Upload
elvis-alexander
View
39
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Wykład no 4. sprawdziany: 24-03-2006 21-04-2006 2-06-2006. „Funkcja” delta Diraca. Oznaczenie: δ (t) Definicja: δ (t)=0 dla wszystkich t ≠0 oraz. Dla dowolnej funkcji u(t) mamy:. Transformata funkcji δ (t). - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
sprawdziany: 24-03-2006 21-04-2006 2-06-2006
„Funkcja” delta Diraca
Oznaczenie: δ(t)
Definicja: δ(t)=0 dla wszystkich t≠0
oraz
1dt)t(
Dla dowolnej funkcji u(t) mamy: 00 tudttttu
tudtuttu
Transformata funkcji δ(t)
1edtet 0jtj
czyli δ(t)↔1
t
δ(t)
u(t) U()
1
Na mocy dualizmu dla sygnału stałoprądowego mamy
δ(t)↔1() czyli 1(t)↔2π δ(-)
1↔2πδ()
Jeśli , to Utu u2tU
Z własności:
Jeżeli u(t)↔U(), to exp(j0t)u(t)↔U(-0),
0 – liczba rzeczywista.
wynika: exp(j0t)1(t)↔δ(-0)
czyli exp(j0t) ↔δ(-0)
i możemy obliczyć transformatę funkcji cos
00tjtj
0 21
ee21
tcos 00
5 2.5 0 2.5 51
0.5
0
0.5
1
cos 2 t( )
t
cos(0t)
0-0
000 j21
tsin
5 2.5 0 2.5 51
0.5
0
0.5
1
sin 2 t( )
t
sin(0t)
jU()
0
-0
Transformata funkcji u(t)=sign(t)
108 6 4 2 0 2 4 6 8101
0.5
0
0.5
1
sign x( )
x
sign(t)
t
Tworzymy ciąg: tsigntexptu
tsigntsigntexplimtulim00
108 6 4 2 0 2 4 6 8101
0.5
0
0.5
1
sign x( )
u x 0.01( )
u x 0.1( )
u x 1( )
x
u0.01(x)
u0.1(x)
u1(x)
0
tj0tj
0
tjt0
tjt
je
je
dteedteeU
j1
j1
U
j2
tsign
j2
U
j1
j1
UlimU0
108 6 4 2 0 2 4 6 8100
10
20
30
40
2
x
x
Charakterystyka amplitudowa widma
Widmo fazy jest stałe i wynosi –π/2
Transformata skoku jednostkowego 1(t)
t
u(t)
1
Zapiszemy: 1(t)=0.5+0.5sign(t)
i mamy: 1(t)↔
j1
5.0
108 6 4 2 0 2 4 6 8100
10
20
30
40
2
x
x
0.5δ()+1/||
Tt
exp1Utu 0 dla t≥0 i u(t)=0 dla t<0
Tj1T
jT1
tjT1
expdtee
0
0
tjTt
Tj1
Tj1
5.0UUtu m
Widmo amplitudy:
2
2
2
2m T1
TT
1
T1
1T5.0
TUU
108 6 4 2 0 2 4 6 8100
5
10
15
20
w x( )
x
TU
U
m
Widmo fazy:
T1
T2arctg
108 6 4 2 0 2 4 6 8102
1
0
1
2
x( )
x
()
Transformata funkcji exp(j0t)
Korzystając z twierdzenia o przesunięciu:
Jeżeli u(t)↔U(), to exp(j0t)u(t)↔U(-0),
0 – liczba rzeczywista.
mamy dla u(t)=1: exp(j0t)↔δ(-0)
Transformata funkcji okresowej u(t)=u(t+T0)
o okresie T0.
Dla funkcji okresowej mamy rozwinięcie w zespolonyszereg Fouriera:
n
n
tjnn
0ectu
gdzie
0
0
0 dtetu2
c
T2
tjn0n
00
Rozważmy funkcję impulsową ui(t) zdefiniowaną:
00
00i
,tdla0
tdlatu
tu
Funkcję u(t) można zapisać:
k
k0i kTtutu
a współczynnik cn możemy zapisać korzystając z definicji funkcji ui(t) w postaci:
0i0tjn
i0tjn0
n nU2
dtetu2
dtetu2
c 00
0
0
gdzie
dtetuUtu tjiii
Ui() jest transformatą funkcji ui(t) dla częstotliwości 0.
Podstawiając do zależności:
n
n
tjnn
0ectu
0i0
n nU2
c
współczynnik
otrzymujemy:
n
n
tjn0i
0 0enU2
tu
lub biorąc pod uwagę:
k
k0i kTtutu
mamy:
n
n
tjn0i
0n
n0i
0enU2
nTtu
a ponieważ 0tjn ne 0
mamy transformatę:
n
n00i
0n
n0i nnU
2nTtu
Jako przykład rozważmy idealną funkcję próbkującą
Mamy funkcję:
m
m0T mTtt
0
)t(0T
t
Idealna funkcja próbkująca jest również nazywana
funkcją grzebieniową Diraca
0 T0
ponieważ dla funkcji: 1t
więc zgodnie ze wzorem
n
n00i
0n
n0i nnU
2nTtu
mamy:
n
n0
0m
m0 n
2mTt
)t(F0T
0 0
Transmisja sygnałów przez układy liniowe
Definicja
Układem (systemem) nazywamy urządzenie lub obiekt
fizyczny, który w odpowiedzi na sygnał na wejściu
generuje sygnał wyjściowy
układ
sygnałwejściowy
wymuszenie
x(t)
sygnałwyjściowy
odpowiedź
y(t)
Definicja
System nazywamy liniowym, jeżeli spełnia zasadę
superpozycji, tzn. jeżeli dla wymuszenia x1(t)
odpowiedzią jest y1(t), a dla wymuszenia x2(t)
odpowiedzią jest y2(t), to mówimy, że spełniona
jest zasada superpozycji jeżeli dla wymuszenia
α1x1(t)+α2x2(t) odpowiedzią jest α1y1(t)+α2y2(t).
W telekomunikacji przykładami układów liniowych są
filtry i kanały telekomunikacyjne
Filtr
jest układem częstotliwościowo selektywnym.
Kanałem telekomunikacyjnym
nazywamy wszystkie urządzenia transmisyjne
łączące nadajnik z odbiornikiem.
Naszym zadaniem jest zbadanie efektów wynikającychz transmisji sygnałów przez filtry liniowe i kanały telekomunikacyjne. Analizę można przeprowadzić na dwa sposoby: 1. analiza czasowa 2. analiza częstotliwościowa
Analiza czasowa
System liniowy opisuje się w dziedzinie czasu za pomocą
odpowiedzi impulsowej,
która jest zdefiniowana jako odpowiedź układu o zerowych warunkach początkowych na jednostkowyimpuls w postaci funkcji δ(t), przyłożony do wejścia
układu.
System jest stacjonarny, jeżeli kształt jego odpowiedziimpulsowej nie zależy od chwili przyłożenia impulsu δ(t)
na jego wejście.
Dla systemu stacjonarnego możemy przyjąć, że impuls δ(t) jest przyłożony na wejście w chwili t=0.
Niech h(t) będzie odpowiedzią układu na impuls δ(t)
δ(t) h(t)
Określić odpowiedź układu na wymuszenie x(t).
Oznaczymy odpowiedź układu przez y(t).
x(t) y(t)
t
x(t)
τk τ
x(τk)
Traktując x(τ)τ jako impuls jednostkowy δ(t) z wagą x(τ)τ otrzymujemy odpowiedź układ liniowego w postaci: h(t-τk) x(τk)τ, a sumując po wszystkich kmamy:
Nk
1kkk
Nthxlimty
W granicy otrzymujemy:
t
0
dxthty
Odpowiedź y(t) układu liniowego stacjonarnego, którego
odpowiedź na impuls δ(t) jest h(t) na dowolne wymuszenie
x(t) wyraża się całką splotową.
System nazywamy przyczynowym, jeżeli odpowiedź nie
pojawia się, dopóki nie zostanie przyłożone pobudzenie.
Warunkiem koniecznym i wystarczającym,
aby system był przyczynowy jest aby
h(t)=0 dla t<0.
Warunkiem aby system działający w czasie rzeczywistymbył realizowalny fizycznie, to musi być systemem
przyczynowym.
System nazywamy stabilnym, jeżeli sygnał wyjściowy
jest ograniczony dla wszystkich ograniczonych
sygnałów wejściowych.
Jest to tzw. kryterium stabilności wejście - wyjście
skrótowo system jest oznaczany BIBO
bounded input – bounded output
Warunkiem koniecznym i dostatecznym aby systembył stabilny jest:
Niech sygnał wejściowy x(t) będzie ograniczony, czyli
|x(t)|≤M
gdzie M – dodatnia liczba rzeczywista.
wtedy z t
0
dxthty wynika
t
0
t
0
t
0
dhMdxthdxthty
Pamiętając, że h(t)=0 dla t<0 i x(t)=0 dla t<0 możemy
całkę spoltową zapisać w postaci:
i stosując transformatę Fouriera
mamy: Y()=H()X()
a więc aby odpowiedź y(t) była ograniczona musi
zachodzić:
dtth
Analiza częstotliwościowa
t
0
dxthty
dxthty
H() nazywamy transmitancją częstotliwościową lub
charakterystyką częstotliwościową systemu.
Zapisując H()=|H()|ej()
nazywamy |H()| - charakterystyką amplitudową systemu () - charakteryską fazową systemu.
Często stosuje się lnH()=α()+j(),
gdzie α()=ln|H()| jest nazywane wzmocnieniem układu
i jest mierzone w neperach [Np]
Często wzmocnienie układu mierzy się w decybelach
α’()=20log|H()| [dB]
Hln69.8Hlog20
Hln4343.0HlnelogHlog
elog
HlogHln
a więc: 1Np=8.69dB
Pasmo układu jest definiowane jako 3dB pasmo
wzmocnienia układu
Modulacja ciągła
Zadaniem systemu telekomunikacyjnego jest przesłanie
sygnału informacyjnego
Sygnał informacyjny jest nazywany sygnałem w
pasmie podstawowym
Pasmo podstawowe określa zakres częstotliwości w jakim leży sygnał dostarczony przez źródło informacji
Dla prawidłowego wykorzystania kanału informacyjnegokoniecznym jest przesunięci pasma podstawowego w inny
zakres częstotliwości dogodny do transmisji sygnału
Przesunięcie zakresu częstotliwości sygnału jest
realizowane za pomocą modulacji
Modulacją nazywamy proces, w którym pewien
parametr fali nośnej jest zmieniany zgodnie z sygnałem
informacyjnym (falą modulującą)
Najczęściej jako falę nośną stosuje się przebiegsinusoidalny i w tym przypadku modulację nazywamy
modulacją ciągłą
W zależności od zmienianego parametru fali nośnejAsin
mówimy o:
Asin
1. zmianie ulega amplituda A i mówimy o modulacji
amplitudy,
2. zmianie ulega kąt i mówimy o modulacji kąta.
Dla fali sinusoidalnej mamy: =2πft+αmożemy zmieniać albo częstotliwość f –modulacja
częstotliwości albo zmieniać kąt fazowy α – modulacjafazy.
Modulacja amplitudy
Fala nośna – c(t)=Accos(2πfct)
Ac – amplituda fali nośnejfc - częstotliwość fali nośnej
Sygnał modulujący – m(t)
Źródła sygnałów c(t) i m(t) są fizycznie niezależne
Fala zmodulowana amplitudowo ma postać:
tf2costmk1Ats cac
ka – jest nazywane czułością amplitudową modulatora
0 0.002 0.004 0.0062
0
2
m t( )
t
0 0.002 0.004 0.00620
0
20
s t( )
tModulacja przy warunku |kam(t)|<1 dla wszystkich t
0 0.002 0.004 0.00650
0
50
s t( )
t
|kam(t)|>1 fala nośna przemodulowana
zmiana fazy
Niech W – oznacza największą częstotliwość sygnałumodulującego m(t).
W jest nazywane szerokością pasma sygnału informacyjnego
Koniecznym jest spełnienie warunku:
fc>>W
Transformata Fouriera fali zmodulowanej amplitudowo
tf2costmk1Ats cac
ma postać:
ccca
ccc ffMffM
2
Akffff
2
AfS
gdzie M(f)↔m(t)
f
M(f)
-W W
-fc fc-fc-W -fc+W fc-W fc+W
0.5Acδ(f+fc) 0.5Acδ(f-fc)
dolna wstęgaboczna
górna wstęgaboczna
dolna wstęgaboczna
górna wstęgaboczna
Szerokość pasma transmisji BT=2W
Przykład modulatora
Modulator przełączajacy
m(t)
c(t)=Accos(2πfct)
u1(t) u2(t)R1
Przyjmujemy diodęidealną o rezystancji
w kierunku przewodzeniaRd i dobieramy R1>>Rd
wtedy:
tmtf2cosAtu cc1
u1
u2
π/4
tmtf2cosAtu cc1
Jeżeli |m(t)|<<Ac, to napięcie u2(t) opisuje zależność:
0tcdla0
0tcdlatutu 1
2
co można krótko zapisać:
tgtmtf2cosAtu cc2
gdzie funkcja g(t) reprezentuje falę prostokątną o okresie Tc=1/fc i połówkowym współczynniku wypełnienia
0 0.002 0.004 0.0061
0
1
c t( )
t
c(t)
g(t)
Tc
Szereg Fouriera funkcji g(t) jest:
1n
c1n
1n2
1n2tf2cos1221
tg
i podstawiając mamy:
1n
c1n
cc2 1n21n2tf2cos12
21
tmtf2cosAtu
Składnik: tf2costmA4
12
Ac
c
c
reprezentuje pożądany zmodulowany amplitudowosygnał
reszta:
2nc
1n
cc 1n2tf2cos1n2
1tmtf2cosA
2tm
zawiera w widmie funkcje δ[(fc -2nfc)], gdzie n=1,2,...
i δ(0). Eliminujemy te częstotliwości za pomocą
filtru środkowoprzepustowego o częstotliwości
środkowej fc i szerokości 2W.
Demodulacja
Prosty demodulator zwany detektorem obwiedni
s(t)
Rs
C
R uwyj(t)
Sygnał zmodulowany amplitudowo
u(t)=Um[1+msin(0t)]sin(t)
uwyj(t)
Zalety, ograniczenia i modyfikacje modulacji amplitudy
1. Modulacja amplitudy jest nieekonomiczna ze względu na moc. Strata mocy przy przesyle fali nośnej
2. Modulacja amplitudy jest nieekonomiczna ze względu na szerokość pasma. Wstęgi boczne górna i dolna są ze sobą związane symetryczne względem nośnej, co oznacza, że wystarczy znajomość tylko jednej wstęgi co pozwoliło- by ograniczyć szerokość kanału do W.
Stosuje się trzy modyfikacje modulacji amplitudy:
1. Modulacja dwuwstęgowa ze stłumioną falą nośną
DSB-S.C.
2. Modulacja z częściowo stłumioną wstęgą boczną
VSB
3. Modulacja jednowstęgowa
DCB-SC