Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Чаще всего используемым методом синхронизации является корреляция с известной последовательностью Баркера, которая при надлежащей синхронизации дает яркий корреляционный пик, а при ее отсутствии — малый корреляционный выход. С помощью короткой последовательности Баркера 10 1 1 1 (первым является левый крайний бит) спроектируйте дискретный согласованный фильтр, подобный приведенному на рис. 4.!О, который согласовывается с данной последовательностью. Докажите его пригадносзь, изобразив как функцию времени выход в зависимости от входа, на который поляна последовательность 1 0 1 1 1. Вопросы ддя самопроверки 4.1, В какой точке системы определяется отношение Ег/А!е (см.
раздел 4.3,2)? 4.2. Амплитудная или фазовая манипуляция представляется как совокупность точек или век торов на плоскости. Почему подобное представление нельзя использовать лля ортогональ ной передачи сигналов, например сигналов РБК (см. Раздел 4.4.4)? Глава 4. Полосоеая модуляция и демодуляция 4.8. Чему при передаче сигналов МР8К равно минимальное расстояние между тонами, обеспечивающее орглаганальносмь сигналов (см.
раздел 4.5.4)? 4.4. Какие преимущества при представлении синусоид дает комплексная зались (см, разделы 4.2.! и 4.б)? 4.5. Схемы цифровой модуляции относятся к одному из двух классов с протнвоположнымн поведенческими характеристиками: схемы с аргноганальной передачей сигналов и схемы с филовой)амнлитудной модуляцией. Опишите поведение каждого класса (см. раздел 4.3.2).
4.6. Почему двоичная фазовая манипуляция (Ыпагу рйазе зИЙ йеу(пб — ВР8К) и четверичная фазовая манипуляция (Чоагетыу роше зйй !геу(пд — ОРЗК) имеют одинаковую вероятность битовой ошибки (см. Раздел 4,3.4)? 4.7. Почему при многофазной манипуляции (пшрйр!е-рйазе зйй )геу!п8 — МРБК) э(34екюианасгнь использования полосы повышается с увеличением размерности сигнального пространства (см. разделы 4 8.2 и 4,8,3)? 4.8.
Почему при ортогональной передаче, например передаче сигналов МР8К, достоверность передачи повышается с увеличением размерности сигнального пространства (см. раздел 4.8,5)? 4.9. Применение кода Грея является одним из редких случаев в цифровой связи, где определенное преимушество может быль получено белюзмеж)но. Объясните, почему (см.
раздел 4.9.4). 4.10. Резюме 267 Анализ канала связи Символы сообщений ходимый элемент Символы сообщений Источник информации От других источников Канальные~ символы Дэугиы адресатам ГЛАВА 5 5.1. Что такое бюджет канала связи Когда говорим о канале связи (сонник!сайоп )шЦ, какую часть системы мы подразумеваем? Зто физический канал или область между передатчиком и приемником? Нет, зто нечто большее. Канал представляет собой тракт связи, который начинается с информационного источника, проходит через все этайы кодирования и модуляции, передатчик, физический канал, приемник (со всеми его этапами обработки) и завершается на получателе информации. Что такое анализ канала связи? Какова его роль при разработке системы связи? Анализ канала связи и его результат, бюджет канала, состоят из вычисления и табулирования полезной мошности сигнала и паразитной мошности шума в приемнике. Бюджет канала — это расчет баланса потерь н прибыли; он определяет подробное соотношение между ресурсами передачи и приема, источниками шума, поглотителямн сигнала и результатами процессов, выполняемых в канале.
Некоторые параметры бюджета являются статистическими (например, скидка на замирание сигнала, которое описывается в главе 15). Бюджет — это метод оценки, позволяющий определить достоверность передачи системы связи. В главах 3 и 4 мы рассматривали графики зависимости вероятности ошибки от отношения ЕДЫ„имеющие "водопадоподобную" форму, подобную показанной на рис. 3.6. В этих главах для различных типов модуляции мы связали вероятность ошибки с отношением ЕЩ при гауссовом шуме. После того как выбрана схема модуляции, требования к определенной вероятности ошибки диктуют выбор рабочей точки на кривой зависимости; другими словами, требуемая достоверность передачи определяет значение Е„/М„которое должно быть доступным в приемнике для получения этой достоверности.
Основная задача анализа канала связи — это определить дейсглвишеяьвую рабочую точку системы на графике, изображенном на рис. З.б, н установить, что вероятность ошибки, связанная с этой точкой, меньше (или равна) требуемой. Из множества спецификаций, анализов и табличных представлений, используемых для разработки системы связи, бюджет канала занимает особое место, поскольку обеспечивает обзор системы в целом. Изучая бюджет канала, можно многое узнать об обшей структуре и производительности системы. Например, из энергетического резерва канала связи можно узнать, как система удовлетворяет многочисленным требованиям — идеально, с натяжкой или вообше не удовлетворяет. Бюджет канала связи может показывать, сушесгвуют ли какие-либо аппаратные ограничения и можно ли их компенсировать за счет других частей канала Вообше, бюджет канала часто используется для расчета компромиссов системы и изменения конфигурации; кроме того, он способствует пониманию различных аспектов и взаимозависимостей на уровне подсистем.
Краткое изучение бюджета канала и сопровождающей его документации позволяет судить о том, был ли анализ выполнен точно или представляет грубую оценку. Вместе с другими методами моделирования бюджет канала помогает предсказать вес и размер оборудования, первоначальные энергетические требования, технические риски и стоимость системы. Бюджет канала — это один из самых важных документов управляюшего системой; он представляет "итоговый отчет" по поиску оптимальной производительности системы.
5.2. Канал Среда распространения, или электромагнитный тракт связи, соединяющий перелатчик и приемник, называется каналом. Вообше, каналы связи могут состоять из проводников, ко- Глава б. Анализ канала связи аксиальных и оптоволоконных кабелей, а также (в случае передачи в радиодизпазоне частот) валноводов, атмосферы илн открытого пространства. Дая болылинства наземных каналов связи пространспю канала проходит через атмосферу. Для спутниковых каналов связи канал, в основном, проходит через открытое пространство. Следует напомнить, что хотя некоторые атмосферные явления происходят на высоте до 100 км, основная часп, атмосферы лежит асе же ниже 20 км.
Следовательно, на атмосферу приходится только небольшая часть (0,05%) обшей длины (35 800 км) тракта связи. Большая часть предлагаемой главы представляет анализ канала связи в контексте подобной спутниковой связи. Вопросы наземных беспроводных каналов связи будуг рассмотрены в главе 15. 6.2.1. Понятие открытого пространства Понятие оявгрьаиого лросгярагктява подразумевает канал, свободный от любых помех распространению в диапазоне радиочастот, таких как поглощение, отражение, преломление или дифракции. Если часть канала приходится на атмосферу, эта часть должна быть однородной и удовлетворять всем указанным условиям. Предполагается, что земля находится бесконечно далеко (или что ее коэффициент отражения пренебрежимо мал).
Предполагается также, что энергия, передаваемая на радиочастотах, является функцией только расстояния от передатчика (и, как в оптике, подчиняется закону обратных квадратов). Канавы открьпого пространства описывают идеальный тракт распространения ралиочастот; на практике распространение через атмосферу и возле поверхности земли подвержено поглощению, отражению, дифракции и рассеиванию, что корректирует передачу в открытом пространстве. Атмосферное поглощение рассмотрено в последующих разделах. Отражение, дифракция и рассеивание, которые имеют важную роль в определении производительности наземной связи, рассмотрены в главе 15. Кроме того, всестороннее обсуждение этих вопросов представлено в работе Щ. 5.2.2. Снижение достоверности передачи В главе 3 было установлено, что существует две основные причины снижения достоверности передачи.
Первая — это уменьшение отношения сигнал/шум. Вторая — эго искажение сигнала, которое может быть вызвано межсимвольной интерференцией (шгепугпьо( шгег(егепсе — !81). В главах 3 и 15 рассматривакпся определенные методы выравнивания, уменьшающие последствия 181. В данной главе мы обсудим "бухгалтерию" усиления и рассеивания мощности сигнала. В бюджет канала мы не будем включать межсимвольную интерференцию, поскольку ее особенностью является то, что повышение мощности сигнала не всегда устраняет искажение, вызванное 181 (см. раздел 3.3.2.) Для цифровой связи вероятность ошибки зависит от отношения Еь/Ме в приемнике, определенного в формуле (3.30) следующим образом: Другими словами, Е~И, — это мера нормированного отношения сигнал/шум (8/М или Бг(й).
Если не оговорено другое, под ЯИК подразумевается отношение средлей мощности сигнала к средней мощности шума. Сигналом может быть информационный сигнал, видеоимпульс или модулированная несущая. Уменьшение БХК может происходить двумя способами: (1) путем снижения желаемой мощности сигнала и (2) посредством повышения мощности шума или мощности сигналов, интерферирующих с полезным сигналом.
5.2. Канав Зги механизмы будем называть, соответственно, ослаблением (или потерями) и шумам (или интерференцией) Ослабление происходит при поглощении, отклонении или отражении части сигнала при его прохождении к заданному приемнику; таким образом, часть пере~шиной энергии не доходит до пункта назначения. Существует несколько источников электрических шумов и интерференции, возникающих вследствие различных механизмов, — тепловой шум, галактический шум, атмосферные помехи, помехи от коммутирующих элементов, перекрестные помехи и интерферируюшис сигналы от других источников. При промышленном использовании термины потеря и шум часто нс различаются, поскольку их эффект на систему свзинаков. 5.2.3.
Источники возникновения шумов и ослабления сигнала На рис. 5.1 представлена блок-схема спутникового канала связи с источниками возникновения шумов и ослабления сигнала. На данном рисунке механизмы ослабления (или потерь) сигнала показаны затененными, а источники шума — штрихованными прямоугольниками. Источники, ослабляющие сигнал и вносящие шум, представлены сетчатыми прямоугольниками. Ниже приводится перечень источников (21 наименование) ухудшения качества передачи, в котором описаны важнейшие "вкладчики" в ухудшение отношения 5ХВ Нумерация списка соответствует нумерации, приведенной на рис. 5.1 1. Потери, связанные с ограничением полосы.
Все системы используют в передатчика фильтры для передачи энергии в ограниченной или выделенной полосе. Это позволяет исключить интерференцию с сигналами других каналов или пользователей, а также удовлетворить требования органов государственного регулирования. Подобная фильтрация уменьшает общее количество передаваемой энергии; результат — ослабление сигнала. 2. Межсимвольная интерференция. Как показывалось в главе 3, фильтрация в системе — передатчике, канале и приемнике — может привести к межсимвольной интерференции. Принятые импульсы перекрываются; хвост одного импульса "размывается" на соседние символьные интервалы, что мешает процессу детектирования.
Даже при отсутствии теплового шума, неидеальная фильтрация, ограничение полосы системы и замирание в каналах приводят к возникновению межсимвольной интерференции. 3. Фазовый шум гетерадина. При использовании в процессе смешения сигналов гетсродина, случайное смещение фазы добавляет к сигналу фазовый шум. При использовании в корреляционном приемнике опорного сигнала случайное смещение фазы может привести к уменьшению возможностей детектора, а следовательно, к ослаблению сигнала. В передатчике случайное смещение фазы может привести к размыванию полосы выходного снгнада, которая затем будет ограничена выходным фильтром, что приведет к ослаблению сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
