Bazele tehnologiei digitale

Modelul generalizat al sistemului de transmisie digitală.

Modelul generalizat al unui sistem de transport digital (DSP) informații include trei procese de bază: sursa de codificare-decodificare, canal de codificare, decodificare, modulare, demodularea canalului de transmisie (Figura 1.). Pe partea de transmisie, toate tipurile de prelucrare a mesajelor de informare servesc în scopul de a le converti în semnale cele mai potrivite pentru transmisie peste un anumit tip. Pe partea de recepție, o operațiune inversă pentru a restabili forma originală cu cea mai mică denaturare posibilă. Astfel distorsiunile cauzate de procese neideale sau directe - inverse transforma sau caracteristicile non-ideale ale (canal de comunicare) cale, incluzând efectele interferenței.

Procesul de codificare sursă își are ca obiectiv principal reducerea volumului de informații transmise, și anume reducerea cerințelor pentru resurse de sistem, cum ar fi timpul de transmisie, lățime de bandă, capacitate de memorie în prelucrarea, sau stocarea informațiilor.

Modularea este utilizat pentru a transforma semnalele mations prezente în banda de bază (inițial) frecvență, semnalele într-o bandă de frecvență predeterminată, care le permite să transmită pe un anumit canal fizic. O caracteristică suplimentară a tipurilor de modulație complexe este de ambalare mai densă a datelor din domeniul de frecvență, atunci când mai mult de o bandă au transmis informații.

În sistemele de transmisie digitală, procesul de modulare-demodulare poate fi considerată ca o modalitate de a converti un cod într-un semnal și vice-versa. Metoda de modulație particulară este selectată pe baza caracteristicilor de construcție a sistemului, viteza de transmisie cerută pe canalul acordat, o probabilitate predeterminată de recepție (inclusiv posibilitatea de a sistemului de protecție a erorii), etc. Astfel, formularea problemei de optimizare în comun a modemului și codec are ca scop rezolvarea o altă problemă importantă -. Cel mai bun semnal de potrivire cu caracteristicile de canal. Atunci când se caută varianta optimă are, în cele mai multe cazuri opresc la alegerea unuia dintre cele două criterii:

- eficiență spectrală ridicată. și anume transmițând o rată ridicată într-o bandă îngustă;

- eficiență energetică ridicată. și anume transmisie cu o C scăzută / N și angajarea maximă a toată lățimea de bandă disponibilă.

În primul caz se aplică constelație de semnal dens (de exemplu, modularea de 64 QAM sau 16 QAM), împreună cu un cod redundant câteva, remedieri de erori. În al doilea caz utilizat constelație rară (QPSK), împreună cu un coduri de corectare extrem de redundante. Având în vedere restricțiile reale pe canalul banda admisibilă și compromisul realizabil raportul C / N este ales între eficiența spectrală și energia dorite.

Factorii care afectează calitatea semnalului recepționat

Toate aceste distorsiuni și factori într-un fel convertit într-o schimbare aleatoare echivalentă a nivelului semnalului primit de la punctul de decizie, și anume, descrește în raport S / N.

Semnale de alte radio,
transmiterea de fonduri

Transmițătoare de canal partajat, de emisie de bandă, partea de recepție

Analiza impactului zgomotului și a interferențelor asupra semnalului transmis, precum și metode de abordare a zgomotului sunt întrebările pivot ale teoriei și tehnologia de transmitere a informațiilor.

Zgomot alb. Printre cele mai frecvente surse de zgomot, în practică, a utilizat cel mai larg ca un zgomot model de proces aleator este descris de un (Gaussian) distribuția normală. Acest zgomot este rezultatul acțiunii simultane a multor surse aleatoare independente. Distribuția normală reflectă poziția teoremei limită centrală a teoriei probabilității, potrivit căreia x variabilă aleatoare obținute prin însumarea variabile aleatoare independente statistic x1. x2. .... xn cu densitate arbitrară, are o densitate de abordare normală în cazul în care n tinde la infinit. Un exemplu tipic de zgomot cu densitate normală zgomotului termic se datorează mișcare browniană a electronilor într-un conductor. Zgomotul de acest tip se numește zgomot alb. Cel mai mare interes în analiza sistemelor este aditiv de zgomot alb Gaussian.

Expresia analitică pentru densitatea normală, în general, are forma:

unde # 956 - valoarea medie;

# 948 - deviația standard.

utilizate în mod obișnuit tabelate densitate de probabilitate normalizat variabilă aleatoare z = (x - 956 #) / # 948 cu media zero și abaterea standard unitate:

Ideal zgomot alb, având un spectru omogen nelimitat reprezintă o secvență de impulsuri infinit scurte având o înălțime aleatorie și următoarele unul pe altul la intervale aleatorii. Pentru un zgomot alb ideală, puterea de zgomot pentru fiecare bandă de frecvență finită, adică, densitatea spectrală este infinit de mic. Pentru analiza proceselor în domeniul frecvențelor pozitive reale folosite o singură față N0 de densitate spectrală. W / Hz. În analiza teoretică folosind două fețe N0 densitate spectrală / 2 W / Hz în frecvențele pozitive și negative. Este evident că, în ambele cazuri, puterea zgomotului rămâne aceeași. Constanța densitatea spectrală a zgomotului alb ideală înseamnă că este infinit de mare în infinit largă putere medie de zgomot de bandă, adică, această proprietate nu este nimic mai mult decât o idealizare matematică. Cu toate acestea, în practică, lățimea de bandă de sistem este întotdeauna limitat, care limitează în mod automat și puterea de zgomot în această bandă. In aceasta, densitatea spectrală în afara lățimii de bandă nu afectează parametrii analizați ale semnalului și zgomot.

zgomot real alb corespunde unui zgomot alb ideal care a trecut prin filtru. Ea are o gamă limitată, și anume impulsuri durată finită. Cu lățime spectrală limitată a puterii reale de zgomot alb, în ​​final banda este de asemenea finită.

In mod normal, atunci când calculele de putere N zgomot alb reale în banda B (Hz) folosind N0 densitate spectrală a puterii = N / B (W / Hz) și temperatura absolută sursă de zgomot T (R # 176), unde K # 176 = C # 176 + 273 # 176.

Astfel, cea mai mare putere de zgomot, care poate fi obținută de la sursa de căldură,

Rayleigh zgomot - un zgomot de bandă îngustă. Interpretarea sa fizică este sinusoidală cu o frecvență purtătoare egală cu lățimea de bandă de frecvență de centru, și modulată în amplitudine de bandă îngustă frecvență joasă tensiune de zgomot de polaritate pozitiva. Această tensiune modulatoare corespunde tensiunii de la ieșirea detectorului liniar, a cărui intrare este alimentat de zgomot Gaussian de bandă îngustă, cu un nivel ridicat.

Rayleigh noise reflectă procesele fizice în sistemele de bandă îngustă, în special în echipamentul de recepție, care utilizează detectorul liniar. Comparativ cu zgomotul gaussian Rayleigh are mai mult de 2 dB factor de vârf mai mic, adică, Tensiunea de vârf a depășit de 0,01% din timp (9,64 dB față de 11,80 dB).

Impuls de zgomot - o secvență de impulsuri de durată și amplitudine arbitrară, urmând una de alta la intervale aleatorii. zgomotul de impulsuri, spre deosebire continuu prin aceea că durata zgomotului de impulsuri impulsuri decalaje considerabil mai mici între ele, astfel încât aspectul fiecărui impuls este privit ca un eveniment independent. Numărul de impulsuri care apar în mod independent, în orice perioadă de timp se supune unei distribuții Poisson:

unde P (n) - n este egal cu probabilitatea de apariție a impulsurilor în timp T;

v - numărul mediu de impulsuri pe unitatea de timp.

Trecerea prin impuls circuitul de zgomot bandpass duce la puls pătare, adică pentru a extinde impulsurile și fuzionarea lor într-un zgomot continuu. Cu toate acestea, valoarea de vârf a nivelului de zgomot, în acest caz este de lățime de bandă proporțională, iar nivelul mediu - rădăcina pătrată a lățimii de bandă.

Lățime de bandă de quadrupol de zgomot.

La măsurarea caracteristicilor de probabilitate ale receptoarelor de radio, de analiză și căi de transmitere a informațiilor de parametri de modelare sisteme importante de zgomot și este determinarea dispozitivului banda de zgomot, și, astfel, de putere și de zgomot structură care acționează asupra semnalului util.

În cele mai multe cazuri practice, interesul este puterea de zgomot, echivalentul curent de ieșire la un quadrupol, ale cărui caracteristici reprezintă o conexiune serie de mai multe dispozitive sau unități de circuite reale. În cazul în care raportul de transmisie al cuadripol K0 are o valoare maximă la o anumită frecvență W0. regiunea de frecvență (2 Dw) eff. în vecinătatea w, determinată din relația:

numit efectiv cuadripolului de transmisie de lățime de bandă.

Determinarea efectivă cuadripolului transmisie bandă prezentată grafic în fig. 2.

Efectivă (zgomot) este numeric egal cu dreptunghiul banda de bază a cărui suprafață este egală cu aria de sub curba K 2 (w) în w> 0 și o K0 înălțime. Prin urmare, putem scrie:

S / N raport și probabilitatea de eroare atunci când primesc informații digitale

Semnalul-zgomot raportul.

In procesele de analiză în sistemele de transmitere a informațiilor folosesc mai mulți parametri care descriu îndeaproape raportul dintre energia semnalului și zgomot.

În sistemele de transmisie digitală, în special atunci când se compară diferite metode de corectare a erorilor, este acceptat să utilizeze raportul normalizat de energie medie pe bit la densitatea spectrală Eb / N0 puterea de zgomot. Acest raport este convenabil, deoarece nu apare în valorile absolute ale benzii și lungimea intervalului de ceas. Zgomotul densitate spectrală a puterii NQ are dimensiunea de energie, așa că ar trebui să fie comparat cu energia semnalului E, în loc de puterea medie S.

Având în vedere că E = ST0. N = N0 B. unde T0 - timpul de transmisie a semnalului in - un filtru cu bandă, obținem relația dintre cei doi indicatori:

dimensiunea BT0 numit semnal de bază și, în acest caz, este un coeficient de conversie a energiei a raportului semnal zgomot și raportul dintre puterea medie a acestora.

Este evident că energia medie a informației simbol Es = Ss. unde Ts - interval de ceas simbol. Apoi, raportul dintre energia simbol și semnal de zgomot asociat cu durata medie a simbolului și expresia raport putere simbol de zgomot: