
sprejemanega polja. V tem slu~aju sklepamo, da je glavni krivec
napak v radijski zvezi popa~enje signala. Pove~evanje mo~i
oddajnika in dobitkov anten ni~ ne pomaga, pomaga le samodejno
prilagodljivo sito v sprejemniku oziroma ustrezno kodiranje
signala s kodo za samodejno ugotavljanje in popravljanje napak.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
 (1) Merilni izvor BPSK signala (1276.8MHz, 1.2288Mbit/s) z
     vgrajenim polinomskim generatorjem in napajalnikom.
 (2) Nastavljivi, kalibrirani 50-ohmski VF slabilec.
 (3) Reverberan~no komoro z napajalniki za elektromotorje.
 (4) Dve anteni za frekven~no podro~je 1.3GHz.
 (5) Izvor {uma s plazovno diodo in ustreznim napajalnikom.
 (6) -20dB smerni sklopnik za 1.3GHz.
 (7) -6dB uporovni delilnik.
 (8) Spektralni analizator s pripomo~ki (nizkoprepustno sito,
     nizko{umni predoja~evalnik, napajalniki).
 (9) Merilni BPSK sprejemnik z vgrajeno regeneracijo takta,
     polinomskim delilcem in napajalnikom.
(10) Osciloskop z mo`nostjo zunanjega pro`enja.
(11) Digitalni {tevec (frekvencmeter) za 50MHz.
(12) Zvo~nik (z vgrajenim nizkofrekven~nim oja~evalnikom).
(13) Kable in konektorje za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Resni~ne meritve statistike presiha polja in popa~enja
signala so lahko zelo dolgotrajne in zato zelo drage. V
laboratoriju si za {olski zgled pomagamo z reverberan~no
komoro, kjer lahko hitrost sprememb mo~no pove~amo z vrtenjem
ustreznih me{alnikov rodov. Razen tega imamo pri reverberan~ni
komori dostopna na istem mestu sprejemnik in krmilni izvor
(oddajnik), kar olaj{uje nastavljanje parametrov signala:
jakosti, presiha in popa~enja.
     V reverberan~no komoro namestimo dve anteni za dano
frekven~no podro~je. Na prvo anteno priklju~imo merilni PSK
oddajnik majhne mo~i (+10dBm), ki mu izhod {e dodatno oslabimo
z nastavljivim slabilcem. Signal z druge antene privedemo na
sprejemnik preko -20dB sklopnika in -6dB uporovnega delilnika,
da isti signal hkrati opazujemo na spektralnem analizatorju.
     Ob~utljivost sprejemnika umetno poslab{amo s {umnim
izvorom s plazovno diodo, saj pri tej vaji ne merimo
ob~utljivosti sprejemnika pa~ pa kakovost demodulatorja in
u~inke presiha ter popa~enja. [umni izvor hkrati prekrije
lastni {um spektralnega analizatorja in lastni {um merjenega
demodulatorja, da obe napravi krmilimo z istim razmerjem
signal/{um.
     Merilni BPSK izvor vsebuje dva razli~na polinomska
generatorja zaporedij: 1+X**4+X**9 s periodo 511 taktov in
^L

^[&a33L- LVRK 20.3 -
^[&a8L
1+X**12+X*17 s periodo 131071 taktov, kar izbiramo s stikalom
na prednji plo{~i izvora. V tej vaji izberemo kraj{i polinom,
da se izognemo morebitnim napakam zaradi nezadostne spodnje
mejne frekvence sprejemnika. Isti polinom delitelj izberemo
tudi za preverjanje sprejema. Pri meritvi pogostnosti napak
upo{tevamo faktorje mno`enja (*3) in deljenja (/2), ki so
vgrajeni v sam polinomski delilec v sprejemniku.
     Vhodno razmerje signal/{um od~itamo na spektralnem
analizatorju. Pri tem nastavimo {irino medfrekven~nega sita
spektralnega analizatorja vsaj 10-krat o`jo od glavnega
lista spektra PSK modulacije. Na ta na~in opazujemo tudi BPSK
signal kot {um in velja za signal in za {um isti faktor
povpre~enja, ki se v merjenem razmerju signal/{um to~no kraj{a,
ko vklju~imo video sito na spektralnem analizatorju. Video
sito nastavimo dovolj ozko, da povpre~i tudi presihanje polja
v reverberan~ni komori.
     Pri to~ni meritvi razmerja signal/{um moramo paziti na
motnjo iz vezja regeneracije nosilca sprejemnika, ki lahko
popa~i sliko na zaslonu spektralnega analizatorja. Med
meritvijo razmerja signal/{um zato izklju~imo NAPAJANJE
sprejemnika in nikakor ne VF vhod, ker bi s tem pokvarili
prilagoditve imepdanc. Za vse meritve sicer zado{~a ena
sama meritev razmerja signal/{um pri razmeroma visokih
vrednostih (okoli 20dB), saj lahko ostala razmerja preprosto
dolo~imo s kalibriranim nastavljivim slabilcem signala.
     ^e upo{tevamo pasovno {irino sprejemnika in BPSK signala,
potem je iskano razmerje signal/{um kar enako razmerju med
temensko vrednostjo glavnega lista spektra modulacije in
povpre~no vrednostjo {uma. Bolj enostavno, od~itano razmerje
razmerje teme glavnega lista spektra proti {umu je kar
Wb/KbT, to je argument, ki ga korenimo in vstavimo v erfc(x).

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Preden za~nemo s pravo meritvijo, preverimo delovanje
vseh naprav, predvsem pa ne smemo pozabiti nastaviti to~no
frekvenco nosilca oddajnika. Sprejemnik ima v ta namen vgrajen
in{trument z vrtljivo tuljavico za prikaz odstopanja frekvence
nosilca. Vajo nato izvedemo za oba primera: zaprta
reverberan~na komora za Rayleigh-ovo statistiko presiha in
odprta reverberan~na komora za Rice-jevo statistiko presiha.
     Vsak primer posebej, Rayleigh in Rice, za~nemo z meritvijo
razmerja signal/{um pri razmeroma mo~nih signalih. Razmerje
signal/{um ocenimo na spektralnem analizatorju pri uporabi
dovolj ozkega video sita, da umerimo skalo nastavljivega
slabilca signala.
     Pri vaji nato izmerimo pogostnost napak pri razli~nih
razmerjih signal/{um, da bi na koncu narisali diagram kot na
sliki 3. Pri pogostnosti napak nad 1% (1.0E-2) vna{a pogre{ke
prekrivanje posameznih impulzov na izhodu polinomskega delilca.
Krivuljo pogostnosti napak je smiselno meriti do tak{ne jakosti
signala, da se izmerjena pogostnost napak ne upada ve~. Pri
tej jakosti signala torej predstavlja popa~enje glavni izvor
napak v radijski zvezi.



***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 20.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 20.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 20.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 20.7 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 21. - MERITEV STATISTIKE PRESIHA PRI RAZ[IRJENEM SPEKTRU
=============================================================


1. Presih v sistemih z raz{irjenim spektrom
-------------------------------------------
     Sistemi radijskih zvez na~eloma omogo~ajo tri razli~ne
na~ine multipleksiranja: frekven~ni multipleks (FDMA, vsakemu
uporabniku je dodeljen dolo~en frekven~ni pas), ~asovni
multipleks (TDMA, vsakemu uporabniku je dodeljena ~asovna
rezina) in kodni multipleks (spread spectrum ali CDMA, vsakemu
uporabniku je dodeljena lastna razpr{ilna koda iz dolo~enega
nabora med sabo ~imbolj ortogonalnih razpr{ilnih kod).
     Osnova delovanja sistemov z raz{irjenim spektrom (kodni
multipleks) je prikazana na sliki 1. Modulirani radijski signal
s pasovno {irino Bs raz{irimo s pomo~jo v naprej znanega
razpr{ilnega zaporedja z dosti ve~jo pasovno {irino Br. Na
sprejemni strani signal mno`imo z enakim razpr{ilnim
zaporedjem, ki je natan~no sinhronizirano z zaporedjem
oddajnika. Pri tem se frekven~ni spekter `eljenega signala
skr~i nazaj na Bs, frekven~ni spekter motenj in {uma pa se celo
raz{iri na dvojno pasovno {irino 2*Br.
     @eljeni signal v sprejemniku nato izsejemo s ozkim sitom
s pasovno {irino Bs. Ozko sito pri tem v celoti prepu{~a
obdelani `eljeni signal in hkrati odstrani ve~ino spektralnih
komponent {uma in motenj. Dobitek S/N v sprejemniku je kar
enak razmerju pasovnih {irin razpr{ilnega zaporedja Br in
koristnega signala Bs.
     Sistemi s kodnim multipleksom (CDMA) imajo ve~ slabih
lastnosti. Predvsem razpr{ilne kode ne morejo biti popolnoma
ortogonalne, zato se motnje obna{ajo kot {um in jih na
sprejemni strani ne moremo nikoli popolnoma izlo~iti. Ker
razpr{ilna zaporedja niso povsem ortogonalna, je potrebna zelo
natan~na kontrola mo~i oddajnikov vseh udele`encev v sistemu.
Kon~no, tudi sinhronizacija sprejemnika, bolj to~no izvora
razpr{ilnega zaporedja, ni enostavno izvedljiva.
     Pomembna prednost sistemov z raz{irjenim spektrom (CDMA)
je odpornost na presih polja. Slika 2 prikazuje ~asovni in
frekven~ni odziv radijske zveze z odboji. ^e v sistemu z
raz{irjenim spektrom izberemo dovolj veliko pasovno {irino
razpr{ilnega zaporedja Br, lahko v sprejemniku med sabo lo~imo
posamezne radijske poti neposrednega in odbitih valov.
     V sprejemniku se namre~ skr~i le spekter tistega `arka,
na katerega je sprejemnikov generator razpr{ilnega zaporedja
natan~no sinhroniziran. Vsi ostali `arki imajo druga~ne
zakasnitve in se zato v sprejemniku obna{ajo le kot motnje
ali {um. Sprejemnik lahko izdelamo tudi z ve~ neodvisnimi
kanali za obdelavo razli~no zakasnjenih `arkov in izhode
posameznih kanalov na koncu optimalno sestavimo.
     Izbira ustrezne pasovne {irine razpr{ilnega zaporedja Br
je najla`je razvidna iz frekven~nega odziva radijske zveze z
odboji. Pasovna {irina razpr{ilnega zaporedja Br mora biti
v vsakem slu~aju ve~ja od razdalje med minimumi oziroma
maksimumi v frekven~nem odzivu. Dovolj velik Br tako omogo~a
razlo~evanje razli~no zakasnjenih `arkov.
^L

^[&a33L- LVRK 21.2 -
^[&a8L
     V sistemih mobilnih radijskih zvez zna{a perioda presiha
polja okoli 200kHz v frekven~nem prostoru. Sistemi mobilnih
zvez s kodnim multipleksom (naprimer IS-95 mobilni telefoni)
imajo zato razpr{ilno kodo s pasovno {irino nekaj MHz,
informacija (govor) pa je kodirana z okoli 10kbit/s. Tak{en
sistem zvez je povsem odporen na obi~ajni presih polja v
mobilnih zvezah.
     V radijskih zvezi s kodnim multipleksom zato ne
potrebujemo dodatne rezerve mo~i zaradi presiha polja, pa~
pa lahko ra~unamo, da je stalno na razpolago neka povpre~na
mo~ na vhodnih sponkah sprejemnika. Odpornost na presih polja
na ta na~in pribli`no odtehta slabe lastnosti sistemov z
razpr{enim spektrom v primerjavi z obi~ajnimi sistemi s
frekven~nim (FDMA) ali ~asovnim (TDMA) multipleksom.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
 (1) Izvor TTL takta z nastavljivo frekvenco (generator
     impulzov).
 (2) Binarni polinomski generator z napajalnikom.
 (3) BPSK oddajnik za 2.36GHz z nastavljivo izhodno mo~jo,
     z napajalnikom.
 (4) Reverberan~no komoro z napajalniki za elektromotorje.
 (5) Dve anteni za frekven~no podro~je 2.36GHz.
 (6) -20dB smerni sklopnik za 2.36GHz.
 (7) Spektralni analizator za frekven~no podro~je 2.36GHz.
 (8) Merilni sprejemnik za statistiko polja, z napajalnikom.
 (9) [tevec (nizkofrekven~ni digitalni frekvencmeter).
(10) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Resni~ne meritve statisti~ne porazdelitve jakosti
sprejemanega polja so lahko zelo dolgotrajne in zato zelo
drage. V laboratoriju si za {olski zgled pomagamo z
reverberan~no komoro, kjer lahko hitrost sprememb mo~no
pove~amo z vrtenjem ustreznih me{alnikov rodov. V zaprto
reverberan~no komoro namestimo dve anteni za dano frekven~no
podro~je, da dobimo Rayleigh-ovo statistiko presiha polja.
     Kot oddajnik uporabimo BPSK izvor, ki ga moduliramo z
izvorom psevdo-naklju~nega zaporedja. Kot izvor zaporedja
uporabimo binarni polinomski generator. [irino signala, se
pravi {irino razpr{ilnega spektra Br, nastavljamo s taktno
frekvenco polinomskega generatorja. Na samem polinomskem
generatorju izberemo dovolj dolgo zaporedje, naprimer
polinom 1+X**12+X**17, ki daje zaporedje dol`ine 131071
taktov.
      Sprejete signale merimo na dva na~ina. Manj{i del
sprejetega signala vodimo preko -20dB smernega sklopnika
na spektralni analizator, kjer opazujemo {irino in obliko
spektra oddajnika ter popa~enje, ki ga vna{a radijska pot,
se pravi reverberan~na komora. Taktno frekvenco polinomskega
generatorja od~itamo kar iz izmerjene {irine spektra oziroma
priklju~imo digitalni {tevec neposredno na izhod izvora
takta (generator impulzov).
^L

^[&a33L- LVRK 21.3 -
^[&a8L
     Glavnino signala peljemo na sprejemnik za merjenje
statistike presiha polja. Sprejemnik vsebuje visokofrekven~ni
oja~evalnik, detektor ter primerjalnika za zgornjo in spodnjo
mejo jakosti signala. Ko se jakost signala nahaja v dolo~enih
mejah, IN vrata v sprejemniku po{ljejo takt 8MHz na {tevec.
Zaradi omejenih zmo`nosti {tevca je v sprejemnik vgrajen {e
preddelilec z 800. Na ta na~in ustreza pogostnosti 100%
izmerjena frekvenca impulzov 10kHz na {tevcu.
     Pri vaji merimo pogostnost izpada zveze v odvisnosti od
{irine razpr{ilnega signala Br. Mo~ izvora nastavimo ustrezno
merilniku statistike presiha. Potenciometer MIN na sprejemniku
nastavimo na ni~, potenciometer MAX pa na visoko vrednost
(800). Na visokofrekven~nem BPSK izvoru izklju~imo modulacijo
tako, da preklopimo stikalo v CW na~in delovanja. Jakost
visokofrekven~nega izvora spreminjamo toliko ~asa, da na
frekvencmetru od~itamo pribli`no 5kHz (verjetnost 50% ali
medianska vrednost na vrednosti 800). Potenciometer MAX nato
nastavimo na tak{no vrednost, da postane verjetnost izpada
zveze enaka 1% (od~itek 100Hz na {tevcu) in si to vrednost
pribele`imo.
     Nato vklju~imo BPSK modulacijo in nastavimo taktno
frekvenco na 10kHz. S potenciometrom MAX ponovno poi{~emo
vrednost, ko postane verjetnost izpada zveze enaka 1%. Nato
taktno frekvenco zvi{amo na 20, 50, 100, 200, 500kHz, 1, 2,
5, 10 in 20MHz in vsakokrat poi{~emo s potenciometrom tisto
jakost signala, ko postane verjetnost izpada zveze enaka 1%
oziroma ko od~itamo 100Hz na frekvencmetru.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Za vajo izmerimo in nari{emo jakost signala, ki je
potrebna za pogostnost izpada zveze 1% kot funkcijo
{irine razpr{ilnega spektra Br. Kot merilo za {irino
spektra vzamemo kar taktno frekvenco polinomskega generatorja.
Jakost signala prera~unamo v razmerju do medianske vrednosti
Emed za nemoduliran izvor signala, na diagram pa izpi{emo
rezultat v linearnih enotah za elektri~no polje, kar tudi
ustreza skali na potenciometru MAX.
     Kon~no dobljeni rezultat primerjamo s popa~enjem radijske
poti, se pravi s povpre~no razdaljo med maksimumi oziroma
minimumi, ki jih opazimo v spektru. To zadnjo sliko najla`je
dobimo tako, da ustavimo elektromotorje reverberan~ne komore
in povi{amo takt polinomskega generatorja na 20MHz, da so
ni~le spektra razpr{ilnega signala dosti bolj razmaknjene od
minimumov in maksimumov same radijske poti skozi reverberan~no
komoro.











***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 21.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 21.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 21.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 22. - MERITEV RADIONAVIGACIJSKIH SIGNALOV GPS IN GLONASS
=============================================================


1. Radionavigacijski signali v sistemih GPS in GLONASS
------------------------------------------------------
     Sodobni satelitski radionavigacijski sistemi uporabljajo
signale, ki omogo~ajo meritve zakasnitev in meritve
Doppler-jevega pomika. Radionaivgacijska oprema na krovu
satelitov obi~ajno vklju~uje radijske svetilnike, ki oddajajo
tak{ne signale, uporabnik pa potrebuje le ustrezen sprejemnik.
Ker so navigacijski sateliti v svoji osnovni vlogi voja{ki
navigacijski sateliti, je oprema na krovu na~rtovana za
~imdalj{e povsem samostojno delovanje.
     Navigacijska oprema na krovu sodobnih satelitov sistemov
NAVSTAR-GPS in GLONASS je prikazana na sliki 1. Razen
oddajnikov imajo sateliti na krovu tudi visoko stabilno
~asovno-frekven~no normalo za dr`anje sinhronizacije sistema,
vezja za proizvajanje radionavigacijskih signalov in ra~unalnik
s pomnilnikom, kjer so shranjeni podatki, ki se skupaj z
navigacijskimi signali oddajajo uporabnikom.
     Sodobni sateliti uporabljajo kot ~asovno-frekven~no
normalo cezijevo atomsko uro s to~nostjo v razredu en del v
10**+12, ki jo le v slu~aju okvare nadomesti manj{a, a za
en velikostni razred manj to~na rubidijeva atomska ura.
Signal atomske ure krmili frekven~ni sintetizator, ki
proizvaja vse potrebne visokofrekven~ne nosilce in takte
modulacije, koherentno iz istega referen~nega signala.
     Visokofrekven~ni nosilci se modulirajo fazno 0/180 stopinj
z znanimi psevdonaklju~nimi zaporedji. Uporabni{ki navigacijski
sprejemnik izmeri zakasnitev signala z meritvijo ~asa prihoda
psevdonaklju~nega zaporedja. Doppler-jev pomik sprejemnik
izmeri na regeneriranem nosilcu signala. Uporabni{ki sprejemnik
najpogosteje izra~una vektor polo`aja uporabnika iz izmerjenih
zakasnitev modulacije in vektor hitrosti iz izmerjenih
Doppler-jevih pomikov na nosilcih, ~eprav lahko
radionavigacijske signale uporabljamo tudi druga~e.
     Vsak satelit obi~ajno oddaja tri razli~ne
radionavigacijske signale. Psevdonaklju~no C/A zaporedje
(Coarse/Acquisition) ima kratko periodo ponavljanja (1ms), ki
omogo~a za~etno sinhronizacijo ter grobo navigacijo za manj
zahtevne uporabnike. C/A signal se oddaja na enem samem
visokofrekven~nem nosilcu in sicer na vi{ji frekvenci (L1).
Psevdonaklju~no P zaporedje (Precision) ima zelo dolgo
periodo ponavljanja (1 teden) in se oddaja z desetkratno
hitrostjo C/A zaporedja na dveh razli~nih visokofrekven~nih
nosilcih (L1 in L2), kar omogo~a popravljanje ionosferskih
pogre{kov.
     Satelitski signali so razmeroma {ibki in uporabni{ki
sprejemnik je opremljen le z majhno neusmerjeno anteno.
Sprejem in uporaba satelitskih radionavigacijskih signalov je
vseeno mo`na zato, ker se navedene hitrosti psevdonaklju~nih
zaporedij nana{ajo na znano zaporedje in ne na informacijsko
pasovno {irino signalov, ki je dosti manj{a. Uporabni{ki
sprejemnik sinhronizira svoj lastni generator znanega
^L

^[&a33L- LVRK 22.2 -
^[&a8L
psevdonaklju~nega zaporedja na prihajajo~i signal tako, da s
ponovno fazno modulacijo 0/180 izni~i fazno modulacijo na
signalu. Pasovna {irina signala se tedaj skr~i za ve~
velikostnih razredov. Koristni signal, ki vsebuje le {e 50bit/s
navigacijske podatke, izseje ozko frekven~no sito.
     Sprejem signalov z raz{irjenim spektrom omogo~a tudi
tehniko kodnega multipleksa. Kodni multipleks omogo~a,
da uporabljajo vsi sateliti iste visokofrekven~ne nosilce
(GPS) oziroma, da se sosednji kanali lahko brez ve~je {kode
med sabo prekrivajo (GLONASS), kot je to prikazano na
sliki 2.
     Frekven~ni spekter satelitskih radionavigacijskih signalov
je prikazan na sliki 3. Kodni multipleks omogo~a C/A in P
oddaji na istem nosilcu brez velikih medsebojnih motenj.
Signal C/A oddaje je navidezno mo~nej{i za pribli`no 13dB,
pri tem pa ne smemo pozabiti, da je mo~ P oddaje razpr{ena
na 10-krat {ir{i frekven~ni pas in je resni~na razlika le 3dB.
Na spektralnem analizatorju z dovolj ozkim sitom opazimo,
da je spekter C/A oddaje sestavljen iz mno`ice ~rt, ki so
med sabo razmaknjene za 1kHz, kar ustreza periodi ponavljanja
C/A zaporedja 1ms. Spekter P oddaje izgleda zvezen, ker je
tu perioda ponavljanja izredno dolga.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Paraboli~no zrcalo premera 1.2m na stojalu z desno-kro`no
    polariziranim `arilcem za frekven~no podro~je 1.2-1.6GHz.
(2) 30dB malo{umni oja~evalnik za frekven~no podro~je "L".
(3) Selektivni oja~evalnik ali sito za podro~je 1200-1600MHz.
(4) -10dB smerni sklopnik za podro~je 1-2GHz.
(5) Sprejemni konverter za 1.57GHz in ustrezen VHF sprejemnik z
    napajalnikom.
(6) 40dB {irokopasovni oja~evalnik z napajalnikom.
(7) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-2GHz.
(8) Ra~unalnik s programom za izra~un tirnic satelitov.
(9) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Za meritev GPS ali GLONASS signalov uporabimo usmerjeno
anteno z dobitkom vsaj 20dB. Usmerjena antena daje dosti vi{je
razmerje signal/{um od obi~ajnih anten navigacijskih
sprejemnikov, kar omogo~a opazovanje signalov na spektralnem
analizatorju brez ustreznega sprejemnika. Hkrati nam usmerjena
antena omogo~a, da naenkrat sprejemamo le en sam satelit iz
`eljene smeri in ne mno`ico satelitskih signalov.
     Pred meritvijo najprej z ra~unalnikom preverimo, kje se
trenutno nahajajo sateliti na nebu. Za meritev si izberemo
satelit z visoko elevacijo nad obzorjem. Hkrati pazimo, da se
v bli`ini izbranega satelita, v {irini glavnega snopa antene,
ne nahaja kak{en drug podoben satelit, ki bi lahko motil
meritev. Pri iskanju satelita na nebu si pomagamo tudi z
ozkopasovnim FM sprejemnikom, saj se C/A oddaja sli{i kot
1kHz pisk v zvo~niku sprejemnika.

^L

^[&a33L- LVRK 22.3 -
^[&a8L
4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Na zaslonu spektralnega analizatorja od~itamo razmerje
signal/{um posebej za vrh C/A oddaje in posebej za vrh
P oddaje. Iz izmerjenega razmerja signal/{um nato z
upo{tevanjem dobitka antene in {umne temperature sprejemnega
sistema posku{amo izra~unati efektivno sevano mo~ (EIRP)
satelita, se pravi zmno`ek mo~i oddajnika in dobitka oddajne
antene. Pri meritvi je pomembno predvsem razmerje signal/{um,
ker se oja~enje celotne verige lahko precej spreminja, {e
posebno v slu~aju meritve na obeh frekvencah L1 in L2.
     Meritev opravimo za vsaj en satelit GPS in en satelit
GLONASS. Ker oddajajo vsi GPS sateliti na istih frekvencah,
jih s tak{nim sprejemnikom ne moremo lo~iti. Pri GLONASS
satelitih pa moramo upo{tevati, kateri VF kanal uporablja
`eljeni satelit.
     Sprejem GPS satelitov preverimo {e na ozkopasovnem
FM sprejemniku. Psevdonaklju~no C/A zaporedje se v FM
sprejemniku sli{i kot 1kHz pisk, ker spekter C/A oddaje
sestavlja mno`ica ~rt, ki so med sabo razmaknjene po 1kHz.
Zaradi zelo kratke periode ponavljanja, komaj 1ms, se
psevdonaklju~no C/A zaporedje {e ne obna{a kot pravi beli {um!



































***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 22.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 22.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 22.6 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 23. - MERITEV SIGNALOV SATELITSKE MOBILNE TELEFONIJE
=========================================================


1. Sistemi satelitske mobilne telefonije
----------------------------------------
     Na~rtovalske zahteve satelitske telefonije so zelo hude.
Po eni strani je treba zagotoviti visoko zmogljivost radijskih
zvez v obeh smereh, od satelita do uporabnika in od uporabnika
do satelita. Po drugi strani razpolaga uporabnik le z majhno,
neusmerjeno anteno. Neusmerjena uporabni{ka antena pogojuje
vsaj v za~etnih sistemih uporabo razmeroma nizkih frekvenc
v pasu med 1.6GHz in 2.5GHz.
     Razmeroma nizke frekvence uporabni{kih zvez po drugi
strani zahtevajo velike in komplicirane antenske sisteme z
ve~jim {tevilom snopov sevanja na krovu satelita. Izmere
in maso anten na krovu satelita se da nekoliko zmanj{ati
z uporabo ve~jega {tevila satelitov v razmeroma nizkih
tirnicah. Ker sateliti v tak{nih tirnicah ne morejo biti
geostacionarni, se mora uporabnikov telefon samodejno
preklopiti na naslednji viden satelit oziroma hkrati
komunicirati z ve~ sateliti.
     ^eprav je bilo predlagano ve~je {tevilo razli~nih
satelitskih mobilnih telefonskih sistemov, sta bila v resnici
do danes izdelana samo dva: IRIDIUM (Motorola) in GLOBALSTAR
(Qualcomm). ^eprav uporabljata oba sistema ve~je {tevilo
satelitov v nizkih, skoraj kro`nih tirnicah okoli Zemlje,
se v podrobnostih v marsi~em razlikujeta.
     Sistem IRIDIUM uporablja ve~ kot 80 satelitov v nizkih
kro`nicah na vi{ini 780km z naklonom 86.4 stopinje glede na
ekvatorialno ravnino. Sateliti sistema IRIDIUM so razme{~eni
v {estih razli~nih tirnicah, ki se med sabo razlikujejo
po rektascenziji dvi`nega vozla v korakih po 30 stopinj.
Na vsaki tak{ni tirnici je razme{~enih 11 delovnih satelitov
in {e nekaj rezervnih, saj premik vzdol` iste tirnice zahteva
le manj{o koli~ino raketnega goriva.
     Radijske zveze v sistemu IRIDIUM so prikazane na sliki 1.
Uporabni{ka zveza s satelitom poteka v frekven~nem pasu
1610...1626.5MHz v obeh smereh. Upravne postaje oddajajo proti
satelitom v pasu 30GHz ter sprejemajo v pasu 20GHz. V sistemu
IRIDIUM upravne postaje sicer niso nujno potrebne za
vzpostavljanje zvez, saj imajo sateliti na krovu tudi vso
potrebno komutacijo in po potrebi vzpostavijo medsebojno,
medsatelitsko zvezo v frekven~nem pasu 23GHz.
     Uporabni{ka zveza v frekven~nem pasu okoli 1.6GHz
uporablja frekven~ni in ~asovni multipleks podobno kot
zemeljski telefonski sistem GSM, le da so frekvence, hitrosti
prenosa podatkov in dol`ine okvirjev prirejene satelitskim
zvezam. Visok naklon tirnic satelitov IRIDIUM omogo~a
pokrivanje celotne zemeljske povr{ine vklju~no s te~aji.
Medsatelitske zveze pri tem omogo~ajo delovanje sistema tudi
v slu~aju, ko razpolo`ljivi satelit ni v vidnem polju ene
od upravnih postaj.
     Sistem GLOBALSTAR predvideva uporabo 48 satelitov v
nekoliko vi{jih kro`nicah na vi{ini 1420km z naklonom
^L

^[&a33L- LVRK 23.2 -
^[&a8L
52 stopinj glede na ekvatorialno ravnino. Sateliti sistema
GLOBALSTAR so name{~eni v osmih razli~nih tirnicah, ki se
med sabo razlikujejo po rektascenziji dvi`nega vozla v
korakih po 45 stopinj. Na vsaki tak{ni tirnici bo razme{~enih
{est delovnih satelitov in {e nekaj rezervnih.
     Radijske zveze v sistemu GLOBALSTAR so prikazane na
sliki 2. Uporabni{ki telefon sprejema satelit v pasu
2483...2500MHz ter oddaja proti satelitu v pasu
1610...1626.5MHz. Upravne postaje oddajajo proti satelitom
v pasu 5GHz ter sprejemajo v pasu 7GHz. Sateliti sistema
GLOBALSTAR so veliko enostavnej{i od satelitov IRIDIUM in
vsebujejo le navadne radijske pretvornike brez komutacije
ali obdelave signalov na krovu. Sistem GLOBALSTAR tudi
ne vsebuje medsatelitskih zvez.
     Uporabni{ka zveza v frekven~nih pasovih 1.6GHz in 2.5GHz
uporablja frekven~ni in kodni multipleks podobno kot zemeljski
telefonski sistem IS-95, le da so frekvence nosilcev
prilagojene satelitskim zvezam. Vi{ina tirnice 1420km in naklon
52 stopinj omogo~ata dobro pokrivanje gosto naseljenih delov
zemeljske povr{ine do pribli`no 70 stopinj severne ali
ju`ne zemljepisne {irine. Sistem GLOBALSTAR ne pokriva
polarnih podro~ij kot tudi ne podro~ij, kjer ni razpolo`ljivih
zemeljskih upravnih postaj.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
(1) Paraboli~no zrcalo premera 1.2m na stojalu z desno-kro`no
    polariziranim `arilcem za frekven~no podro~je 1.6GHz
    in 2.5GHz.
(2) 30dB malo{umni oja~evalnik za frekven~no podro~je 1.6GHz.
(3) 30dB malo{umni oja~evalnik za frekven~no podro~je 2.5GHz.
(4) Napajalno kretnico in 12V napajalnik za oja~evalnik.
(5) Pasovni siti za 1.6GHz in 2.5GHz.
(6) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0...3GHz z
    demoduliranim izhodom in zvo~nikom.
(7) Priklju~ne kable za vse povezave.
(8) Ra~unalnik s programom za izra~un polo`aja satelita in
    vmesnikom za krmiljenje vrtiljaka.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     Za vajo si oglejmo signale, ki jih sateliti IRIDIUM in
GLOBALSTAR oddajajo mobilnim uporabnikom. Od vseh satelitskih
so ti najmo~nej{i in jih je zato najla`je sprejemati. Hkrati
jakost teh signalov predstavlja glavno omejitev sistema. Za
vajo si seveda privo{~imo veliko ve~jo, usmerjeno anteno,
ki daje bolj{e razmerje signal/{um ter omogo~a izbiro
`eljenega satelita.
     Pred za~etkom opazovanja moramo ugotoviti, kateri
sateliti so sploh vidni ob danem ~asu. V ta namen uporabimo
ra~unalnik s primernim programom za izra~un tirnice satelita
ter njegovega polo`aja na nebu. Program potrebuje kot vhodne
podatke Keplerjeve elemente tirnice satelita, zemljepisno
lego na{e sprejemne postaje in to~en ~as. Vsi programi za
izra~un tirnic delujejo v ~asu UTC, ki pribli`no ustreza
^L

^[&a33L- LVRK 23.3 -
^[&a8L
Son~ni uri na Greenwich-evem poldnevniku.
     Ker sateliti sistemov IRIDIUM in GLOBALSTAR kro`ijo v
razmeroma nizkih tirnicah, so preleti posameznih satelitov
razmeroma kratki, 10 do 15 minut in v tem ~asu satelit preleti
znaten del neba. Z usmerjeno anteno moramo zato stalno slediti
satelit ter smer antene popravljati vsakih 15 sekund ali manj.
Sledenje satelita znatno olaj{a vmesnik, preko katerega
ra~unalnik samodejno krmili smer antene.
     Kot merilni sprejemnik uporabimo visokofrekven~ni
spektralni analizator v razli~nih na~inih delovanja: kot
merilnik spektra v frekven~nem podro~ju, kot selektivni
sprejemnik v ~asovnem podro~ju in kot sprejemnik z
demodulatorjem, ki krmili zvo~nik. Ker je {umno {tevilo
obi~aajnih spektralnih analizatorjev razmeroma visoko (okoli
20dB), uporabimo {e dodaten nizko{umni oja~evalnik.
     Nizko{umni oja~evalnik vgradimo ~imbli`je anteni, kot
je to prikazano na sliki 3. Nizko{umni oja~evalnik dobi
napajanje preko visokofrekven~nega koaksialnega kabla, kar
razen ustreznega napajalnika zahteva {e napajalno kretnico
(bias tee). Pred spektralni analizator vstavimo {e pasovno
sito ({irine pribli`no 200MHz), ki prepre~uje, da mo~ni
signali zemeljskih oddajnikov prekrmilijo vhodni me{alnik
spektralnega analizatorja.
     Spektralni analizator nato nastavimo na tisto osrednjo
frekvenco, kjer pri~akujemo satelitske signale: 1624MHz v
sistemu IRIDIUM oziroma 2492MHz v sistemu GLOBALSTAR. [irino
preleta nastavimo na 5MHz, lo~ljivost pa okoli 100kHz. Z
vrtenjem antene sku{amo nato poiskati satelitski signal in
satelitu slediti pri preletu preko neba.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     V vaji izmerimo signale, ki jih oddajajo sateliti
IRIDIUM in GLOBALSTAR. V obeh slu~ajih izmerimo frekvence in
pasovne {irine signalov, ki jih vidimo na zaslonu spektralnega
analizatorja. Iz istega satelita dobimo ve~ signalov razli~nih
jakosti, saj imajo sateliti obeh sistemov oddajne antene z
ve~ snopi, ki so usmerjeni v razli~ne smeri.
     V sistemu IRIDIUM nato sku{amo dolo~iti dol`ino okvirjev
in ~as ponavljanja okvirjev iste radijske zveze. To najla`je
storimo tako, da spektralni analizator preklopimo na veliko
pasovno {irino (1MHz ali ve~) in ustavimo preletavanje po
frekvenci (zero spaan). Na zaslonu spektralnega analizatorja
tedaj opazujemo ~asovni potek jakosti signalov. Delo nam olaj{a
tudi slikovni pomnilnik, ~e spektralni analizator z njim
razpolaga.
     V sistemu GLOBALSTAR lahko iz pasovne {irine signala
sklepamo na bitno hitrost razpr{ilnega zaporedja. ^e tudi v
tem slu~aju zaustavimo preletavanje po frekvenci (zero span)
in vstavimo primerno ozko medfrekven~no sito, sli{imo v
zvo~niku popa~en pisk. Iz frekvence piska lahko sklepamo o
periodi ponavljanja razpr{ilnega zaporedja.
     Kon~no, v obeh sistemi sku{amo oceniti stopnjo uporabe
sistema. V sistemu IRIDIUM je razmeroma enostavno razlikovati
med podatkovnimi okvirji za uporabnike in re`ijskimi okvirji,
ki vsebujejo vedno isti bitni vzorec. V sistemu GLOBALSTAR pa
lahko opazujemo vklapljanje in izklapljanje posameznih CDMA
nosilcev.
^L

^[&a33L- LVRK 23.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 23.5 -
^L


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 24. - DOBITEK RAZMERJA SIGNAL/MOTNJA V CDMA SPREJEMNIKU
============================================================


1. Razmerja signal/motnja pri kodnem multipleksu
------------------------------------------------
     Sistemi radijskih zvez na~eloma omogo~ajo tri razli~ne
na~ine multipleksiranja: frekven~ni multipleks (FDMA, vsakemu
uporabniku je dodeljen dolo~en frekven~ni pas), ~asovni
multipleks (TDMA, vsakemu uporabniku je dodeljena ~asovna
rezina) in kodni multipleks (spread spectrum ali CDMA, vsakemu
uporabniku je dodeljena lastna razpr{ilna koda iz dolo~enega
nabora med sabo ~imbolj ortogonalnih razpr{ilnih kod).
     Osnova delovanja sistemov s kodnim multipleksom (CDMA) je
prikazana na sliki 1. Spekter moduliranega radijskega signala
s pasovno {irino Bs raz{irimo s pomo~jo v naprej znanega,
psevdonaklju~nega (PN) razpr{ilnega zaporedja z dosti ve~jo
pasovno {irino Br. Na sprejemni strani signal mno`imo z enakim
PN zaporedjem, ki je natan~no sinhronizirano s PN zaporedjem
oddajnika. Pri tem se frekven~ni spekter `eljenega signala
skr~i nazaj na Bs, frekven~ni spektri razli~nih motenj drugih
CDMA uporabnikov in ostalih (ozkopasovnih) uporabnikov v
istem frekven~nem pasu (fo) ter spekter toplotnega {uma pa se
celo raz{irijo.
     @eljeni signal v sprejemniku nato izsejemo s ozkim sitom
s pasovno {irino Bs. Ozko sito pri tem v celoti prepu{~a
obdelani `eljeni signal in hkrati odstrani ve~ino spektralnih
komponent {uma in motenj, kot je to prikazano za razli~ne
signale na sliki 2. V sistemu s kodnim multipleksom (CDMA)
moramo zato vedno ra~unati z motnjami drugih uporabnikov, ki
pa so v pravilno na~rtovanem sistemu zadosti majhne. Po drugi
strani je CDMA sistem do dolo~ene meje odporen tudi na motnje
ozkopasovnih (starej{ih) sistemov in hkrati tem sistemom zvez
povzro~a razmeroma malo motenj zaradi majhne spektralne
gostote mo~i oddaje z raz{irjenim spektrom.
     Glavna prednost uporabe kodnega multipleksa (CDMA) v
mobilnih zvezah je odpornost na presih in popa~enje zaradi
raz{irjanja signala po ve~ razli~nih poteh. Pravilno na~rtovan
CDMA sprejemnik obravnava razli~ne `arke istega signala kot
neodvisne signale, ki jih lahko med sabo lo~i, demodulira in
optimalno sestavi. Dodatna prednost je mo`nost uporabe
za{~itnega kodiranja za vnaprej{nje popravljanje napak, kar
v CDMA sistemu ne prina{a pove~anja pasovne {irine signala,
saj lahko za{~itno kodiranje obravnavamo kot del razpr{ilnega
signala.
     Za{~itno kodiranje za vnaprej{nje popravljanje napak je
sicer obi~ajno v vseh {tevilskih CDMA sistemih, saj je
razpolo`ljivo razmerje signal/motnja tudi po skr~enju spektra
nazaj na Bs in za ozkim sitom {e vedno razmeroma nizko.
V analognih CDMA sistemih pa moramo zaradi nizkih razmerij
signal/{um in signal/motnja uporabiti tak{no vrsto modulacije,
ki deluje `e z nizkimi razmerji signal/{um na visokofrekven~ni
strani, naprimer analogno frekven~no modulacijo z velikim
modulacijskim indeksom "m" (razmerjem med kolebom in
modulacijsko frekvenco).
^L

^[&a33L- LVRK 24.2 -
^[&a8L
     Pri na~rtovanju sistema radijskih zvez s kodnim
multipleksom moramo zato skrbno opazovati razmerje
signal/{um oziroma signal/motnja, saj ga ne moremo popraviti
s pove~anjem mo~i oddajnika. V vsakem CDMA sistemu je zato
klju~ni podatek dobitek razmerja signal/motnja pri skr~enju
spektra v sprejemniku. Dobitek razmerja signal/motnja je kar
sorazmeren razmerju pasovnih {irin pred (Br+Bs) in po (Bs)
skr~enju spektra signala v sprejemniku, kot je to prikazano
na sliki 3.
     Kljub visokemu dobitku razmerja signal/motnja v nekaterih
sistemih zvez s kodnim multipleksom (razmerje Br/Bs je
obi~ajno nekje med 100 in 1000), je zmogljivost celotnega
CDMA sistema {e vedno hudo omejena z razmerjem signal/motnja,
saj se na vhodnih sponkah sprejemnika vsi signali ostalih
uporabnikov se{tevajo v motnjo. CDMA sistemi so se zato
uveljavili le tam, kjer zmanj{anje zmogljivosti zaradi
slabega razmerja signal/motnja nadomesti odpornost CDMA
sistemov na presih in popa~enje, naprimer v zemeljskih
mobilnih zvezah (Rayleigh-ova statistika presiha).

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
 (1) Modulirani visokofrekven~ni izvor (37.5MHz), ki ga
     uporabljamo kot motilec.
 (2) CDMA merilni izvor za 37.5MHz z notranjo frekven~no
     modulacijo (500Hz sinus) in zunanjim priklju~kom za
     BPSK modulacijo.
 (3) Dva nastavljiva slabilca (~e nista vgrajena v merilna
     izvora).
 (4) Uporovni sklopnik -6dB.
 (5) BPSK modulator s TTL vhodom.
 (6) -30dB smerni sklopnik.
 (7) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-1GHz.
 (8) FM sprejemnik (AM/FM demodulator) za 37.5MHz.
 (9) Izmeni~ni voltmeter za efektivno vrednost.
(10) Zvo~nik (z vgrajenim nizkofrekven~nim oja~evalnikom).
(11) Osciloskop.
(12) Polinomski generator PN zaporedij.
(13) Nastavljivi izvor takta 100kHz...20MHz.
(14) Priklju~ne kable za vse povezave.
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 4.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     V vaji izmerimo odpornost analogne CDMA zveze na
ozkopasovne motnje kot funkcijo pasovne {irine razpr{ilnega
signala Br. ^e skr~imo {irino razpr{ilnega signala Br na ni~,
lahko z isto postavitvijo merilnih pripomo~kov izmerimo tudi
odpornost obi~ajne analogne zveze na iste motnje. Kot izvor
`eljenega signala ter kot motilec uporabimo dva podobna
analogna FM oddajnika. Na motilcu nastavimo enak koleb, toda
druga~no modulacijsko frekvenco od `eljenega signala.
     Razmerje signal/motnja merimo na vhodu FM sprejemnika
s spektralnim analizatorjem ter na izhodu FM sprejemnika
z voltmetrom oziroma osciloskopom. V vaji i{~emo tisto
vhodno razmerje signal/motnja, ki nam daje na izhodu
^L

^[&a33L- LVRK 24.3 -
^[&a8L
FM sprejemnika razmerje signal/motnja ali signal/{um 12dB
(razmerje mo~i 16:1 oziroma razmerje napetosti 4:1).
Izhodno razmerje signal/{um dolo~imo iz razmerja izmeni~nih
napetosti, ki jih od~itamo z vklju~eno oziroma izklju~eno
frekven~no modulacijo merilnega izvora.
     Kot razpr{ilno zaporedje uporabimo dovolj dolgo (vsaj
1+X**12+X**17) psevdonaklju~no zaporedje iz polinomskega
generatorja. Ker sta oddajnik in sprejemnik dostopna na
istem mestu, uporabimo en sam polinomski generator, ki
krmili oba mno`ilnika (balan~na me{alnika) v oddajniku
in v sprejemniku. Povsem jasno v laboratorijskem poskusu
ne potrebujemo dveh lo~enih izvorov PN zaporedij kot tudi
ne kompliciranega vezja za sinhronizacijo sprejemnika.
     Mno`ilnika se obna{ata kot simetri~na BPSK modulatorja.
Prvi mno`ilnik v oddajniku doda signalu psevdonaklju~no
fazno modulacijo 0 ali 180 stopinj. Drugi mno`ilnik pred
sprejemnikom doda {e enkrat 0 ali 180 stopinj, kar da skupaj
z oddajnikom 0 ali 360 stopinj. ^e sta krmilna signala
obeh mno`ilnikov povsem enaka (sinhronizirana), fazna
modulacija izgine (0stopinj je isto kot 360 stopinj) in
spekter `eljenega signala se skr~i nazaj na prvotno
vrednost Bs.
     Pri krmiljenju sprejemnega mno`ilnika moramo paziti na
primerno jakost vhodnih signalov. Signali ve~ji od -10dBm
prekrmilijo mno`ilnik, signali manj{i od -50dBm pa se izgubijo
v {umu samega mno`ilnika oziroma presluhu psevdonaklju~nega
zaporedja. Kon~no lahko prekinemo dovod psevdonaklju~nega
zaporedja oddajnemu, sprejemnemu ali obema mno`ilnikoma tako,
da iztaknemo BNC vtika~ ustreznega kabla. Delovanje obeh
mno`ilnikov lahko tako takoj preverimo na spektralnem
analizatorju.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     V vaji najprej preverimo delovanje CDMA zveze brez
motenj, se pravi z izklju~enim motilcem. Jakost signala na
izhodu sprejemnega mno`ilnika nastavimo na pribli`no -30dBm,
kar lahko takoj o~itamo na zaslonu spektralnega analizatorja.
Razmerje signal/{um na izhodu FM sprejemnika preverimo pri
razli~nih taktnih frekvencah polinomskega izvora kot tudi
pri izklju~enem PN generatorju. Delovanje celotnega vezja
preverimo tako, da prekinemo PN zaporedje do sprejemnega
me{alnika in opazujemo sliko na zaslonu spektralnega
analizatorja.
     Nato izklju~imo merilni CDMA izvor, vklju~imo motilec
in spet opazujemo rezultat na spektralnem analizatorju za
razli~ne taktne frekvence polinomskega generatorja. Kon~no
vklju~imo oba izvora in nastavimo jakost motilca tako, da
dobimo na izhodu FM sprejemnika razmerje signal/{um 12dB.
Poskus ponovimo za razli~ne taktne frekvence in za izklju~en
polinomski generator ter na koncu izri{emo diagram: dopustno
razmerje jakosti signal/motnja kot funkcija taktne frekvence
psevdonaklju~nega zaporedja.
     Na koncu dobljeni rezultat primerjamo s teoretsko
vrednostjo, kjer upo{tevamo {irino sita Bs=250kHz v FM
sprejemniku ter Br enak taktni frekvenci zaporedja.
Teoretskemu rezultatu moramo seveda dodati pribli`no 10dB
"kolena" FM demodulatorja.
^L

^[&a33L- LVRK 24.4 -
^L

^[&a33L- LVRK 24.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 24.6 -
^L 


^[&a8L
     LABORATORIJSKE VAJE RADIOKOMUNIKACIJE


VAJA 25. - UGOTAVLJANJE U^INKOVITOSTI KONVOLUCIJSKEGA DEKODERJA
===============================================================


1. Za{~itno kodiranje za vnaprej{nje popravljanje napak
-------------------------------------------------------
     Shannon-ov izrek sicer natan~no opisuje gornjo mejo
zmogljivosti prenosne poti, prav ni~ pa ne pove o tem, kako
bi se dalo teoretsko mejo v resnici dose~i. V resni~ni
{tevilski (digitalni) radijski zvezi moramo zagotoviti prenos
z dovolj majhno pogostnostjo napak z omejenimi sredstvi:
kodiranje in dekodiranje mora biti dovolj enostavno za
izvedbo in se mora izvr{iti v sprejemljivem ~asu.
     Poljubno majhno pogostnost napak lahko dose`emo brez
kakr{negakoli kodiranja s pove~evanjem mo~i oddajnika, kar
ni najbolj u~inkovita re{itev, {e posebno ne v slu~aju
presiha oziroma motenj. Z dodatkom manj{ega {tevila
kontrolnih (paritetnih) bitov lahko ugotavljamo prisotnost
napak in zahtevamo ponavljanje napa~no sprejetih delov
sporo~ila. V ta namen podatke razre`emo v okvirje, vsak
okvir podatkov pa nato opremimo s kontrolno vsoto CRC
(Cyclic Redundancy Check), ki z visoko zanesljivostjo
zazna napa~no sprejete okvirje.
     Ko ne razpolagamo s povratno zvezo oziroma je ta
neustrezna (prepo~asna), moramo sporo~ilu dodati {e ve~je
{tevilo kontrolnih bitov EDAC (Error Detection And
Correction), ki omogo~ajo zaznavanje in popravljanje
dolo~enega {tevila napak. Za{~itno kodiranje EDAC tako
omogo~a vnaprej{nje popravljanje dolo~enega {tevila napak
v sporo~ilu brez oddaje zahtev po ponavljanju.
     Kak{no za{~itno kodiranje je za dolo~eno vrsto zveze
najbolj primerno, zavisi predvsem od statistike napak.
Gauss-ov (toplotni) {um pri tem predstavlja najslab{i mo`ni
slu~aj: tak{na zveza potrebuje najzahtevnej{e kodiranje.
Kljub temu, da se za{~itno kodiranje uporablja v radijskih
zvezah `e ve~ kot tri desetletja, so najbolj{i znani na~ini
kodiranja in dekodiranja {e vedno nekaj decibelov slab{i
Shannon-ove teoretske zmogljivosti. Razvoj u~inkovitej{ih
na~inov kodiranja in dekodiranja zato {e vedno predstavlja
izziv za matematike.
     Ker ne poznamo idealnega na~ina kodiranja, uporabimo v
resni~ni {tevilski radijski zvezi ve~ razli~nih, zaporednih
za{~itnih kodiranj, kot je to prikazano na sliki 1.
Konvolucijski koder izra~una kontrolne (paritetne) bite iz
nekaj zaporednih, a razli~no razmaknjenih podatkovnih bitov.
^eprav so mo`ne tudi druga~ne re{itve, se konvolucijski koder
obi~ajno uporablja tako, da se vsakemu podatkovnemu bitu
doda en kontrolni bit, kar podvoji pasovno {irino prenosa
(u~inkovitost 1/2).
     Konvolucijske kode u~inkovito popravljajo posami~ne
napake. Ker se kontrolni biti izra~unajo iz manj{ega
{tevila zaporednih bitov, so tak{ne kode uporabne tudi pri
visoki pogostnosti napak. Konvolucijske kode odpovejo pri
ve~kratnih napakah, ko sprejeto sporo~ilo vsebuje strnjeno
skupino pokvarjenih bitov. Skupinske napake u~inkovito
^L

^[&a33L- LVRK 25.2 -
^[&a8L
odpravljajo blokovne kode pod pogojem, da je v bloku
(okvirju) podatkov ena sama tak{na napaka. Blokovne kode
seveda dodatno pove~ajo pretok podatkov in pasovno {irino
za pribli`no 15% (NASA Deep-Space Standard), kar daje
pri skupnem rezultatu kodiranja 2.3-krat ve~jo pasovno {irino.
     Konvolucijski koder je razmeroma enostavna naprava, ki
vsebuje le pomikalni register in nekaj EXOR logi~nih vrat.
Optimalni (Viterbi-jev) konvolucijski dekoder z mehkim
odlo~anjem (soft decision) je dosti bolj kompliciran, saj
primerja sprejeti analogni signal z vsemi mo`nimi
kombinacijami dolo~ene dol`ine. ^e vgradimo v demodulator
omejevalnik in zgradimo preprost konvolucijski dekoder
z dvoji{kimi pomikalnimi registri in EXOR vrati, izgubimo
zaradi trdega odlo~anja (hard decision) vsaj 1.99dB pri
razmerju signal/{um.
     Preprost konvolucijski koder in pripadajo~i dekoder s
trdim odlo~anjem sta prikazana na sliki 2 za kodo CSOC
(Complementary Symmetry Orthogonal Code). Sprejemnik vsebuje
enak koder kot oddajnik ter primerja paritetne bite, ki
jih je sam izra~unal na nezanesljivih podatkih, s paritetnimi
biti, ki so pri{li po nezanesljivi poti od oddajnika. Razlika
paritetnih bitov gre v register napake (syndrome register),
iz vsebine katerega lahko sklepamo na vrsto napake.
     En sam pokvarjen bit v podatkih povzro~i {tiri napake v
sprejemnem koderju, ki se po {estih taktih preselijo v
register napake. En sam pokvarjen bit v pariteti obratno
povzro~i eno samo enico, ki potuje skozi register napake.
Register napake ima {tiri odcepe na mestih, ki ustrezajo
odcepom oddajnega in sprejemnega koderja. Odlo~anje gre
preko "glasovalnih" vrat (voting logic): tri ali {tiri enice
pomenijo zelo verjetno napako v podatkih, ki jo je smiselno
popraviti. Dve, ena ali nobena enica pa pomenijo mo`no napako
v pariteti, ki je ni treba popravljati.
     Opisani CSOC koder in dekoder omogo~ata popravljanje ene
ali dveh zaporednih napak v podatkih oziroma pariteti.
Trikratnih in ve~kratnih napak opisani CSOC dekoder ne zna
popraviti, ~e se skupina napak pojavi znotraj dol`ine
pomikalnih registrov (6 bitov podatkov in 6 bitov paritete).
Z vklopom povratne vezave, ki popravljeno napako izbri{e iz
registra napake, lahko dopustno razdaljo med zaporednimi
napakami nekoliko zmanj{amo. @al omenjeni ukrep hkrati
pove~a ~as za~etne sinhronizacije vezja oziroma ponovne
vzpostavitve delovanja po nepopravljivi mnogokratni napaki.

2. Seznam potrebnih pripomo~kov
-------------------------------
     Za izvedbo vaje potrebujemo:
 (1) Oddajnik s polinomskim generatorjem poskusnega zaporedja,
     konvolucijskim koderjem CSOC in vgrajenim izvorom takta.
 (2) Oja~en izvor {uma za frekven~ni pas 0-10MHz.
 (3) Dva nastavljiva slabilca.
 (4) Dva uporovna delilnika/sklopnika.
 (5) Visokofrekven~ni spektralni analizator 0-1GHz.
 (6) Fazni sukalnik za taktno frekvenco.
 (7) Sprejemnik z vgrajenim CSOC dekoderjem in napajalnikom.
 (8) [tevec napak (digitalni frekvencmeter).
 (9) Zvo~nik (z vgrajenim nizkofrekven~nim oja~evalnikom).
(10) Priklju~ne kable za vse povezave.
^L

^[&a33L- LVRK 25.3 -
^[&a8L
     Razporeditev in povezava merilnih pripomo~kov je
prikazana na sliki 3.

3. Obrazlo`itev in opis poteka vaje
-----------------------------------
     V vaji izmerimo u~inkovitost CSOC koderja in dekoderja
kot zni`anje pogostnosti napak v prisotnosti {uma in motenj.
V laboratoriju preverimo u~inkovitost kodiranja in dekodiranja
kar brez radijskega oddajnika in sprejemnika ter vmesne
radijske poti. [um dodamo neposredno izhodu CSOC koderja
preko uporovnega sklopnika. Seveda mora biti sprejemnik
(dekoder) opremljen z nizkoprepustnim sitom, ki ustreza
hitrosti prenosa podatkov, in oja~evalnikom, ki iz
oslabljenega signala naredi nazaj TTL signal za logi~na vezja.
     @eljeno razmerje signal/{um izberemo z dvema
nastavljivima slabilcema na izhodih CSOC oddajnika in {umnega
izvora. Ker delamo z razmeroma velikimi signali nekaj sto
milivoltov ali celo nekaj voltov, potrebujemo oja~en
{irokopasovni izvor {uma. Razmerje signal/{um sicer od~itamo
na zaslonu visokofrekven~nega spektralnega analizatorja.
Pri tem nastavimo {irino medfrekven~nega sita spektralnega
analizatorja vsaj 10-krat o`jo od glavnega lista spektra
signala. Na ta na~in opazujemo tudi signal kot {um in velja
za signal in za {um isti faktor povpre~enja, ki se v merjenem
razmerju signal/{um to~no kraj{a.
     Za razliko od meritve razmerja signal/{um pri BPSK
modulaciji moramo paziti na enosmerno komponento samega
spektralnega analizatorja ter na dejstvo, da je od~itano
razmerje signal/{um v tem slu~aju za 3dB vi{je od razmerja
Wb/KbT, ki ga potrebujemo pri ra~unanju pogostnosti napak.
Kon~no pazimo {e na to, da ima spektralni analizator vstavljen
na vhodu dovolj velik slabilec, da ne prekrmilimo merilnika
in hkrati ne popa~imo merjenega signala.
     CSOC oddajnik ima kot izvor testnih podatkov `e vgrajen
polinomski generator ter izvor takta. Multiplekser na izhodu
oddajnika sestavi podatke in paritetne bite v en sam niz z
dvojno hitrostjo. CSOC sprejemnik vsebuje ustrezen
demultiplekser, ki krmili opisani CSOC dekoder. Sprejem
preverja polinomski delilec, ki s svojim izhodom krmili
{tevec napak. Pri od~itavanju {tevca seveda upo{tevamo
{tevilo impulzov, ki jih za eno vhodno napako naredi
polinomski delilec. Na grobo seveda {tevilo napak ocenimo
kar iz tistega, kar sli{imo v zvo~niku.
     Zaradi enostavnosti meritve in izogibanju dodatnim
napakam opisani CSOC sprejemnik nima lastne regeneracije
takta. Takt zato privedemo iz oddajnika preko faznega
sukalnika. Pred za~etkom meritev moram seveda poiskati
pravilno fazo takta, ki daje najni`jo pogostnost napak!
CSOC dekoder lahko po `elji izklju~imo in tako preverimo
u~inkovitost popravljanja napak. Po `elji lahko tudi
vklju~imo povratno vezavo v samem dekoderju.

4. Prikaz zna~ilnih rezultatov
------------------------------
     Preden za~nemo s pravo meritvijo, preverimo delovanje
vseh naprav, ki naj omogo~ajo nastavljanje razmerja Wb/KbT
v mejah vsaj od +5dB do +15dB. Nato izmerimo pogostnost
napak v vseh treh slu~ajih: brez popravljanja napak, s
^L

^[&a33L- LVRK 25.4 -
^[&a8L
popravljanjem brez povratne vezave in s popravljanjem s
povratno vezavo v CSOC dekoderju. Vse meritve opravimo v
korakih po 1dB razmerja Wb/KbT v smiselnih mejah. Pri
pogostnosti napak nad 1% (1.0E-2) vna{a pogre{ke prekrivanje
posameznih impulzov na izhodu polinomskega delilca, pri
pogostnosti napak pod 1.0E-7 pa postane ~as meritve predolg.
     Na koncu iz izmerjenih rezultatov izri{emo na isti
diagram tri krivulje pogostnosti napak za vse tri merjene
slu~aje. Pri risanju krivulj pazimo na merske enote Wb/KbT!
Prvi~, od~itano razmerje z zaslona spektralnega analizatorja
je treba zni`ati za 3dB, ker delamo s signali v osnovnem
pasu (brez BPSK modulacije). Drugi~, upo{tevati moramo,
da se mo~ oddajnika razpolovi na podatkovne bite in na
paritetne bite. Tretji~, v slu~aju nekodiranega prenosa
bi lahko razpolagali z dvojno mo~jo oddajnika za podatkovne
bite, saj ni treba oddajati paritete.
     V kon~nem rezultatu je zato smiselno, da krivuljo
brez kodiranja nari{emo tudi premaknjeno za 3dB navzdol in
tako pravi~no primerjamo nekodiran in kodiran prenos. V
rezultatu seveda primerjamo tudi u~inkovitost obeh
vrst dekodiranja (z in brez povratne vezave) pri razli~nih
razmerjih signal/{um.



































***************************************************************
^L

^[&a33L- LVRK 25.5 -
^L

^[&a33L- LVRK 25.6 -
^L

^[&a33L- LVRK 25.7 -
^L