📜  数字通信-脉冲整形

📅  最后修改于: 2020-11-25 05:45:44             🧑  作者: Mango


在经历了不同类型的编码技术之后,我们对数据如何易于失真以及如何采取措施防止数据受到影响以建立可靠的通信有了一个想法。

还有另一种最可能发生的重要失真,称为码间干扰(ISI)

符号间干扰

这是信号失真的一种形式,其中一个或多个符号会干扰后续信号,从而导致噪声或输出效果不佳。

ISI的原因

ISI的主要原因是-

  • 多径传播
  • 通道中的非线性频率

ISI是不需要的,应完全消除以得到干净的输出。还应解决ISI的原因,以减轻其影响。

为了以数学形式查看接收器输出中的ISI,我们可以考虑接收器输出。

接收滤波器输出$ y(t)$在时间$ t_i = iT_b $( i取整数)采样,得出-

$ 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)$

在以上等式中,第一项$ \ mu a_i $由第i发送位产生。

第二项代表所有其他发送比特的i比特的解码的残余效应。这种残留效应称为“符号间干扰”

如果没有ISI,输出将为-

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

该等式表明正确地再现了所发送的第i比特。但是,ISI的存在会在输出中引入误码和失真。

在设计发送器或接收器时,重要的是要最小化ISI的影响,以便以最小的错误率接收输出。

相关编码

到目前为止,我们已经讨论过ISI是一种有害现象,会降低信号质量。但是,如果以受控方式使用相同的ISI,则可以在带宽W Hertz的信道中实现每秒2W比特的比特率。这种方案称为相关编码部分响应信令方案

由于ISI的数量是已知的,因此很容易根据要求设计接收机,从而避免了ISI对信号的影响。相关编码的基本思想是通过考虑双二进制信令的示例来实现的。

双二进制信令

名称duo-binary意味着将二进制系统的传输能力加倍。为了理解这一点,让我们考虑由不相关的二进制数字组成的二进制输入序列{a k } ,每个二进制数字的持续时间为T a秒。在这种情况下,信号1+1伏特表示,符号0-1伏特表示。

因此,双二进制编码器输出c k给出为当前二进制数字ak和先前值ak-1的和,如以下等式所示。

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

上式表示将不相关的二进制序列{a k }的输入序列改变为相关的三电平脉冲{c k }的序列。脉冲之间的这种相关性可以理解为以人工方式在发射信号中引入ISI。

眼图

研究ISI效果的有效方法是眼图。眼图的名称是由于它类似于人眼的二进制波。眼图的内部区域称为眼图张开。下图显示了眼图的图像。

眼图

抖动是数字信号瞬时值与理想位置之间的短期变化,可能会导致数据错误。

当ISI的影响增加时,如果ISI非常高,则从眼图张开的上部到下部的迹线就会增加,并且眼睛会完全闭合。

眼图提供有关特定系统的以下信息。

  • 实际的眼图用于估计误码率和信噪比。

  • 眼图张开的宽度定义了可以对接收的波进行采样的时间间隔,而不会引起ISI的错误。

  • 睁大眼睛的时间是采样的首选时间。

  • 根据采样时间,眼睛闭合的速度决定了系统对定时误差的敏感程度。

  • 在指定的采样时间,眼图张开的高度定义了噪声余量。

因此,眼图的解释是重要的考虑因素。

均等化

为了建立可靠的通信,我们需要高质量的输出。必须处理信道的传输损耗和其他影响信号质量的因素。正如我们所讨论的,最严重的损失是ISI。

为了使信号不受ISI影响,并确保最大的信噪比,我们需要实现一种称为均衡的方法。下图显示了通信系统的接收器部分中的均衡器。

均等化

在传输过程中可能会出现图中所示的噪声和干扰。再生中继器具有均衡器电路,该均衡器电路通过对电路进行整形来补偿传输损耗。均衡器是可行的。

错误概率和品质因数

可以传输数据的速率称为数据速率。在传输数据时,位中发生错误的速率称为误码率(BER)

BER发生的概率就是错误概率。信噪比(SNR)的增加会降低BER,因此错误概率也会降低。

在模拟接收机中,检测过程中的品质因数可以称为输出SNR与输入SNR之比。较高的品质因数将是一个优势。