Скляр Б. Цифровая связь (2003)

ЦИФРОВАЯ СВЯЗЬ Теоретические основы и практическое применение Второе издание, исправленное ЦИФРОВАЯ СВЯЗЬ Теоретические основы и практическое применение Второе издание, исправленное БЕРНАРД СКЛЯР Соттитсайот Епрпееппе Бепчсез, Тарзана, Калифорния Упп епйу о~ СаЦопиа, Лос-Анджелес Москва ° Санкт-Петербург ° Киев 2003 ББК 32.973.26-018.2.75 С43 УДК 681.3.07 Издательский дом "Вильямс" Зав.

редакцией С.Н. Тригуб Перевод с английского Е.Г. Грозы, В.В. Марченко, А.В. Назаренко, канд. физ.-мат. наук О.М. Ядренко Под редакцией А.В. Назаренко Научный консультант канд. техн. наук Е.В. Гусева По общим вопросам обращайтесь в Издательский дом "Вильямс" по адресу; 1п(04$тн)1йаптдрцЫ15Ипд.сот, )П(р://туцгтч.рб!П(дщдрцЫ!8)ппа.соуп ББК 32.973.26-018.2.75 Все названия программных продуктов являются зарегистрированными торговыми марками соопмтствуюШих фирм. Никакая часть настояшего издания ни в каких целях не может быть воспроизведена в какой бы то ни была форме и какими бы та ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, если на это нет письменного разрешения издательстш Ргепбае Най, Гпс. АпИюпхей ггапз)айоп Ггогп ГЬе Еп81ЬЬ 1апдпаде оГЫоо рпЫ!зьеб Ьу Ршпйсе Най, 1пс., Сорупвьг Ю 200! АП пдьы гегсгчей.

Ыа рап оГ гЬн Ьоах шау Ье гергодосеб ог ггапншпеб (п апу Гопп ог Ьу апу гпеапз, с)ее!ганс ог гпесЬап!са1, !пс)об!пл РЬогасоругпд, гесосйпд аг Ьу апу гпГоптыбоп магале ге!пега! зупегп, ийЬоог репшаиоп Ггош ГЬе РнЫнЬег. Коаяап 1апрмде егабоп роЫЬЬед Ьу туййапм Роыль)пд Ноше асаопйпл го гЬе Адгеешепг ийь Ка! Епгерпиз )пгегпайопа), Сорупвьг Ю 2003 Гзан 5-8459-0497-8 (Рус.) 18ВХ 0-13-084788-7 (англ.) Ю Издательский дом "Вильямс", 2003 Ю Ргеиюе Най РТК, 2001 Скляр, Бернард. С43 Цифровая связь.

Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильямс", 2003.— 1104 с.: ил. — Парал. тит. англ. 1БВ)ч) 5-8459-0497-8 (рус.) Предлагаемую книгу стоит прочесть всем, кто интересуется цифровой связью. Это учебник, в котором математически строго описаны все преобразования, которым подвергается информация на пути от источника к адресату. Это также и справочник, в котором дано описание схем, необходимых для практической реализации соответствующих математических абстракций.

И, наконец, зто просто хорошая и интересная книга для всех тех, кто хочет узнать все о цифровой связи, прочитав всего одну серьезную и, одновременно, доступную работу. СОДЕРЖАНИЕ гз 25 26 ПРЕДИСЛОВИЕ Структура книги Благодарности г9 54 58 61 62 63 64 70 71 71 74 77 77 78 И ГЛАВА 1. СИГНАЛЫ И СПЕКТРЫ !.1. Обработка сигналов в цифровой связи 1.1.1. Почему "цифровая*' 1.1.2. Типичная функциональная схема и основные преобразования 1.1.3. Основная терминология цифровой связи 1.1.4. Цифровые и аналоговые критерии производительности 1.2. Классификация сигналов 1.2.1.

Детерминированные и случайные сигналы 1.2.2. Периодические и непериодические сигналы 1,2.3. Аналоговые и дискретные сигналы 1.2.4. Энергетические и мошностные сигналы 1.2.5. Единичная импульсная функция 1.3. Спектральная плотность 1.3.!. Спектральная плотность энергии 1.3.2. Спектр льная плотность мощности 1,4. Автокорреляция 1.4.1.

Автокорреляция энергетического сигнала 1.4.2. Автокорреляция периодического сигнала 1.5. Случайные сигналы !.5.1. Случайные переменные 1.5.2. Случайные процессы 1.5.3. Усреднение по времени и эргодичность 1.5.4. Спектральная плотность мощности и автокорреляционная функция случайного процесса 1.5.5. Шум в системах связи 1.б. Передача сигнала через линейные системы 1.6.1.

Импульсная характеристика 1.6.2. Частотная передаточная функция 1.6.3. Передача без искажений 1.6.4. Сигналы, цепи, спектры 1.7. Ширина полосы при передаче цифровых данных 1.7.1. Видеосигналы и полосовые сигналы 1.7.2. Дилемма при определении ширины полосы 1.8. Резюме Литература Задачи Вопросы для самопроверки 30 30 32 39 41 41 41 42 42 42 44 44 44 45 47 47 48 48 48 50 53 ГЛАВА 2. ФОРМАТИРОВАНИЕ И НИЗКОЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ 2.1.

Низкочастотные системы 2.2. Форматирование текстовой информации (знаковое кодирование) 2.3. Сообщения, знаки и символы 2.3.1. Пример сообщений, знаков и символов 2.4. Форматирование аналоговой информации 2.4.!. Теорема о выборках (теорема Кобельникова) 2.4.2.

Наложение 2.4.3. Зачем нужна выборка с запасом 2.4.4. Сопряжение сигнала с цифровой системой 2.5. Источники искажения 2.5.1. Влияние дискретизации и квантования 2,5.2. Воздействие канала 2.5З. Отношение сигнал/шум для квантованных импульсов 2.6. Импульсно-кодовая модуляция 2.7. Квантование с постоянным и переменным шагом 2.7.1. Статистика амплитуд при передаче речи 2.7.2. Неравномерное квантование 2.7.3. Характеристики компандирования 2.8. Низкочастотная передача 2.8.1.

Представление двоичных цифр в форме сигналов 2.8.2. Типы сигналов РСМ 2.8.3. Спектральные параметры сигналов РСМ 2.8.4. Число бит на слово РСМ и число бит на символ 2.8.5. М-арные импульсно-модулированные сигналы 2.9. Корреляционное кодирование 2.9.1.

Двубинарная передача сигналов 2.9.2. Двубинарное декодирование 2.9.3. Предварительное кодирование 2.9.4. Эквивалентная двубинарная передаточная функция 2.9.5. Сравнение бинарного и двубинарного методов передачи сигналов 2.9.6. Полибинарная передача сигналов 2,10. Резюме Литература Задачи Вопросы для самопроверки 83 84 87 87 90 91 91 97 101 103 104 104 105 106 107 109 109 111 111 113 113 113 117 118 119 122 122 123 124 125 126 127 127 128 128 131 ГЛАВА 3. НИЗКОЧАСТОТНАЯ ДЕМОДУЛЯЦИЯ/ДЕТЕКТИРОВАНИЕ 3.1. Сигналы и шум 3.1.!. Рост вероятности ошибки в системах связи 3.!.2. Демодуляция и детектирование 3.1.3.

Векторное представление сигналов и шума 3.! 4. Важнейший параметр систем цифровой связи — отношение сигнал/шум 133 134 134 135 138 146 !47 148 148 151 153 155 227 231 Солеожание 3.1.5. Почему отношение .6ь/Л', — это естественный критерий качества 3.2. Детектирование двоичных сигналов в гауссовом шуме 3.2.1. Критерий максимального правдоподобия приема сигналов 3.2.2. Согласованный фильтр 3.2.3. Реализация корреляции в согласованном фильтре 3.2.4. Оптимизация вероятности ошибки 3.2.5.

Вероятность возникновения ошибки при двоичной перелаче сигналов 3.3. Межсимвольная интерференция 3.3.1. Формирование импульсов с целью снижения !8! 3.3.2. Факторы роста вероятности ошибки 3.3.3. Демодуляция/детектирование сформированных импульсов 3.4. Выравнивание 3.4.1. Характеристики канала 3.4.2. Глазковая диаграмма 3.4.3.

Типы эквалайзеров 3.4.4. Заланное и адаптивное выравнивание 3.4.5. Частота обновления фильтра 3.5. Резюме Литература Задачи Вопросы дая самопроверки ГЛАВА 4. ПОЛОСОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ 4.1. Зачем нужна модуляция 4.2. Методы цифровой полосовой модуляции 4.2.1. Векторное представление синусоиды 4.2.2. Фазовая манипуляция 4.2.3. Частотная манипуляция 4.2.4.

Амплитудная манипуляция 4,2.5. Амплитудно-фазовая манипуляция 4.2.6. Амплитуда сигнала 4.3. Детектирование сигнала в гауссовом шуме 4.3.1. Области решений 4.3.2. Корреляционный приемник 4.4. Когерентное детектирование 4,4.1. Когерентное детектирование сигналов РЗК 4.4.2. Цифровой согласованный фильтр 4.4.3. Когерентное детектирование сигналов МРЗК 4.4.4. Когерентное детектирование сигналов РБК 4.5. Некогерентное детектирование 4.5.1. Детектирование сигналов в дифференциальной модуляции РВК 4.5.2. Пример бинарной модуляции !ЗРАК 4.5.3. Некогерентное детектирование сигналов РЗК 4.5.4. Расстояние между тонами для некогерентной ортогональной передачи РВК-модулированных сигналов 4.6.

Комплексная огибаюшая 159 164 167 17! 174 177 177 179 180 187 189 190 190 !9! 194 196 196 199 201 202 203 203 204 204 205 206 210 210 211 215 218 221 221 223 225 4,6.1. Квадратурная реализация модулятора 4.6.2. Пример модулятора 138РЗК 4.6.3. Пример демодулятора 138РБК 4.7. Вероятность ошибки в бинарных системах 4.7.1. Вероятность появления ошибочного бита при когерентном детектировании сигнала ВРБК 4.7.2. Вероятность появления ошибочного бита при когерентном детектировании сигнала в дифференциальной модуляции ВРЗК 4.7.3.

Вероятность появления ошибочного бита при когерентном детектировании сигнала в бинарной ортогональной модуляции ГЗК 4.7.4. Вероятность появления ошибочного бита при некогерентном детектировании сигнала в бинарной ортогональной модуляции РЗК 4.7.5. Вероятность появления ошибочного бита для бинарной модуляции )ЗРАК 4.7.6. Вероятность ошибки для различных модуляций 4.8. М-арная передача сигналов и производительность 4.8.1. Идеальная достоверность передачи 4.8.2. М-арпад передача сигналов 4.8.3. Векторное представление сигналов МРЗК 4.8.4. Схемы ВРЗК и 9РЗК имеют одинаковые вероятности ошибки 4.8.5.

Векторное представление сигналов МРЗК 4.9. Вероятность символьной ошибки для М-арных систем (М > 2) 4.9.1. Вероятность символьной ошибки лля модуляции МРЗК 4.9.2. Вероятность символьной ошибки для модуляции МГЭИК 4,9.3. Зависимость вероятности битовой ошибки от вервятности символьной ошибки для ортогональных сигналов 4.9.4. Зависимость вероятности битовой ошибки от вероятности символьной ошибки дл» многофазных сигналов 4.9.5.

Влияние межсимвольной интерференции 4.10. Резюме Литература Задачи Вопросы для самопроверки 231 232 234 236 236 238 239 240 243 245 246 246 246 248 250 251 256 256 257 258 260 261 262 262 263 266 ГЛАЗА 5. АНАЛИЗ КАНАЛА СВЯЗИ 5.1. Что такое бюджет канала связи 5.2. Канал 5.2.1. Понятие открытого пространства 5.2.2. Снижение достоверности передачи 5.2.3.

Источники возникновения шумов и ослабления сигнала 5.3. Мощность принятого сигнала и шума 5.3.1. Дистанционное уравнение 5.3.2. Мощность принятого сигнала как функция частоты 5.3.3. Потери в тракте зависят от частоты 5.3.4. Мощность теплового шума 5.4. Анализ бюджета канала связи 5.4.1. Два важных значения Е,77У, 2б9 270 270 271 27! 272 277 277 280 282 283 285 288 5.4.2. Бюджет канала обычно вычисляется в децибелах 5.4.3.