Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores EEC3264 Telecomunicações I (TEC)

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1 EEC3264 Telecomunicações I (TEC) Exame Final Parte - duração: h (sem consulta) 7 de Julho de 23 ATENÇÃO: RESOLVER APENAS 5 das 6 questões. A função de transferência de um circuito usado num sistema de telecomunicações é a seguinte: H ( f ) = e 5 j 2πf. Calcule o seu ganho em db e o atraso em µs. Diga justificando se este dispositivo introduz distorção de amplitude ou frequência. 2 Descreva a modulação DSB-SC. Explique o funcionamento do esquema abaixo em que se usa um destes moduladores para realizar AM. Qual o valor da tensão contínua A que deve usar-se para garantir uma modulação AM com profundidade de modulação %. m(t)= sen2t (V) + Mod. DSB-SC AM A Osc. f c 3 Defina e diga qual a importância do conceito de frequência imagem nos receptores heterodinos. Mostre que a única forma de evitar os seus efeitos é o uso de um filtro RF apropriado, explicando a razão pela qual este é mais fácil de realizar quanto maior for a frequência intermédia do receptor. 4 Analisando um sinal de vídeo correspondente a uma determinada mira no osciloscópio, encontrouse: C A B E F G t T=64µs Sendo as imagens obtidas no vectorscópio (aparelho que visualisa subportadora de cor no espaço de fase) para as duas zonas com portadora de cor as seguintes: Zona E-F Zona F-G Compare a luminância e a crominância nas regiões E-F e F-G e descreva uma imagem cuja representação pudesse corresponder àqueles sinais. 5 Explique como se caracteriza a potência de ruído num determinado ponto de um circuito indicando a Temperatura de ruído. Como se define? Explique ainda o conceito de ganho em potência disponível e diga porque se utiliza no cálculo se sistemas de telecomunicações. 6 Os sinais para serem digitalizados sofrem uma operação de amostragem. Compare as amostragens de topo plano (PAM) e natural, quer do ponto de vista da sua aplicação quer do ponto de vista da facilidade de recuperação do espectro do sinal amostrado.

2 EEC3264 Telecomunicações a Chamada Duração: h (sem consulta) 4 de Julho de 23 Um emissor de FM éconstituído pelos blocos do diagrama representado a seguir. Está também indicada a densidade espectral de potência do sinal modulador. PSD de x(t) p x(t) x FM (t) f f k G A Legenda: k :constantedo P :potência do f :frequência central do P LO :potência do oscilador local G A : ganho em tensão P f P LO (a) Determine o desvio de frequência ( f) eoíndice de modulação (β) dosinalx FM (t) em função dos parâmetros indicados. (b) Desenhe o espectro de potências unilateral do sinal de saída do no intervalo f ± 2f. (c) Escreva a expressão que determina a potência do sinal x FM(t) na largura de banda ditada pela regra de Carson. 2 Considere o receptor AM apresentado na figura abaixo. Este receptor está projectado para desmodular sinais na banda 3 MHz e a informação transmitida é composta por sinais de voz com largura de banda 2 2 Hz. T i = T f, B L =db G A =db T A = T f 2, B 2 f 3, B 3 T i,t A : temperaturas de ruído f,f 2,f 3 :frequências centrais B,B 2,B 3 : larguras de banda L :atenuação, G A : ganho f LO :frequência do oscilador local Filtro Filtro 2 f LO :6 9MHz Detector de envolvente Filtro 3 (a) Indique, justificando, todas as larguras de banda e frequências centrais dos filtros passabanda presentes neste receptor (b) Projecte o circuito do detector de envolvente adequado às características do receptor sabendo que a impedância de entrada desse detector seja da ordem das unidades de kω. (c) Determine a relação S N (sinal densidade espectral de potência) à entrada do detector de envolvente sabendo que a potência do sinal àsaída da antena é S i = 8 dbm e que os componentes a jusante do amplificador não introduzem ruído. (d) Que melhoria se verificaria na relação S do sinal desmodulado se se adicionasse um amplificador igual ao apresentado, entre a antena e o primeiro N filtro?

3 EEC3264 Telecomunicações Parte de Simulação Duração: h (sem consulta) 7 de Julho 23 Nome completo: O diagrama de blocos Simulink apresentado em anexo pretende simular um sistema de comunicação usando modulação de frequência. O modulador é baseado num e o desmodulador é realizado com o auxílio de uma malha de captura de fase (PLL). O canal é do tipo AWGN.As condições de simulação do sistema são as seguintes: Frequência do sinal modulador: f m = Hz Amplitude do sinal modulador: A m =V Constante do modulador: k f =4 khz/v Potência da portadora: P =4V 2 Frequência da portadora: f c =khz Desvio máx. de frequência:: f = 2 khz Potência de ruído do canal: N =,5 V 2 Filtro da malha da PLL: Butterworth, a ordem, passa-baixo, frequência de corte:,2 khz Filtro de saída: Butterworth, 8 a ordem, passa-banda, freq. de central: 7 Hz, largura de banda: Hz Frequência de simulação: f s =5kHz Preencha todos os parâmetros dos blocos em falta cujas janelas de configuração são apresentadas em anexo. Após a simulação, os vector x_fm deve conter 4 amostras do sinal modulado em FM e o vector info deve conter todas as amostras do sinal modulador e do sinal desmodulado ocorridas durante a simulação. Apresente uma breve justificação para cada valor escolhido. 2 Escreva a sequência de comandos Matlab que permita gerar os coeficientes dos polinómios que constituem a função de transferênciadofiltrodamalha(num e den) e do filtro de saída (num2 e den2). Qual a expressão Matlab que permite representar a função de transferência do filtro da malha? 3 Na figura Matlab abaixo estão apresentados alguns resultados da simulação. Notas sobre os gráficos: ográfico de cima apresenta aos sinais modulador e desmodulado registados nos últimos 5 ms da simulação. O sinal desmodulado é apresentado a traço interrompido de cor verde. O gráfico da densidade espectral de potência corresponde ao sinal x_fm. O comprimento da FFT usda éde2. Escreva os comandos Malab que permitem executar esta figura. PSD (db).5.5 Sinal modulador e desmodulado t (ms) Densidade espectral de potência de x f m Frequency x 4 4 Que alterações deverá efectuar ao diagrama de blocos Simulink apresentado se se pretender simular o efeito de captura existentente nos sistemas FM. O efeito deve ser analisado na presença de dois emissores. Faça um esboço dessas alterações e indique os parâmetros que tiver de modificar ou os parâmetros dos novos blocos que necessitar incluir.

4 Nome completo: Random Number Sum To Workspace x_fm Product num(s) den(s) Loop filter num2(s) den2(s) Output filter Mux Mux Scope info To Workspace Loop filter Output filter To Workspace To Workspace Random Number

5 EEC3264 Telecomunicações 2 a Chamada Duração: h (sem consulta) 25de Julho de 23 O diagrama de blocos abaixo representa um receptor de FM comercial ( f = ±75 khz, W = 5 khz) em que o desmodulador é baseado num discriminador de frequência. A potência emitida pela estação sintonizada é 7 W e está a 2 km de distância. O ganho da antena do receptor é 6 db. T i = T G A =db T A = T B F =2kHz L F =db Desmodulador de FM T i,t A : temperaturas de ruído B F : largura de banda L F :atenuação, G A : ganho BPF (a) Determine a relação portadora-ruído, em db, à entrada do desmodulador de FM. (b) Qual a melhoria na relação sinal-ruído verificada pela acção do desmodulador (considere para este caso um sinal modulador sinusoidal àfrequência máxima). (c) Mostre que o mínimo sinal detectável pelo receptor é S min = 2kT FB F (em W), sendo F ofactorderuído do receptor. (d) Qual a sensibilidae do receptor, expresso em µv eficazes, sabendo que a impedância de entrada do receptor é75ω. 2 O diagrama de blocos de um image reject mixer está representado na seguinte figura. x RF (t) x IF (t) x LO (t) =cos(ω LO t) x IF (t) π/2 atraso x IF2 (t) Frequência de corte dos filtros: ω LO π/2 atraso Considere que x RF (t) é composto por dois sinais modulados em amplitude, x (t) ex 2 (t), tal que: x (t) =a(t)cos[(ω LO + ω IF )t] e x 2 (t) =b(t)cos[(ω LO ω IF )t + φ], ω IF ω LO Osinalx 2 (t) representaosinalarecuperareosinalx (t) representa o sinal imagem. (a) Determine as expressões dos sinais x IF (t) ex IF2 (t). (b) Mostre que o sinal x (t) é rejeitado pelo mixer, isto é, não tem qualquer contribuição para osinalx IF (t). (c) Que alteração deveriaefectuaraodiagramadeformaaqueomixerpassassearejeitaro sinal x 2 (t) emvezdex (t)? Justifique.

6 EEC3264 Telecomunicações Parte de Simulação Duração: h (sem consulta) 25 de Julho 23 Nome completo: O diagrama de blocos Simulink apresentado em anexo pretende simular um sistema de transmissão e recepção de modulação de amplitude em onda média. O receptor é do tipo super-heterodino de conversão simples e o detector é baseado num rectificador de meia-onda. As condições de simulação do sistema são as seguintes: Frequência do sinal modulador: f m = 2 Hz Índice de modulação: m = 5% Potência da portadora: W Frequência da portadora: f c = 72 khz Atenuação do canal: 2 db Temperatura equivalente de ruído do sistema de recepção: T = 5T Impedância de referência d sistema: Z =5Ω Frequência intermédia do receptor: f IF =5 khz Banda do sinal de áudio: 2 4 Hz Desmodulador: rectificador de meia-onda, tensão de condução dos diodos:,3 V Frequência de simulação: MHz Preencha todos os parâmetros dos blocos em falta cujas janelas de configuração são apresentadas em anexo. Após a simulação, os vector rf_if deve conter todas amostras correspondentes ao tempo total de simulação e o vector detector deve conter uma amostra por cada dez geradas. Apresente uma breve justificação para cada valor escolhido. 2 Escreva a sequência de comandos Matlab que permitam gerar o sinal de saídadodetectorapartirdo sinal IF, ou seja, os comandos que realizam o processamento efectuado no detector. 3 Na figura Matlab abaixo estão apresentados alguns resultados da simulação. Notas sobre os gráficos: ográfico de cima apresenta as primeiras 2 3 amostras do sinal de saída do detector Detector output Ográfico de baixo mostra as densidades espectrais de potência do sinal de RF (a cor azul) e do sinal de IF (a cor vermelha). O comprimento da FFT usada éde2 4. Escreva os comandos Malab que permitem executar esta figura. Magnitude (db) sample RF and IF signal PSDs Frequency (khz) 4 Que alterações deverá efectuar ao diagrama de blocos Simulink apresentado se se pretender incluir um circuito de controlo de ganho automático (AGC), o qual mantém constante a amplitude do sinal desmodulado quando o sinal recebido sofre variações de intensidade. Faça um esboço dessas alterações e indique os parâmetros que tiver de modificar ou os parâmetros dos novos blocos que necessitar incluir.

7 Nome completo: Mux rf_if canal Mux To Workspace Constant Sum Product K Gain Sum Random Number RF Product2 2 Butterworth Filter IF 2e4 Gain2 Switch Constant Butterworth Filter detector Scope To Workspace 2 Butterworth Filter. 8 Butterworth Filter To Workspace 4 Switch Gain To Workspace Random Number Constant