FM 송수신

소개글

FM 송수신에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 제목

2. 실험 이론

3. 실험 내용

4. 결론

본문내용

출력 신호 -DC로 확인 : 차 주파수
< 그림 24 > Phase Detector 입력 출력 신호 -AC로 확인 : 합 주파수
< 그림 25 > Phase Detector 입력 출력 신호 주파수 스펙트럼 :
가장 왼쪽이 주파수 차 신호, 가운데 신호는 Massage 신호, 오른쪽은 주파수 합 신호
- 위상 검파기 통과에서는 2가지 파형을 볼 수 있다. CH2를 DC측정으로 하였을 경우 9V 정도의 DC전압이 측정(스펙트럼에서 왼쪽 동그라미)되었고, AC로 측정하였을 경우 주파수가 2배 커지는 것(스펙트럼에서 오른쪽 동그라미)을 확인 할 수 있었다. 이것은 두 입력 신호(Massage 와 90 위상 신호)의 합과 차 신호인 것이다.
5. 메시지 신호에 300mV에 3kHz의 사인파를 입력시킨다.
< 그림 26 > 메시지 신호 입력
6. 저역통과 필터를 통과시켜 합주파수를 제거하고 메시지 신호와 출력 신호가 같은 주파수 를 나타내는지 확인하자.
< 그림 27 > 메시지 신호와 최종 복조된 신호와의 비교 1
< 그림 28 > Filter 통과 된 최종 복조 신호 주파수 스펙트럼 : 합주파수 제거
- 우선 복조 파형이 제대로 나오지 않았다. 어렴풋이 비슷한 모형을 하고 있었지만, 위의그림으로는 완벽한 복조가 이루어 졌다고 할 수 없겠다. 많은 시간을 기울였는데도, 계속 똑같은 혹은 비슷한 파형만 반복되어서 다른 조의 힘을 빌리게 되었다. 주파수 스펙트럼 역시 조금 더 크게 찍었어야 했는데, 워낙 파형에 신경을 쓰다 보니 하나밖에 남은 게 없었다.
아래의 그림은 다른 조원의 도움으로 구한 그림이다.
< 그림 29 > 메시지 신호와 최종 복조된 신호와의 비교 1
4. 결 론
FM 변조 과정(Modulation)은 음성 Message → mixer → Amplifier → Antenna 의 과정으로 이루어진다. Message 신호와 Carrier 신호를 합쳐서 FM변조를 시키는 것은 처음에는 어렵게 느껴졌으나, 여러 주에 걸친 실험을 진행하면서 조금은 어떤 과정으로 진행되는지 알 것 같다. 하지만 어떠한 과정으로 그러한 것들이 이루어지는지 알았으면 하는 아쉬움이 있었다. 통신실험 장비의 장점이자 단점이 선 하나로 모든 것이 다 되어지므로 소자 하나로 FM이라는 신호가 출력이 되어 아쉬움이 남았지만, 눈으로 직접 변조에서 복조까지 확인하는 것이 실험이라고 생각한다. 변조에서는 변조지수(MI)를 측정하려고 노력한 점이 많이 남았다. 비록 변조지수를 이론값으로 구하였지만(주파수 스펙트럼에서 최대주파수편차 갯수를 구하지 못해서) 이것은 상당한 성과라고 생각된다.
아쉬운 점은 주파수 변조과정의 회로도를 아직 정확히 분석할 능력이 안 된다는 점이였다. 전자회로를 한 달 가량 배운 나로서는 아래의 회로를 분석하는데는 힘이 들어었다.
< 그림 30 > FM 변조과정
PM변조에서는 FM과 마찬가지로 진폭에는 정보가 없으므로 리미터로써 제한을 둔다는 사실을 확인 할 수 있었다. 하지만 전체적으로 FM과 PM의 궁극적인 차이를 확인 하지 못한 것은 후회로 남는다.(파형자체로는 PM변조인지 FM변조인지 구분하기가 힘듦) 이론에서는 PM에서는 진폭의 변화가 위상의 차이로 나타난다고 배웠는데 실제적으로 그것을 눈으로 확인하기란 쉽지가 않았다. 하지만 PM역시 변화하는 파형을 직접 눈으로 확인함으로써 연속적인 정현파의 위상 변화가 변조신호의 진폭에 비례하여 정보를 전송한다는 개념을 확인 할 수 있었다.
이제 전반적인 FM 복조 과정(Demodulation)을 살펴보면
Antenna → RF stage → mixer(+ Lo) → IF stage → Phase Shifter → Limiter → Phase Detector → Filter → speaker의 과정으로 이루어졌다.
처음에는 RF stage와 Mixer IF stage 의 이름들이 AM 복조와 같아서 비슷한 역할을 하는 것으로만 착각하였는데, 조교분의 설명을 듣고 잘못 생각하고 있었던 것이라고 생각되었다.우선 이름으로 느껴지는 기능은 같지만 그 안에서 거치는 과정은 AM과는 사뭇 다른 역할을 하고 있는 것이었다. 복조 과정을 통해서 몰랐던 부분을 깨달은 부분은 2 가지 신호(변조된 신호와 90도 위상차로 변조된 신호)가 위상 검파기에 입력 된다는 것이었다. 이러한 실험은 신호와 시스템에서 배웠던 Fourier변환을 통한 신호의 복원을 상기 시켜주었다.
입력된 신호의 크기를 복원하기 위해서 같은 주파수의 신호를 90도 위상 차이를 두어서 (쿼더러처) 더해주면 원래의 신호로 복원된다는 것이다. 그리고 잡음으로 생긴 합주파수와 차주파수는 저역통과필터(Low Pass Filter)를 통해 제거하게 된다. 그리고 복원되는 신호는 원래의 주파수로 복원되며 Carrier 주파수는 역할을 다하게 된다.
복조 과정에서는 두 가지 주파수의 합 차 주파수를 다루는 것이 기억에 남고, 특히 처음의 Message 신호와 비슷한 결과 파형을 노력하기 위해 주파수를 낮추었더니 비슷한 파형이 나온 점이 기억 남는다.
마지막으로 아쉬운 점은 실험을 진행하면서 보드를 신임하지 못한다는 사실이다. 이번 실험에서도 마지막 파형이 제대로 나오지 않아 결국 다른 조의 도움을 구하긴 했지만, 많은 아쉬움이 남는다. 마지막 파형이 제대로 나왔더라면, 주파수와 진폭을 변화시켜 가면서 좀 더 많은 자료를 얻었을 것이기 때문이다. Analog 신호의 특성 때문에 보드에서 정확한 실험이 이뤄질 수 없다고 하였는데, 다음실험부터는 Digital 신호를 다루게 되므로 정확한 실험이 될 수 있도록 노력 해야겠다.
< 참고자료 >
1. 실험과정 내용 스크랩 (다수 그림)
2. 충북대학교 정보통신공학과 광정보처리연구실 :http://osp.chungbuk.ac.kr/ (복조 그림)
3. 네이버 블로그 : http://blog.naver.com/nsesibong?Redirect=Log&logNo=60024076308
(변조 이론)
4. 서일대학 방송통신공학 강의자료 : http://infocom.seoil.ac.kr/(포괄적 이론)
※ 그 외 다수 사이트 & 네이버 지식in

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