Komunikacja cyfrowa - kształtowanie impulsów

Po przejściu przez różne rodzaje technik kodowania mamy pomysł, w jaki sposób dane są podatne na zniekształcenia i jak podejmuje się środki, aby zapobiec ich naruszeniu, aby ustanowić niezawodną komunikację.

Jest jeszcze jedno ważne zniekształcenie, które jest najbardziej prawdopodobne, zwane as Inter-Symbol Interference (ISI).

Interferencja symboli

Jest to forma zniekształcenia sygnału, w której jeden lub więcej symboli koliduje z kolejnymi sygnałami, powodując szum lub dostarczając słaby wynik.

Przyczyny ISI

Głównymi przyczynami ISI są -

Propagacja wielościeżkowa
Nieliniowa częstotliwość w kanałach

ISI jest niepożądany i powinien zostać całkowicie wyeliminowany, aby uzyskać czysty wynik. Należy również rozwiązać przyczyny ISI, aby zmniejszyć jego skutki.

Aby zobaczyć ISI w postaci matematycznej obecnej na wyjściu odbiornika, możemy wziąć pod uwagę wyjście odbiornika.

Wyjście filtru odbiorczego $ y (t) $ jest próbkowane w czasie $ t_i = iT_b $ (z i przyjmując wartości całkowite), dając -

$ r (t_i) = \ mu \ displaystyle \ sum \ limits_ {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) $

W powyższym równaniu pierwszy wyraz $ \ mu a_i $ jest tworzony przez i^th przesłany bit.

Drugi termin reprezentuje resztkowy wpływ wszystkich innych przesyłanych bitów na dekodowanie pliku i^thkawałek. Ten efekt rezydualny nazywa sięInter Symbol Interference.

W przypadku braku ISI wyjście będzie -

$$ y (t_i) = \ mu a_i $$

To równanie pokazuje, że i^thtransmitowany bit jest prawidłowo odtwarzany. Jednak obecność ISI wprowadza błędy bitowe i zniekształcenia na wyjściu.

Projektując nadajnik lub odbiornik, ważne jest, aby zminimalizować wpływ ISI, aby otrzymać sygnał wyjściowy z jak najmniejszą stopą błędów.

Kodowanie korelacyjne

Do tej pory dyskutowaliśmy, że ISI jest niepożądanym zjawiskiem i degraduje sygnał. Ale ten sam ISI, jeśli jest używany w sposób kontrolowany, jest możliwy do osiągnięcia szybkości transmisji2W bitów na sekundę w kanale przepustowości WHerc. Taki schemat nazywa sięCorrelative Coding lub Partial response signaling schemes.

Ponieważ znana jest wielkość ISI, łatwo jest zaprojektować odbiornik zgodnie z wymaganiami, aby uniknąć wpływu ISI na sygnał. Podstawową ideę kodowania korelacyjnego osiąga się, rozważając przykładDuo-binary Signaling.

Sygnalizacja binarna

Nazwa duo-binary oznacza podwojenie możliwości transmisji systemu binarnego. Aby to zrozumieć, rozważmy binarną sekwencję wejściową{a_k} składający się z nieskorelowanych cyfr binarnych, z których każda ma czas trwania T_asekundy. W tym sygnał1 jest reprezentowany przez +1 wolt i symbol 0 przez a -1 wolt.

Dlatego wyjście duo-binarnego kodera c_k jest podana jako suma obecnej cyfry binarnej a_k i poprzednia wartość a_k-1 jak pokazano w poniższym równaniu.

$$ c_k = a_k + a_ {k-1} $$

Z powyższego równania wynika, że sekwencja wejściowa nieskorelowanej sekwencji binarnej {a_k} zamienia się w sekwencję skorelowanych impulsów o trzech poziomach {c_k}. Ta korelacja między impulsami może być rozumiana jako sztuczne wprowadzenie ISI do transmitowanego sygnału.

Wzór oczu

Skutecznym sposobem badania skutków ISI jest Eye Pattern. Nazwa Eye Pattern pochodzi od podobieństwa do ludzkiego oka dla fal binarnych. Wewnętrzny obszar wzoru oka nazywany jesteye opening. Poniższy rysunek przedstawia obraz wzoru oka.

Jitter jest krótkotrwałą zmianą chwili sygnału cyfrowego od jego idealnej pozycji, która może prowadzić do błędów danych.

Kiedy efekt ISI wzrasta, ślady od górnej części do dolnej części otworu oka zwiększają się i oko zostaje całkowicie zamknięte, jeśli ISI jest bardzo wysokie.

Wzorzec oka dostarcza następujących informacji o konkretnym systemie.

Rzeczywiste wzorce oczu są używane do oszacowania współczynnika błędu bitowego i stosunku sygnału do szumu.
Szerokość otwarcia oczu określa przedział czasu, w którym odebrana fala może być próbkowana bez błędów ze strony ISI.
Chwila, w której oko jest szeroko otwarte, będzie preferowanym czasem do pobrania próbki.
Szybkość zamykania oka, zgodnie z czasem próbkowania, określa wrażliwość systemu na błąd synchronizacji.
Wysokość otwarcia oczu w określonym czasie próbkowania określa margines nad szumem.

Dlatego ważna jest interpretacja wzoru oka.

Wyrównanie

Aby zapewnić niezawodną komunikację, musimy mieć jakość wyjściową. Należy leczyć straty transmisyjne kanału i inne czynniki wpływające na jakość sygnału. Jak omówiliśmy, najbardziej występującą stratą jest ISI.

Aby uwolnić sygnał od ISI i zapewnić maksymalny stosunek sygnału do szumu, musimy zaimplementować metodę o nazwie Equalization. Poniższy rysunek przedstawia korektor w części odbiorczej systemu komunikacyjnego.

Podczas transmisji mogą wystąpić szumy i zakłócenia, które są przedstawione na rysunku. Wzmacniacz regeneracyjny ma obwód wyrównawczy, który kompensuje straty transmisji poprzez kształtowanie obwodu. Korektor można wdrożyć.

Prawdopodobieństwo błędu i wartość merytoryczna

Szybkość przesyłania danych nazywa się data rate. Szybkość, z jaką występuje błąd w bitach podczas przesyłania danych, nazywana jestBit Error Rate (BER).

Prawdopodobieństwo wystąpienia BER wynosi Error Probability. Wzrost stosunku sygnału do szumu (SNR) zmniejsza BER, stąd prawdopodobieństwo błędu również się zmniejsza.

W odbiorniku analogowym figure of meritw procesie detekcji można określić jako stosunek wyjściowego SNR do wejściowego SNR. Większa wartość wskaźnika zasługi będzie dodatkowym atutem.