Comunicação Digital - Moldagem de Pulso
Depois de passar por diferentes tipos de técnicas de codificação, temos uma ideia de como os dados estão sujeitos à distorção e como são tomadas as medidas para evitar que sejam afetados de forma a estabelecer uma comunicação confiável.
Há outra distorção importante que é mais provável de ocorrer, chamada de Inter-Symbol Interference (ISI).
Interferência entre símbolos
Esta é uma forma de distorção de um sinal, em que um ou mais símbolos interferem nos sinais subsequentes, causando ruído ou fornecendo uma saída ruim.
Causas de ISI
As principais causas do ISI são -
- Multi-path Propagation
- Frequência não linear em canais
O ISI é indesejado e deve ser completamente eliminado para obter uma saída limpa. As causas de ISI também devem ser resolvidas para diminuir seu efeito.
Para visualizar o ISI de uma forma matemática presente na saída do receptor, podemos considerar a saída do receptor.
A saída do filtro receptor $ y (t) $ é amostrada no tempo $ t_i = iT_b $ (com i assumindo valores inteiros), produzindo -
$ y (t_i) = \ mu \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = - \ infty} ^ {\ infty} a_kp (iT_b - kT_b) $
$ = \ mu a_i + \ mu \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = - \ infty \\ k \ neq? i} ^ {\ infty} a_kp (iT_b - kT_b) $
Na equação acima, o primeiro termo $ \ mu a_i $ é produzido pelo ith bit transmitido.
O segundo termo representa o efeito residual de todos os outros bits transmitidos na decodificação do ithmordeu. Este efeito residual é chamado deInter Symbol Interference.
Na ausência de ISI, a saída será -
$$ y (t_i) = \ mu a_i $$
Esta equação mostra que o ithbit transmitido é reproduzido corretamente. No entanto, a presença de ISI introduz erros de bit e distorções na saída.
Ao projetar o transmissor ou receptor, é importante minimizar os efeitos do ISI, de modo a receber a saída com a menor taxa de erro possível.
Codificação Correlativa
Até agora, discutimos que o ISI é um fenômeno indesejado e degrada o sinal. Mas o mesmo ISI, se usado de maneira controlada, é possível atingir uma taxa de bits de2W bits por segundo em um canal de largura de banda WHertz. Esse esquema é chamado deCorrelative Coding ou Partial response signaling schemes.
Uma vez que a quantidade de ISI é conhecida, é fácil projetar o receptor de acordo com os requisitos, de modo a evitar o efeito de ISI no sinal. A ideia básica de codificação correlativa é alcançada considerando um exemplo deDuo-binary Signaling.
Sinalização Duo-binária
O nome duo-binário significa dobrar a capacidade de transmissão do sistema binário. Para entender isso, vamos considerar uma sequência de entrada binária{ak} consistindo em dígitos binários não correlacionados, cada um tendo uma duração Tasegundos. Nisto, o sinal1 é representado por um +1 volt e o símbolo 0 por um -1 volt.
Portanto, a saída do codificador binário duplo ck é dado como a soma do dígito binário atual ak e o valor anterior ak-1 conforme mostrado na seguinte equação.
$$ c_k = a_k + a_ {k-1} $$
A equação acima afirma que a sequência de entrada da sequência binária não correlacionada {ak} é alterado para uma sequência de pulsos de três níveis correlacionados {ck}. Esta correlação entre os pulsos pode ser entendida como a introdução de ISI no sinal transmitido de forma artificial.
Padrão de Olho
Uma forma eficaz de estudar os efeitos do ISI é o Eye Pattern. O nome Padrão do Olho foi dado por sua semelhança com o olho humano para ondas binárias. A região interna do padrão do olho é chamada deeye opening. A figura a seguir mostra a imagem de um padrão de olho.
Jitter é a variação de curto prazo do instante do sinal digital, de sua posição ideal, o que pode levar a erros de dados.
Quando o efeito do ISI aumenta, os traços da parte superior para a parte inferior da abertura do olho aumentam e o olho fica completamente fechado, se o ISI for muito alto.
Um padrão de olho fornece as seguintes informações sobre um sistema específico.
Os padrões oculares reais são usados para estimar a taxa de erro de bits e a relação sinal-ruído.
A largura da abertura do olho define o intervalo de tempo durante o qual a onda recebida pode ser amostrada sem erro do ISI.
O instante em que a abertura do olho é ampla, será o momento preferido para a amostragem.
A taxa de fechamento do olho, de acordo com o tempo de amostragem, determina o quão sensível o sistema é ao erro de temporização.
A altura da abertura do olho, em um tempo de amostragem especificado, define a margem sobre o ruído.
Portanto, a interpretação do padrão dos olhos é uma consideração importante.
Equalização
Para que uma comunicação confiável seja estabelecida, precisamos ter uma saída de qualidade. As perdas de transmissão do canal e outros fatores que afetam a qualidade do sinal devem ser tratados. A perda que mais ocorre, como já discutimos, é o ISI.
Para tornar o sinal livre de ISI e garantir uma relação sinal / ruído máxima, precisamos implementar um método chamado Equalization. A figura a seguir mostra um equalizador na parte receptora do sistema de comunicação.
É provável que ocorram ruídos e interferências, indicados na figura, durante a transmissão. O repetidor regenerativo possui um circuito equalizador, que compensa as perdas de transmissão modelando o circuito. O Equalizador é viável de ser implementado.
Probabilidade de erro e figura de mérito
A taxa na qual os dados podem ser comunicados é chamada de data rate. A taxa na qual o erro ocorre nos bits, durante a transmissão de dados é chamada deBit Error Rate (BER).
A probabilidade de ocorrência de BER é a Error Probability. O aumento na relação sinal-ruído (SNR) diminui o BER, portanto, a probabilidade de erro também diminui.
Em um receptor analógico, o figure of meritno processo de detecção pode ser denominado como a relação entre SNR de saída e SNR de entrada. Um valor maior de figura de mérito será uma vantagem.