INOVACE A PODPORA VÝ UKY DIGITÁ LNÍCH MODULACÍ

Ú STAV TELEKOMUNIKACÍ

INOVACE A PODPORA VÝ UKY DIGITÁ LNÍ CH MODULACÍ Té matický okruh F1

Závě reč názpráva o řešenígrantové ho projektu č. 1816 Fondu rozvoje vysoký ch škol v roce 2002

Ř ešitel: Prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc. Ú stav telekomunikacíFEKT VUT v Brně

BRNO 2002

PDF byl vytvořen zkušebníverzíFinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz

OBSAH 1 Ú vod - hlavníúkoly projektu v roce 2002 a složenířešitelské ho kolektivu ................ 2 2 Postup řešenírozvojové ho projektu............................................................................. 3 3 Vý sledky řešenírozvojové ho projektu......................................................................... 4 Vybudováníobsahu předmětu ................................................................................... 4 Vybudovánílaboratornía počí tačové vý uky ............................................................. 4 Zabezpečeníobsahu teoretické a praktické vý uky..................................................... 4 Zabezpečenívý uky učební mi fondy a pomůckami.................................................... 4 Zabezpečenívý uky pří strojovou a vý početnítechnikou a elektromateriálem........... 4 Zabezpečenívý uky legální m programový m vybavení m ........................................... 5 4 Seznam vý stupů a publikacív rámci řešenírozvojové ho projektu................................ 5 5 Shrnutínejdůležitější ch vý sledků řešenírozvojové ho projektu .................................... 6

PŘ ÍLOHA 1 Sylaby předmětů – přednášky a numerická cvičení . .................................. 7 PŘ ÍLOHA 2 Sylaby předmětů – laboratorníúlohy. ........................................................ 9 PŘ ÍLOHA 3 Přehled dosud vyvinutý ch a realizovaný ch modulární ch pří pravků......... 10 PŘ ÍLOHA 4 Nově vytvořené úlohy – laboratornínávody ............................................ 11 PŘ ÍLOHA 5 Přehled roční kový ch a diplomový ch pracísouvisejí cí ch s projektem ..... 16 Zdů vodně ní hospodaření s prostředky Fondu rozvoje VŠ za rok 2002 ............................ 17

-1-


1 Ú vod - hlavníú koly projektu v roce 2002 a slož enířešitelské ho kolektivu Digitální modulace v základní m a zejmé na v přeložené m pásmu dnes patří k nejdůležitější m technikám moderníkomunikace a přenosu dat. V současnosti jsou pro obor EST (Elektronika a sdělovacítechnika) na FEKT VUT v Brně vyučovány v 1. roční ku 2. stupně v předmětu TSD (Teorie sdělováni a přenosu dat). Tento předmět navazuje na předmět SYPSI (Systé my, procesy a signály), v němž studenti zí skávajímj. základnípřehled o klasický ch modulací ch AM, FM a PM. V TSD je vyčleněn určitý prostor pro vý klad dnes již rovněž klasický ch modulacíPCM, DM a SDM a základní ch klí čovací ch technik ASK, FSK, PSK (BPSK, QPSK) a MQAM. Se zdokonalování m stávají cí ch a vý vojem nový ch principů modulacívšak tento prostor přestává bý t dostačují cí . Ukončené štěpenípůvodníFakulty elektrotechniky a informatiky (FEI) na dva samostatné subjekty (FEKT - Fakulta elektrický ch a komunikační ch technologií a FIT – Fakulta informační ch technologií ) s sebou přinášízcela radikálnípřestavbu všech studijní ch plánů bakalářské ho i magisterské ho studia. Předmět TSD, jehož vý uku dosud zabezpečujídva ústavy FEKT, zanikne, a s ní m i laboratornízázemína Ú stavu radioelektroniky, jehož kapacita bude využita k pokrytílaboratornívý uky jiný ch nově vzniklý ch předmětů. V plánech magisterské ho studia se objevil povinný předmět Teorie sdělování . Aktuální m úkolem je tedy kompletnívybudovánítohoto předmětu a úplné zabezpečenívý uky v nový ch podmí nkách fungováníškoly. Tento projekt vý znamnou měrou přispěl k naplňováníuvedený ch cí lů, k modernizaci učební ch osnov a k částečné mu finanční mu zabezpečeníté to modernizace. Základníú daje o projektu Název :

INOVACE A PODPORA VÝ UKY DIGITÁLNÍCH MODULACÍ

Ř ešitel :

Prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc.

Vysoká škola : Fakulta :

Vysoké učenítechnické v Brně Elektrotechniky a informatiky

Spoluřešitelé :

Prof. Ing. Kamil VRBA, CSc. Ing. Václav Zeman

Kód oboru : 2203,3325

Ú stav telekomunikacíFEKT VUT Ú stav telekomunikacíFEKT VUT Ú stav radioelektroniky FEKT VUT Ú stav telekomunikacíFEKT VUT Ú stav telekomunikacíFEKT VUT Ú stav telekomunikacíFEKT VUT

Tvůrčíspolupracovní ci : Ing. Viera Biolková Ing. Zoltán Nagy Doktorandi: Ing. Radim Čí ž Ing. Michal Olšák Studenti: Karel Mokrý Miloš Rojka Zdeněk Mikeska Antoní n Koukal David Lempera

Na řešeníprojektu se nepří mo podí leli dalšípracovní ci ústavu telekomunikací , zejmé na hospodářka ústavu paníLounková a technik pan Procházka. Do dí lčí ch pracína projektu se

-2-


formou dohod o provedenípráce zapojili pracovní ci kooperují cí ho pracoviště a někteří studenti a diplomanti v rámci řešenísvý ch semestrální ch projektů a diplomový ch prací . Doba řešení :

duben až prosinec 2002

Přidělené finančníprostředky na řešení : Investičníprostředky Neinvestičníprostředky

220 000 Kč 80 000Kč 140 000 Kč, z toho MP a stipendia 36 000 Kč

Cíle projektu Hlavní m cí lem řešeníje vybudovánípředmětu „Teorie sdělování “, a to s důrazem na současné a perspektivníkomunikačnítechniky. Konkré tně to znamená práci na následují cí ch úkolech: Vybudová ní obsahu předmě tu tak, aby optimálně navazoval na „signálové “ předměty v navrhovaný ch studijní ch plánech bakalářské ho studia a současně aby odrážel perspektivní trendy v modulační ch technikách. Vybudování laboratorní a poč ítač ové výuky, která by byla adekvátnínové mu obsahu předmětu. Zabezpeč ení obsahu teoretické a praktické výuky. Naplněníobsahu přednášek a vytvoření scé nářů praktické vý uky v návaznosti na přednášky. Zabezpeč ení výuky uč ebními fondy a pomů ckami. Vyřešeníotázky vý ukový ch fondů a pomůcek s přihlé dnutí m k neustálé mu vý voji v oboru. Podpora výuky přístrojovou a výpoč etní technikou a mě řicími přípravky. Hledání kompromisní ho řešenívzhledem k značný m finanční m nákladům, které by byly potřebné k finální mu zabezpečenívý uky. Zabezpeč ení výuky legálním programovým vybavením. Zabezpečení software umožňují cí ho simulaci komunikační ch systé mů a prováděnípodpůrný ch vědeckotechnický ch vý počtů.

2 Postup řešenírozvojové ho projektu Postup řešeníse odví jel od pří pravné fáze, v ní ž bylo třeba stanovit konečnou podobu cí lů předmětu, podrobné ho obsahu předmětu a vý uky ve všech jeho vý ukový ch formách. Důraz byl kladen zejmé na na didaktickou provázanost přednášek a forem praktické vý uky. První polovina roku 2002 byla řešiteli dále využita k ideové mu návrhu nový ch laboratorní ch úloh, k posouzení reálnosti zvládnutí jejich cí lů studenty v dané m čase, k posouzenífinanční náročnosti vý roby jednotlivý ch pří pravků a k stanovení priorit v inovaci pří strojové a vý početní techniky. Byl zahájen nákup potřebné techniky. Bylo rozhodnuto o formě vytvářený ch učební ch fondů a pomůcek a o nákupu literatury pro samostatné studium studentů. Druhá polovina a zejmé na poslednítřetina roku 2002 byla věnována návrhu potřebný ch funkční ch bloků, postupné realizaci experimentální ch vzorků a jejich testování . Následovala fáze sestavováníjednotlivý ch měřicí ch pracovišť a konkré tníměření . Poté proběhly nákupy elektronický ch součástek a materiálu a v dí lnách UTKO byla zahájena vý roba modulární ch pří pravků. Souběžně byly vypracovány nové laboratornínávody. Poznatky z technické ho

-3-


řešení problé mů praktické vý uky byly průběžně zpracovávány formou publikací a prezentovány na několika konferencí ch. Do druhé etapy řešeníbyli intenzí vně zapojeni studenti magisterské ho a studia a zejmé na doktorandi. Ing. Olšák byl zodpovědný za realizaci modulární ch pří pravků a podí lel se i na jejich návrhu. Tyto práce pokračujíi v současné době v rámci řešenídvou roční kový ch projektů spolupracují cí ch studentů. Dosud realizované práce budou po své m technické m a zejmé na didaktické m dokončenízařazeny do pravidelné vý uky v zimní m semestru pří ští ho akademické ho roku 2003/04.

3 Výsledky řešenírozvojové ho projektu Vybudová ní obsahu předmě tu. V Pří loze 1 jsou uvedeny inovované sylaby předmětu. Ze srovnáníse stávají cí mi sylaby vyplý vá, že jsou vynechány základníanalogové modulace s harmonickou a impulsnínosnou. Jejich vý klad je přesunut do předmětu „Systé my, procesy a signály“ v bakalářské m studiu. Tí m se uvolnil prostor pro modernídigitálnímodulace, modulace s ví ce nosný mi vlnami a ortogonálníkmitočtový multiplex OFDM. Vybudová ní laboratorní a poč ítač ové výuky. V Pří loze 2 je srovnánídosavadnía nové osnovy laboratornívý uky. Protože stávají cívý uku zajišťoval Ú stav radioelektroniky, jehož laboratorní kapacita však bude v budoucnu vázána vý ukou nově zřizované ho předmětu Radiové komunikace, znamenalo zajištěnípraktické vý uky nejnáročnějšíčást řešení . Z Pří lohy 2 vyplý vajídvě nové laboratorníúlohy. Ú loha č. 2 (PAM) je zařazena zejmé na z důvodu praktické ho procvičenívzorkovacípoučky a procesu vzorkováníjako jedné z fází řady digitální ch modulací . Ú loha č. 4 (BPSK) reprezentuje úvod do klí čovací ch technik. Z hlediska realizační ho jsou obě úlohy zabezpečeny modulární mi pří pravky, vyvinutý mi pro účely podpory samostatné práce studentů v laboratoři. Na tuto bázi plánujeme časem přejí tiu ostatní ch úloh. Podrobnosti viz bod „Podpora vý uky pří strojovou a vý početnítechnikou a měřicí mi pří pravky“. Zabezpeč ení obsahu teoretické a praktické výuky. Ze sylabů předmětu v pří loze 1 vyplý vajívelké obsahové změny v numerický ch cvičení ch. Dosáhli jsme vyššíprovázanosti přednášek, numerický ch cvičenía laboratornívý uky než tomu bylo dosud. Zabezpečení m dostatečné ho počtu laboratorní ch pracovišť jsme obešli známé problé my s tzv. „kolečkem“, kdy studenti byli nuceni měřit úlohy, které ještě nebyly odpřednášeny. Obsah numerický ch cvičeníjsme tak mohli částečně podří dit pří pravě na laboratorníexperimenty. Při tvorbě scé nářů praktické vý uky jsme se orientovali na kombinaci sestavování komunikační ch systé mů z jednoduchý ch dí lčí ch bloků, reálný ch měřenína těchto blocí ch a počí tačový ch simulací programem COMSIM s cí lem zvý šení názornosti vý uky a umožnění lepší ho pochopenífunkce komunikační ch systé mů. Zabezpeč ení výuky uč ebními fondy a pomů ckami. Z prostředků FRVŠ jsme do knihovny Ú stavu Telekomunikacízakoupili pro potřeby studentů 25 kusů monografie ŽALUD,V.: Moderní radioelektronika. K nový m laboratorní m úlohám jsou vypracovány návody v elektronické i tištěné formě (viz Pří loha 4). Podpora výuky přístrojovou a výpoč etní technikou a mě řicími přípravky. V maximální mí ře jsme využili stávají cípří strojovou a vý početnítechniku ústavu. Z prostředků fakulty jsme poří dili stávají cíimpedančnía obvodový analyzátor HP o měřicípří slušenstvípro jeho lepšívyužitív laboratornívý uce. Z investiční ch prostředků projektu, které byly plánovány k nákupu 1 kusu „Arbitrary“ generátoru HP 331120A, se nám nakonec s využití m pří znivé ho -4-


kurzu dolaru a při zí skáníslevy od dodavatele a pří spěvku školy podařilo zakoupit dva kusy. Navrhli jsme a vyrobili sadu modulární ch pří pravků pro realizaci modulací(viz Pří loha 3). Vzhledem k množství pří pravků představovala částka na nákup jednotlivý ch součástek značnou část neinvestiční ch vý dajů. Drahá a dosud nedostupná zaří zenípro generovánía monitorování speciální ch digitální ch modulací nahrazujeme simulacemi v programu COMSIM, který jsme zakoupili z jiné ho projektu FRVŠ. Dále jsme zabezpečili upgrade stávají cívý početnítechniky pro vý uku sdružení m financíz několika zdrojů mimo FRVŠ. Zabezpeč ení výuky legálním programovým vybavením. Upgrade MATLABu jsme provedli ze zdrojů fakulty. Kromě již zmí něné ho programu COMSIM využí váme k simulací m legálnílicenci programu MicroCap VII.

4 Seznam výstupů projektu

a publikací v rámci řešení rozvojové ho

Ř ešeníprojektu dalo podnět k vzniku několika publikací , které jsou uvedeny v závěru té to zprávy. Publikace se tý kaly zejmé na našich postupů při tvorbě prostředků pro praktickou vý uku. Poměrně složitý m problé mem byly napří klad přeladitelné eliptické filtry vyšší ch řádů, který ch bylo třeba použí t v řetězcí ch modulacíPAM a BPSK. Publikace [1-4] se tý kají nový ch prostředků pro návrh linearizovaný ch funkční ch bloků. Článek [1] byl odpřednášen na mezinárodníkonferenci CSCC’02 na Kré tě a byl otištěn i v monoté matické knižnípublikaci [2]. Přepracovanou českou verzi jsme pro naši odbornou veřejnost zpří stupnili v Internetovské m časopise Elektrorevue [3]. Nejnovější vý sledky byly prezentovány na pedagogické konferenci STO8 [4]. Publikace [5-7] popisujíproblé my spojené s realizační etapou, tj. otázky synté zy bloků s využití m moderní ch aktivní ch prvků. Pro širokou akademickou a odbornou veřejnost jsou vý sledky řešeníprojektu k dispozici na Internetovské adrese http://www.vabo.cz/stranky/biolek [1] BIOLEK,D.-BIOLKOVÁ ,V.: Flow Graphs for Analysis (not only) Current-Mode Analogue Blocks. CSCC2002, Crete, Greece, 2002. ISBN 960-8052-64-5 (CD). [2] BIOLEK,D.-BIOLKOVÁ ,V.: Flow Graphs for Analysis (not only) Current-Mode Analogue Blocks. Contribution to the book "Recent Advances in Circuits, Systems and Signal Processing", WSES Press, Electrical and Computer Engineering Series, 2002. Editors N. E. MASTORAKIS and G. ANTONIOU, pp. 151-156. ISBN 960-8052-64-5. [3] BIOLEK,D.: Grafy signálový ch toků pro analý zu obvodů (nejen) v proudové m módu. Elektrorevue, 2002/31 - 18.7.2002. [4] BIOLEK,D.-BIOLKOVÁ ,V. Modifikované M-C grafy (Modified M-C Graphs). In Proceedings of the 8th National Seminary on Circuit Theory STO-8. Brno 2002. [5] BIOLEK,D.-ČAJKA, J.-VRBA, K.-ZEMAN, V.: Nth-order allpass filters using current conveyors. Journal of Electrical Engineering, Vol. 53, 2002, No. 1-2, pp. 50-53, ISSN 1335-3632. [6] BIOLEK, D.-ČAJKA, J.-VRBA, K.: Current-mode universal biquad. IEEE ICCDCS 2002 (International Caracas Conference on Devices, Circuits and Systems) Aruba, Venezuela, 2002, pp. T023-1-3, ISBN 0-7803-7381-2. [7] ČAJKA, J.-VRBA, K.-OLŠÁ K, M.: Filters for two modes. Proc. Int. Conf. TSP 2002 (Telecommunications and Signal Processing), VUT Brno, 2002, pp. 94-97, ISBN 80-2142172-X.

-5-


5 Shrnutínejdů lež itě jších výsledků řešenírozvojové ho projektu Hlavní m cí lem řešeníbyla inovace koncepce vý uky předmětu Teorie sdělování , která je vyvolána kompletní přestavbou studijní ch plánů v souvislosti s rozštěpení m původní fakulty FEI na dva samostatné subjekty. Rozpočet projektu byl sestaven tak, aby po sdružení s prostředky řešitelský ch pracovišť umožnil vý robu nový ch laboratorní ch pří pravků a didaktický ch náplní pro praktickou vý uku, napomohl inovaci pří strojové ho parku s tí m spojenou, a umožnil řešitelům prezentaci vý sledků v zahraničí . Ř ešitelé provedli pří slušnou přestavbu osnovy předmětu (viz Pří loha 1) tak, aby odrážela potřebu vý uky moderní ch digitální ch modulací . Zlepšili návaznost jednotlivý ch forem vý uky – přednášek, numerický ch a laboratorní ch cvičení . Vyvinuli a realizovali modulárnílaboratornípří pravky k sestavováníjednotlivý ch laboratorní ch úloh. Zabezpečili potřebné didaktické náplně (přednášky v pí semné formě, laboratorní návody, knihy) a materiálnípodmí nky inovacípří strojové a vý početnítechniky. Kladem projektu je m.j. zapojenístudentů do jeho řešeníformou roční kový ch projektů (viz Pří loha 5) a doktorandů, kteříse rozhodují címěrou podí leli na vý voji a realizaci modulární ch pří pravků (viz Pří lohy 3 a 4). Inovovaná koncepce praktické vý uky rozví jítvůrčí činnost studentů ve většímí ře než koncepce původní , neboťklade většídůraz na samostatnou práci (studenti jednotlivá zapojenívytvářejí , dří ve pracovali s kompaktní mi pří pravky). Způsoby a vý sledky řešeníbyly v odpoví dají címí ře prezentovány na konferencí ch v zahraničí(technická stránka – funkčníbloky pro laboratornívý uku atd.) a na konferenci STO v Brně (pedagogické aspekty). Tyto prezentace byly hrazeny částečně z prostředků FRVŠ. Některé vý sledky řešenímohou bý t inspirativnípro inovace praktický ch forem vý uky další ch technický ch předmětů nejen na VUT, ale i na další ch školách v ČR. Tyto inovace jsou pokračují cí m procesem, který byl vý znamně posí len právě řešení m tohoto projektu.

-6-


Příloha 1: SYLABY PŘ EDMĚTŮ – přednášky a numerická cvič ení Stávajícípředmě t Teorie sdě lovánía přenosu dat tý den hodin přednášky (P) 1-2 6 Sdělovacísignály analogové a čí slicové . Sdělovacísoustava. Parametry sdělovací ch soustav. 2

3-4

5-6

7-8

9-10

11-12

13-14

numerická cvičení(NC)

Základnípojmy. Přenosová a modulačnírychlost. Datové signály v základní m pásmu a jejich spektra.

6 Modulace s harmonický m nosný m signálem I. AM 2 6 Modulace s harmonický m nosný m signálem II. FM, PM. 2

Amplitudová modulace. DSB-SC, SSB. Časové průběhy, spektra, vý kony.

Kmitočtová a fázová modulace. Časové průběhy, spektra, vý kony.

6 Klí čováníASK, FSK, PSK, modulace MQAM. 2 Amplitudové , kmitočtové a fázové klí čování . 6 Impulsové modulace. Čí slicové vyjádřeníanalogový ch signálů I. PCM. Lineárnímodulace delta. 2 Písemka (15 bodů). Analogové impulzové modulace. 6 Čí slicové vyjádřeníanalogový ch signálů II. Delta-sigma modulace. Signály mnohocestný ch soustav. 2 Kvantování , kvantizačníšum, PCM, modulace delta. 6 Problé my přenosu čí slicový ch signálů. Přizpůsobený filtr. 2 Přizpůsobený filtr.

-7-


Navrhovaný předmě t Teorie sdě lování tý den hodin 1-2

3-4

5-6

7-8

9-10

11-12

13

přednášky (P)

6 Základnípojmy teorie sdělovánía přenosu dat. Sdělovací systé my, základnípojmy se zaměření m na digitální modulace. Klasifikace modulační ch technik. 2

numerická cvičení (NC)

Přenosová a modulační rychlost. Signály a jejich spektra.

6 Diskré tníkódované modulace v základní m pásmu. Šumové poměry. Formáty signálů pro reprezentaci digitální ch dat. Intersymbolové interference (ISI) a jejich potlačování . 2 PCM, DPCM, DM. 6 Nyquistovo krité rium pro nulové ISI. Filtrace digitální ch dat. Přizpůsobená filtrace a korelačníkódování . Duobinární kódování . Diskré tnímodulace s nosný mi vlnami dvojstavové a ví cestavové – klasifikace. Hlavníparametry modulovaný ch signálů. 2 Formáty dig. dat, vlastnosti v čase a ve spektru. 6 Geometrická reprezentace modulovaný ch signálů. Hlavní skupiny digitální ch modulací . Modulace BFSK, BPSK, DBPSK. 2 ASK, BFSK, DPSK. 6 Modulace MPSK, QPSK, D-QPSK, O-QPSK, p/4 – QPSK. Modulace CPM (CPFSK, MSK, GMSK). Modulace MQAM. 2 Písemka (15 bodů). Klí čovací techniky I. 6 Modulačníformáty s ví ce nosný mi vlnami MCM, ortogonálníkmitočtový multiplex OFDM. Techniky obnovy referenčnínosné vlny a časovánísymbolů u digitální ch modulací . 2 Klí čovacítechniky II. 3 Techniky zobrazovánísignálů diskré tní ch modulací : vektorové a konstelačnídiagramy, diagram oka. Porovnání jednotlivý ch modulací .

-8-


Příloha 2: SYLABY PŘ EDMĚTŮ – laboratorníú lohy Stávajícípředmě t Teorie sdě lovánía přenosu dat Ú loha č. 1: Spektra modulovaný ch signálů. (modulace AM, FM) Ú loha č. 2: Čtyřstavové fázové klí čování(QPSK). (modulace a demodulace, měřeníchybovosti za pří tomnosti šumu) Ú loha č. 3: Přizpůsobený filtr. (měřenína čí slicové m souhlasné m filtru, vliv komparačníúrovně na chybovost). Ú loha č. 4: Kódovánídat pro přenos. (měřenípřenosový ch soustav využí vají cí ch formátů NRZ, RZ, Manchester, bipolárníRZ a AMI). Ú loha č. 5: Datová komunikace pomocímodemu. (AT pří kazy, přenos textu mezi počí tači, přenos ASCII a binární ho souboru).

Navrhovaný předmě t Teorie sdě lování(silně jsou vyznač eny nové ú lohy) Ú loha č. 1: Přenos dat v základní m pásmu. (úloha č. 4 z původníkoncepce) Ú loha č . 2: Modulace PAM. (modulace a demodulace, experimentálníověřenívzorkovací ho teoré mu) Ú loha č. 3: Čtyřstavové fázové klí čování(QPSK). (úloha č. 2 z původníkoncepce) Ú loha č . 4: Modulace BPSK. (modulace a demodulace, experimentálníověřeníminimálníší řky pásma) Ú loha č. 5: Datová komunikace pomocímodemu. (úloha č. 5 z původníkoncepce).

I. II. III.

Zdů vodně ní Klasické modulace AM a FM se budou vyučovat v předmětu SYPSI. Přizpůsobená filtrace je již začleněna do úlohy „Přenos dat v základní m pásmu“. Namí sto těchto dvou úloh jsou začleněny úlohy ověřují cíNyquistův teoré m a základy klí čovací ch technik. Koncepce přípravků

Pří pravky pro úlohy č. 2 a 4 jsou koncipovány na bázi základní ch modulů, z nichž studenti budou sestavovat jednotlivé měřicířetězce. V budoucnu budou vyvinuty dalšípří pravky tak, aby se mohly modulární m způsobem měřit i úlohy č. 1 a 3.

-9-


Příloha 3: Přehled dosud vyvinutých a realizovaných modulárních přípravků Přípravek č . 1: Zesilovač a posouvač ú rovně . Určeno pro úlohu „PAM“. Elektrické parametry: 1 analogový vstup, úrovně – 5V až +5V, kmitočet 0-100kHz, vstupníodpor >1MΩ. 1 analogový vý stup, vý stupníúrovně – 10V až +10V, vý stupníodpor <1Ω. Vstupně-vý stupnífunkce: napěťový přenos regulovatelný jední m ovládací m prvkem od 0 do 5, stejnosměrný posuv vý stupní ho signálu regulovatelný od – 5V do +5V. Přípravek č . 2: Modulátor PAM. Určeno pro úlohu „PAM“. Elektrické parametry: 1 analogový vstup, úrovně – 5V až +5V, kmitočet 0-100kHz, vstupníodpor >1MΩ. 1 ří dicívstup pro vzorkování , max. kmitočet 10MHz, úrovně TTL. 1 analogový vý stup, vý stupníúrovně – 10V až +10V, vý stupníodpor <1Ω. Vstupně-vý stupnífunkce: napěťový přenos 0 nebo 1 v závislosti na stavu ří dicí ho vstupu. Přípravek č . 3: Dolní propust s nastavitelným lomovým kmitoč tem. Určeno pro úlohy „PAM“a BPSK. Elektrické parametry: 1 analogový vstup, úrovně – 5V až +5V, kmitočet 0-100kHz, vstupníodpor >1MΩ. 1 analogový vý stup, vý stupníúrovně – 10V až +10V, vý stupníodpor <1Ω. Vstupně-vý stupnífunkce: dolnípropust, kmitočtová charakteristika typu „Cauer“, 8. řád, zvlněnív propustné m pásmu 1dB, útlum v nepropustné m pásmu > 40dB, mezníkmitočet přepí natelný v hodnotách (0.5, 1, 5, 10) kHz. Přípravek č . 4: Pásmovápropust. Určeno pro úlohu „BPSK“. Elektrické parametry: 1 analogový vstup, úrovně – 5V až +5V, kmitočet 0-100kHz, vstupníodpor >1MΩ. 1 analogový vý stup, vý stupníúrovně – 10V až +10V, vý stupníodpor <1Ω. Vstupně-vý stupnífunkce: pásmová propust, kmitočtová charakteristika typu „Butterworth“, 6. řád, propustné pásmo od 9kHz do 11kHz při poklesu přenosu o 1dB, útlum > 40dB pro kmitočty pod 5kHZ a nad 20kHz. Přípravek č . 5: Střídač . Určeno pro úlohu „BPSK“. Elektrické parametry: 1 analogový vstup, úrovně – 5V až +5V, kmitočet 0-100kHz, vstupníodpor >1MΩ. 1 ří dicívstup pro vzorkování , max. kmitočet 10MHz, úrovně TTL. 1 ří dicívstup pro vzorkování , max. kmitočet 10MHz, obecný časový průběh ří dicí ho signálu. 1 analogový vý stup, vý stupníúrovně – 10V až +10V, vý stupníodpor <1Ω. Vstupně-vý stupnífunkce: napěťový přenos +1 nebo -1 v závislosti na stavu použí vané ho ří dicí ho vstupu.

- 10 -


Příloha 4: Laboratornínávody pro nové ú lohy PAM - Laboratorní cvič ení č . 2 • • •

Příprava v pracovních sešitech musí obsahovat: Toto zadá ní. Ná črt amplitudové ho spektra signá lu PAM pro obdé lníkovou nosnou o kmitočtu 10kHz a střídě 1:1 a harmonický řídicí signá l o kmitočtu 1kHz, hloubka modulace 0,5. Ná črt té hož pro případ a harmonické ho řídicího signá lu o kmitočtu 15kHz.

Cíle mě ření: Prakticky ověřit princip generovánía demodulace signálu PAM (Pulse Amplitude Modulation - amplitudová impulsová modulace), ověřit mechanismus rozší řeníspektra signálu efektem vzorkování , předběžně ukázat na problé my čí slicové ho zpracovánísignálů spojené s aliasingem. Zadání: 1. Pomocídvou generátorů G1 a G2, čí tače C a bloků úpravy signálu a vzorkovánísestavte modulátor PAM (viz obr.). 2. Modulátor uveďte do chodu správný m nastavení m parametrů dí lčí ch bloků. 3. Pří mo k vý stupu modulátoru PAM připojte demodulačnídolnípropust a ověřte funkci demodulátoru. 4. Ověřte vliv stří dy obdé lní kové nosné na funkci modulátoru a demodulátoru. 5. Body 2 a 3 zopakujte pro trojúhelní kovitý a obdé lní kovitý modulačnísignál z generátoru G2. 6. Body 2 a 3 zopakujte pro harmonický modulačnísignál z generátoru G2, jehož kmitočet budete postupně zvyšovat až nad hranici 5kHz. Pozorované efekty vyhodnoťte v časové oblasti i ve spektru.

OUT

10kHz

G1 CONT

MODULÁ TOR A

+5V

C 1:10

DEMODULÁ TOR

TTL

fn

-5V zesílení0-5

REF IN OUT

G2 PLL

1kHz

DP

Σ

blok úpravy signá lu

blok vzorková ní

- 11 -


Pokyny k zadání: Ad 1. G1 může bý t libovolný impulsnígenerátor poskytují cíkladné impulsy o vý šce cca 5V, s nastavitelnou stří dou, o kmitočtu 10kHz. G2 je funkční generátor TR-0465 umožňují círežim fázové ho závěsu (PLL). Čí tač C je typu BM641 v režimu děliče kmitočtu 1:10. „Blok úpravy signálu“, „blok vzorkování “ a „DP“ jsou modulární pří pravky. Ú kolem „bloku úpravy signálu“ je nastavení potřebné velikosti a stejnosměrné ho posunutí modulační ho signálu z G2 (a tí m nastavení hloubky modulace PAM). „Blok vzorkování “ spojuje svůj vý stup stří davě se vstupem a zemí podle toho, zda signál připojený na pomocný vstup TTL má úroveň logické 1 nebo 0. „DP“ je dolnípropust s přepí natelný m mezní m kmitočtem po skocí ch (0.5, 1, 5, 10)kHz. Nejprve sestavte modulátor PAM podle obrázku. Signál z G1 přiveďte na vstup A čí tače, vý stup čí tače (kmitočtově vydělené značky) vyveďte z jeho zadního panelu z konektoru fn a zapojte do konektoru REF IN generátoru G2 (ří dicívstup v režimu PLL). Generátor G2 přepněte do režimu PLL (stlačte tlačí tko PLL na přední m panelu ve skupině MODE). Vyberte funkčnítlačí tko pro harmonický vý stupnísignál (vpravo nahoře). Daný signál vyveďte z konektoru OUT na vstup bloku úpravy signálu. Ověřte, že na panelu G2 nejsou zamáčklá tlačí tka SYM ani OFFSET. Ovládací prvek AMPLITUDE vytočte do levé krajnípolohy a rozsah napětípřepněte na 3V. Kmitočet na G2 navolte na 1kHz, na G1 10kHz. Ad 2. Hlavníkanál osciloskopu připojte na generátor G1. Připojte ke zdrojům modulární pří pravky a zapněte G1, G2 a C. Kmitočet napětíG1 nastavte na 10kHz, úroveň napětí asi na 5V. Čí tač nastavte do režimu nTA (děleníkmitočtu) , dělicípoměr n=10 a hradlování∞ (kruhový ovládacíprvek do levé ho dorazu). Nyníz důvodů dokonalejší synchronizace zobrazenípřepojte signál z G1 na vedlejšíkanál osciloskopu a na hlavní kanál přiveďte signál z vý stupu G2. Ovládací m prvkem AMPLITUDE na G2 nastavte amplitudu napětíasi na 1V. Přesvědčete se o tom, že na panelu G2 sví tíkontrolka LOCK, že signál z G2 má 10x menšíkmitočet než obdé lní kové napětíz G1 a že ovládací m prvkem PHASE na panelu G2 lze nastavovat posunutímezi oběma signály. Nyníodpojte z vedlejší ho kanálu osciloskopu G1 a přiveďte sem napětíz vý stupu bloku úpravy signálu. Vyzkoušejte si funkci ovládací ch prvků pro ří zenízesí lenía posuv signálu. Nastavte stejnosměrnou úroveň na 2V a amplitudu stří davé složky na 1V. Nakonec na vedlejšíkanál osciloskopu připojte vý stup bloku vzorkování . Zobrazíse signál PAM. Ad 3. Signál PAM přiveďte pří mo na demodulačnídolnípropust. Nalezněte a nastavte optimálnívelikost mezní ho kmitočtu DP. Porovnejte signál na vý stupu DP s původní m modulační m signálem z vý stupu G2. Snažte se porozumět funkci demodulátoru. Ad 4. Na panelu G1 zamáčkněte tlačí tko SYM ON. Následně sní ží me základníkmitočtový rozsah z 10kHz na 1kHz. Po té to operaci by měl opakovacíkmitočet zůstat na hodnotě 10kHz. Ovládací m prvkem SYM však nynímáme možnost ří dit ší řku generovaný ch impulsů. Sledujte a vyhodnoťte vliv ší řky impulsů na ostatnísignály v celé m řetězci, zejmé na na demodulovaný signál. Ad 5. Zde se soustřeďte na optimálnívolbu mezní ho kmitočtu demodulační ho filtru a na pochopenífunkce pomocíspektra signálu PAM.

- 12 -


Ad 6. Chceme-li kmitočet napětíG2 měnit nezávisle na signálu z G1, musí me G2 přepnout z režimu PLL do režimu CONT. Ztratí me tí m dosavadnívý hodu zasynchronizované ho obrázku modulované ho signálu. Mezní kmitočet demodulační dolní propusti nastavte na 5kHz. Na hlavníkanál osciloskopu přiveďte napětíz G2, na vedlejšíkanál napětíz vý stupu DP. Začneme od kmitočtu 1kHz na generátoru G2. Pohrajte si s nastavení m citlivosti a vertikální ho posuvu vedlejší ho kanálu osciloskopu tak, aby se obrazy obou signálů co nejví ce překrý valy (modulačnía demodulovaný signál si odpoví dají ). Pak postupně zvyšujte kmitočet na G2. Pokuste se přijí t na kloub záhadné mu chovánív blí zkosti kmitočtu cca 5kHz a zejmé na v kmitočtové m rozsahu nad 5kHz, kdy kmitočty obou signálů si již neodpoví dají . Poznámka: V pří padě dostupnosti spektrální ho analyzátoru zobrazujte a vyhodnocujte spektrum signálu PAM a demodulované ho signálu podle pokynů učitele. Povinné výstupy v pracovních sešitech: • • •

Použ ité přístroje, zá znam o průbě hu mě ření, ná črty, pozná mky, dedukce a zá vě ry. Č asové průbě hy signá lů G1, G2 a na vý stupech všech modulá rních bloků pro body zadá ní 3 a 5. Zhodnocení vý sledků podle zadá ní.

- 13 -


BPSK - Laboratorní cvič ení č . 4 • •

Příprava v pracovních sešitech musí obsahovat: Toto zadá ní. Ná črt amplitudové ho spektra signá lu BPSK pro nosnou o kmitočtu 10kHz a periodický datový signá l ..010101.. s dé lkou trvá ní signá lové ho prvku 0,5 ms.

Cíle mě ření: Prakticky ověřit princip generovánísignálu BPSK (Bipolar Phase Shift Keying - dvoustavové fázové klí čování ) a jeho demodulace v podmí nkách ideální ho i kmitočtově omezené ho sdělovací ho kanálu. Zadání: 1. Pomocídvou generátorů G1 a G2, čí tače C a stří dače S1 sestavte modulátor BPSK (viz obr.). 2. Modulátor uveďte do chodu správný m nastavení m parametrů dí lčí ch bloků. 3. Sestavte demodulátor BPSK pomocídalší ho stří dače S2 a dolnípropusti DP, připojte jej pří mo na vý stup modulátoru BPSK a ověřte jeho funkci. 4. Mezi modulátor a demodulátor vložte filtr simulují cí omezenou kmitočtovou charakteristiku přenosové ho kanálu. Studujte jeho vliv na procházejí císignál BPSK a na demodulačníproces. kaná l

DEMODULÁ TOR

MODULÁ TOR

S1

S2

BPSK TTL

nosná 10kHz

G1

OUT

CONT

A

DP

PP 9-11kHz ~ nosná

fn

PLL

C

OUT

G2

digit. data

PLL

1:10

1kHz

∆ϕ

1kHz

Pokyny k zadání: Ad 1. G1 může bý t libovolný generátor harmonické ho signálu 10kHz/cca 1V, G2 je funkční generátor TR-0465 umožňují círežim fázové ho závěsu (PLL). Čí tač C je typu BM641 v režimu děliče kmitočtu 1:10. Stří dače S1, S2 a filtry „kanál“ a „DP“ jsou modulární pří pravky. „Kanál“ je pásmová propust s propustný m pásmem od 9kHz do 11kHz, „DP“ je dolnípropust s přepí natelný m mezní m kmitočtem po skocí ch (0.5, 1, 5, 10)kHz. Pomocígenerátorů G1 a G2, čí tače C a stří dače S1 sestavte modulátor BPSK podle obrázku. Signál z G1 přiveďte na vstup A čí tače, vý stup čí tače (kmitočtově vydělené značky) vyveďte z jeho zadního panelu z konektoru fn a zapojte do konektoru REF

- 14 -


IN generátoru G2 (ří dicívstup v režimu PLL). Generátor G2 přepněte do režimu PLL (stlačte tlačí tko PLL ve skupině MODE na přední m panelu). Vyberte funkčnítlačí tko pro unipolárníobdé lní kový vý stupnísignál (vpravo nahoře). Daný signál vyveďte z konektoru OUT na vstup stří dače S1 označený TTL. Ověřte, že na panelu G2 nejsou zamáčklá tlačí tka SYM ON ani OFFSET. Ovládacíprvek AMPLITUDE vytočte do levé krajnípolohy a rozsah napětípřepněte na 30V. Kmitočet na G2 navolte na 1kHz, na G1 10kHz. Ad 2. Hlavníkanál osciloskopu připojte na generátor G1. Připojte ke zdrojům stří dač S1 a zapněte G1, G2 a C. Amplitudu napětíG1 nastavte asi na 1V. Čí tač nastavte do režimu nTA (děleníkmitočtu) , dělicípoměr n=10 a hradlování∞ (kruhový ovládacíprvek do levé ho dorazu). Nyníz důvodů dokonalejšísynchronizace zobrazenípřepojte signál z G1 na vedlejšíkanál osciloskopu a na hlavníkanál přiveďte signál z vý stupu G2. Ovládací m prvkem AMPLITUDE na G2 opatrně nastavte vý šku impulsů asi na 5V. Přesvědčete se o tom, že na panelu G2 sví tíkontrolka LOCK, že impulsy mají10x menšíkmitočet než harmonické napětíz G1 a že ovládací m prvkem PHASE na panelu G2 lze nastavovat posunutímezi oběma signály. Nakonec odpojte z vedlejší ho kanálu osciloskopu G1 a přiveďte sem napětíz vý stupu stří dače. Ovládací m prvkem PHASE na panelu G2 nastavte okamžiky skokové změny fáze nosné tak, aby se kryly s okamžiky průchodu nosné nulovou úrovní . Ad 3. Signál BPSK přiveďte pří mo na analogový vstup stří dače S2. Na vstup stří dače označený symbolem ~ bychom měli přivé st nosnou, obnovenou z přicházejí cí ho signálu BPSK. Pro jednoduchost sem přiveďte původnínosnou z G1. Vý stup stří dače filtrujte dolnípropustíDP. Zvolte optimálnívelikost mezní ho kmitočtu DP. Porovnejte signály na vý stupu S2 a DP s původní m datový m signálem z vý stupu G2. Snažte se porozumět funkci demodulátoru. Ad 4. Mezi modulátor a demodulátor vložte pásmovou propust s pásmem propustnosti 9kHz-11kHz. Srovnání m spektra BPSK (viz pří prava) s pásmem propustnosti PP vysvětlete zkreslení signálu BPSK po průchodu kanálem. Jaký to má vliv na demodulačníproces? Poznámka: V pří padě dostupnosti spektrální ho analyzátoru zobrazujte a vyhodnocujte spektrum signálu BPSK, vý stupní ho signálu stří dače S2 a demodulované ho signálu podle pokynů učitele. Povinné výstupy v pracovních sešitech: • • •

Použ ité přístroje, zá znam o průbě hu mě ření, ná črty, pozná mky, dedukce a zá vě ry. Č asové průbě hy datové ho signá lu, signá lu BPSK, signá lu na vý stupu přenosové ho kaná lu, signá lu na vý stupu střídače demodulá toru, a signá lu na vý stupu dolní propusti (pro datový signá l ..010101.. s dé lkou trvá ní signá lové ho prvku 0,5 ms). Zhodnocení vý sledků podle zadá ní.

- 15 -


Příloha 5. Přehled roč níkových a diplomových pracísouvisejících s řešeným projektem student Josef Klepetko Michal Jindřich David Petří k Miroslav Sedláček Ladislav Stevanka Zdeněk Mikeska David Lempera Karel Mokrý Jan Pospí šil Karel Černoch

typ projektu*) název projektu RP1 Analogová násobička EL4083 pro analogové zpracovánísignálu RP1 Analý za v digitální ch přenosový ch systé mech. RP1 Nové možnosti snižovánípřenosové rychlosti. RP1 SrovnánítechnologiíxDSL a hlediska pro jejich využití . RP1 Přenos dat pomocíGSM modemů. RP2 Komprimace přenosové rychlosti digitalizované ho signálu. RP2 Aktivnífiltry s proudový mi násobičkami. DP Přenosová mé dia pro technologie xDSL DP Laboratornímodemová sí ť DP Analý za rušivý ch vlivů pro ADSL technologii

*) RP1 .. roční kový projekt 1 RP2 .. roční kový projekt 2 DP diplomová práce

- 16 -


Zdů vodně níhospodařenís prostředky Fondu rozvoje VŠ za rok 2002 Ní že uvedená tabulka srovnává přidělené a čerpané prostředky. Prostředky z Fondu rozvoje VŠ (údaje v tisí cí ch Kč) Investič ní: Neinvestič ní: Celkem: Z toho: a) mzdy b) odměny řešitelům c) ostatníosobnínáklady d) sociálnía zdravotnípojištění e) knihy, učebnípomůcky f) drobný hmotný a nehmotný majetek g) materiál h) služby i) domácícestovné j) zahraničnícestovné k) stipendia l) ostatní

čerpané

přidělené 80 140 220

80 140 220

0 12 4 5 21 0 40 6 0 12 20 20

0 12 4 5 21 0 39 6 5 28 20 0

Zdů vodně ní změ n v čerpání položek nákladů oproti pů vodnímu rozpočtu projektu: Jediná většízměna spočí vá v přerozděleníčástek v položkách i), j) a l) (cestovné a ostatní ). Částka 20 tisí c Kč v položce „Ostatní “ byla původně plánována na uhrazenívložné ho na zahraničníkonferenci CSCC2002 na Kré tě. Z technický ch důvodů bylo nakonec vložné uhrazeno školou a uvedená částka byla použita k částečné úhradě cestovné ho. Vyčíslení nejvýznamně jších vkladů fakulty:

Generátor HP 331120A 2 ks (jeden s pří spěvkem FRVŠ) Počí tač 4 ks Upgrade MATLABu Elektronické součástky a materiál Knihy Ú hrada vložné ho a účasti na konferencí ch FEKT celkem

52.000 Kč 180.000 Kč 85 000 Kč 36.000 Kč 21.000 Kč 21.000 Kč 395.000 Kč

- 17 -


INOVACE A PODPORA VÝ UKY DIGITÁ LNÍCH MODULACÍ

Recommend Documents