Digitale Kommunikation - Pulsformung
Nachdem wir verschiedene Arten von Codierungstechniken durchlaufen haben, haben wir eine Vorstellung davon, wie die Daten zu Verzerrungen neigen und wie Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, dass sie beeinträchtigt werden, um eine zuverlässige Kommunikation herzustellen.
Es gibt eine weitere wichtige Verzerrung, die am wahrscheinlichsten auftritt, die als Inter-Symbol Interference (ISI).
Inter Symbol Interferenz
Dies ist eine Form der Verzerrung eines Signals, bei der ein oder mehrere Symbole nachfolgende Signale stören, Rauschen verursachen oder eine schlechte Ausgabe liefern.
Ursachen von ISI
Die Hauptursachen für ISI sind -
- Mehrwegeausbreitung
- Nichtlineare Frequenz in Kanälen
Der ISI ist unerwünscht und sollte vollständig entfernt werden, um eine saubere Ausgabe zu erhalten. Die Ursachen von ISI sollten ebenfalls gelöst werden, um seine Wirkung zu verringern.
Um ISI in einer mathematischen Form anzuzeigen, die in der Empfängerausgabe vorhanden ist, können wir die Empfängerausgabe betrachten.
Die empfangende Filterausgabe $ y (t) $ wird zum Zeitpunkt $ t_i = iT_b $ (mit) abgetastet i ganzzahlige Werte annehmen), ergibt -
$ y (t_i) = \ mu \ displaystyle \ sum \ limit_ {k = - \ infty} ^ {\ infty} a_kp (iT_b - kT_b) $
$ = \ mu a_i + \ mu \ displaystyle \ sum \ limit_ {k = - \ infty \\ k \ neq? i} ^ {\ infty} a_kp (iT_b - kT_b) $
In der obigen Gleichung wird der erste Term $ \ mu a_i $ durch die erzeugt ith übertragenes Bit.
Der zweite Term repräsentiert den Resteffekt aller anderen übertragenen Bits auf die Decodierung des ithbisschen. Dieser Resteffekt wird als bezeichnetInter Symbol Interference.
In Abwesenheit von ISI wird die Ausgabe -
$$ y (t_i) = \ mu a_i $$
Diese Gleichung zeigt, dass die ithDas übertragene Bit wird korrekt wiedergegeben. Das Vorhandensein von ISI führt jedoch zu Bitfehlern und Verzerrungen in der Ausgabe.
Beim Entwerfen des Senders oder Empfängers ist es wichtig, dass Sie die Auswirkungen von ISI minimieren, um die Ausgabe mit der geringstmöglichen Fehlerrate zu empfangen.
Korrelative Codierung
Bisher haben wir diskutiert, dass ISI ein unerwünschtes Phänomen ist und das Signal verschlechtert. Mit demselben ISI kann jedoch bei kontrollierter Verwendung eine Bitrate von erreicht werden2W Bits pro Sekunde in einem Bandbreitenkanal WHertz. Ein solches Schema heißtCorrelative Coding oder Partial response signaling schemes.
Da die Menge an ISI bekannt ist, ist es einfach, den Empfänger gemäß den Anforderungen zu entwerfen, um die Auswirkung von ISI auf das Signal zu vermeiden. Die Grundidee der korrelativen Codierung wird anhand eines Beispiels von erreichtDuo-binary Signaling.
Duo-binäre Signalisierung
Der Name Duo-Binary bedeutet die Verdoppelung der Übertragungsfähigkeit des Binärsystems. Um dies zu verstehen, betrachten wir eine binäre Eingabesequenz{ak} bestehend aus unkorrelierten Binärziffern mit jeweils einer Dauer TaSekunden. In diesem das Signal1 wird vertreten durch a +1 Volt und das Symbol 0 durch eine -1 Volt.
Daher wird der Duo-Binär-Codierer ausgegeben ck wird als Summe der gegenwärtigen Binärziffer angegeben ak und der vorherige Wert ak-1 wie in der folgenden Gleichung gezeigt.
$$ c_k = a_k + a_ {k-1} $$
Die obige Gleichung besagt, dass die Eingabesequenz der unkorrelierten Binärsequenz {ak} wird in eine Folge von korrelierten dreistufigen Impulsen geändert {ck}. Diese Korrelation zwischen den Impulsen kann so verstanden werden, dass ISI auf künstliche Weise in das übertragene Signal eingeführt wird.
Augenmuster
Ein effektiver Weg, um die Auswirkungen von ISI zu untersuchen, ist die Eye Pattern. Der Name Eye Pattern wurde aufgrund seiner Ähnlichkeit mit dem menschlichen Auge für binäre Wellen vergeben. Der innere Bereich des Augenmusters wird als bezeichneteye opening. Die folgende Abbildung zeigt das Bild eines Augenmusters.
Jitter ist die kurzfristige Änderung des Zeitpunkts des digitalen Signals von seiner idealen Position, die zu Datenfehlern führen kann.
Wenn die Wirkung von ISI zunimmt, nehmen die Spuren vom oberen Teil zum unteren Teil der Augenöffnung zu und das Auge wird vollständig geschlossen, wenn der ISI sehr hoch ist.
Ein Augenmuster enthält die folgenden Informationen zu einem bestimmten System.
Tatsächliche Augenmuster werden verwendet, um die Bitfehlerrate und das Signal-Rausch-Verhältnis abzuschätzen.
Die Breite der Augenöffnung definiert das Zeitintervall, über das die empfangene Welle ohne Fehler von ISI abgetastet werden kann.
Der Zeitpunkt, zu dem die Augenöffnung weit ist, ist der bevorzugte Zeitpunkt für die Probenahme.
Die Geschwindigkeit des Schließens des Auges bestimmt entsprechend der Abtastzeit, wie empfindlich das System auf den Zeitsteuerungsfehler reagiert.
Die Höhe der Augenöffnung zu einem bestimmten Abtastzeitpunkt definiert den Spielraum über dem Rauschen.
Daher ist die Interpretation des Augenmusters ein wichtiger Gesichtspunkt.
Ausgleich
Damit eine zuverlässige Kommunikation hergestellt werden kann, benötigen wir eine qualitativ hochwertige Ausgabe. Die Übertragungsverluste des Kanals und andere Faktoren, die die Qualität des Signals beeinflussen, müssen behandelt werden. Der am häufigsten auftretende Verlust ist, wie wir bereits besprochen haben, der ISI.
Um das Signal frei von ISI zu machen und ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis sicherzustellen, müssen wir eine Methode namens aufrufen Equalization. Die folgende Abbildung zeigt einen Equalizer im Empfängerbereich des Kommunikationssystems.
Das Rauschen und die Interferenzen, die in der Figur angegeben sind, treten wahrscheinlich während der Übertragung auf. Der regenerative Repeater verfügt über eine Entzerrerschaltung, die die Übertragungsverluste durch Formung der Schaltung kompensiert. Der Equalizer kann implementiert werden.
Fehlerwahrscheinlichkeit und Gütezahl
Die Rate, mit der Daten übertragen werden können, wird als bezeichnet data rate. Die Rate, mit der Fehler in den Bits auftreten, während Daten übertragen werden, wird als bezeichnetBit Error Rate (BER).
Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von BER ist die Error Probability. Die Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) verringert die BER, daher wird auch die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert.
In einem analogen Empfänger ist die figure of meritbeim Erfassungsprozess kann als das Verhältnis des Ausgangs-SNR zum Eingangs-SNR bezeichnet werden. Ein höherer Wert der Gütezahl ist von Vorteil.