Giao tiếp kỹ thuật số - Định dạng xung

Sau khi trải qua các loại kỹ thuật mã hóa khác nhau, chúng tôi có ý tưởng về cách dữ liệu dễ bị biến dạng và cách thực hiện các biện pháp để ngăn chặn nó bị ảnh hưởng để thiết lập một giao tiếp đáng tin cậy.

Có một biến dạng quan trọng khác có nhiều khả năng xảy ra nhất, được gọi là Inter-Symbol Interference (ISI).

Sự nhiễu giữa các tín hiệu giao thoa

Đây là một dạng méo tín hiệu, trong đó một hoặc nhiều ký hiệu gây nhiễu cho các tín hiệu tiếp theo, gây ra nhiễu hoặc cung cấp đầu ra kém.

Nguyên nhân của ISI

Nguyên nhân chính của ISI là -

Truyền bá đa đường
Tần số phi tuyến tính trong các kênh

ISI là không mong muốn và cần được loại bỏ hoàn toàn để có được đầu ra sạch. Nguyên nhân của ISI cũng cần được giải quyết để giảm bớt ảnh hưởng của nó.

Để xem ISI ở dạng toán học có trong đầu ra máy thu, chúng ta có thể xem xét đầu ra máy thu.

Đầu ra của bộ lọc nhận $ y (t) $ được lấy mẫu tại thời điểm $ t_i = iT_b $ (với i nhận các giá trị nguyên), mang lại -

$ 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) $

Trong phương trình trên, số hạng đầu tiên $ \ mu a_i $ được tạo ra bởi i^th bit được truyền.

Số hạng thứ hai đại diện cho ảnh hưởng còn lại của tất cả các bit được truyền khác đối với việc giải mã i^thbit. Hiệu ứng dư này được gọi làInter Symbol Interference.

Trong trường hợp không có ISI, đầu ra sẽ là:

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

Phương trình này cho thấy rằng i^thbit được truyền đi được tái tạo chính xác. Tuy nhiên, sự hiện diện của ISI dẫn đến lỗi bit và biến dạng trong đầu ra.

Trong khi thiết kế bộ phát hoặc bộ thu, điều quan trọng là bạn phải giảm thiểu ảnh hưởng của ISI, để nhận được đầu ra với tỷ lệ lỗi ít nhất có thể.

Mã hóa tương quan

Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận rằng ISI là một hiện tượng không mong muốn và làm suy giảm tín hiệu. Nhưng cùng một ISI nếu được sử dụng một cách có kiểm soát, có thể đạt được tốc độ bit2W bit trên giây trong một kênh băng thông WHertz. Một sơ đồ như vậy được gọi làCorrelative Coding hoặc là Partial response signaling schemes.

Vì số lượng ISI đã biết, nên dễ dàng thiết kế bộ thu theo yêu cầu để tránh ảnh hưởng của ISI đến tín hiệu. Ý tưởng cơ bản về mã hóa tương quan đạt được bằng cách xem xét một ví dụ vềDuo-binary Signaling.

Báo hiệu nhị phân

Tên gọi duo-binary có nghĩa là tăng gấp đôi khả năng truyền của hệ thống nhị phân. Để hiểu điều này, chúng ta hãy xem xét một chuỗi đầu vào nhị phân{a_k} bao gồm các chữ số nhị phân không tương quan, mỗi chữ số có thời hạn T_agiây. Trong điều này, tín hiệu1 được đại diện bởi một +1 vôn và ký hiệu 0 bởi một -1 vôn.

Do đó, đầu ra mã hóa kép-nhị phân c_k được cho dưới dạng tổng của chữ số nhị phân hiện tại a_k và giá trị trước đó a_k-1 như thể hiện trong phương trình sau đây.

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

Phương trình trên nói rằng chuỗi đầu vào của chuỗi nhị phân không tương quan {a_k} được thay đổi thành một chuỗi các xung ba mức tương quan {c_k}. Mối tương quan giữa các xung này có thể được hiểu là giới thiệu ISI trong tín hiệu được truyền theo cách nhân tạo.

Mẫu mắt

Một cách hiệu quả để nghiên cứu tác động của ISI là Eye Pattern. Cái tên Mẫu mắt được đặt do sự giống với mắt người đối với sóng nhị phân. Vùng bên trong của mẫu mắt được gọi làeye opening. Hình sau cho thấy hình ảnh của một mẫu mắt.

Jitter là sự biến đổi ngắn hạn của thời điểm tín hiệu kỹ thuật số, từ vị trí lý tưởng của nó, có thể dẫn đến lỗi dữ liệu.

Khi hiệu ứng của ISI tăng lên, các dấu vết từ phần trên xuống phần dưới của mắt sẽ tăng lên và mắt nhắm hoàn toàn, nếu ISI rất cao.

Mẫu mắt cung cấp thông tin sau đây về một hệ thống cụ thể.

Các mẫu mắt thực tế được sử dụng để ước tính tỷ lệ lỗi bit và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.
Độ rộng của mắt mở xác định khoảng thời gian mà sóng nhận được có thể được lấy mẫu mà không bị lỗi từ ISI.
Thời điểm mở rộng mắt sẽ là thời điểm ưu tiên để lấy mẫu.
Tỷ lệ nhắm mắt, theo thời gian lấy mẫu, xác định mức độ nhạy cảm của hệ thống với sai số thời gian.
Chiều cao của độ mở mắt, tại một thời điểm lấy mẫu xác định, xác định biên độ nhiễu.

Do đó, việc giải thích kiểu mắt là một điều quan trọng cần xem xét.

Cân bằng

Để thiết lập giao tiếp đáng tin cậy, chúng ta cần có một đầu ra chất lượng. Phải xử lý các suy hao truyền của kênh và các yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu. Tổn thất xảy ra nhiều nhất, như chúng ta đã thảo luận, là ISI.

Để làm cho tín hiệu không bị ISI và để đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tối đa, chúng ta cần triển khai một phương pháp được gọi là Equalization. Hình dưới đây cho thấy một bộ cân bằng trong phần thu của hệ thống truyền thông.

Tiếng ồn và nhiễu được biểu thị trong hình, có khả năng xảy ra trong quá trình truyền. Bộ lặp tái sinh có mạch cân bằng, bù các tổn thất truyền tải bằng cách định hình mạch. Bộ chỉnh âm có thể thực hiện được.

Xác suất lỗi và Hình thành tích

Tốc độ mà dữ liệu có thể được truyền đạt được gọi là data rate. Tốc độ xảy ra lỗi trong các bit, trong khi truyền dữ liệu được gọi làBit Error Rate (BER).

Xác suất xảy ra BER là Error Probability. Sự gia tăng Tỷ lệ Tín hiệu trên Tiếng ồn (SNR) làm giảm BER, do đó Xác suất Lỗi cũng giảm.

Trong bộ thu Analog, figure of merittại quá trình phát hiện có thể được gọi là tỷ số giữa SNR đầu ra và SNR đầu vào. Một giá trị lớn hơn của con số đáng khen sẽ là một lợi thế.