Технология цифровой связи (стр. 9 из 14)
Cогласованный фильтр обеспечивает максимальное отношение сигнал/шум на выходе фильтра в момент t = T. Как одна из реализаций согласованного фильтра описывался коррелятор. Теперь мы можем определит корреляционный приемник, состоящий, как показано на рисунке 8.1 а, из М корреляторов, выполняющих преобразование принятого сигнала r(t) в последовательность М чисел или выходов коррелятора, zi(T) (i= 1,..М). Каждый выход коррелятора описывается следующим интегралом произведения или корреляцией с принятым сигналом.
Рисунок 8.1- Корреляционный приемник
8.3Когерентный и некогерентный прием
На рисунке 8.1,б показан детектор, который может использоваться для когерентного обнаружения любого цифрового сигнала. Подобный корреляционный детектор часто называется детектором, работающим по критерию максимального правдоподобия (maximumlikelihooddetector).
Вообще, схема DPSK менее эффективна, чем PSK, поскольку в первом случае вследствие корреляции между сигналами, ошибки имеют тенденцию к распространению (на соседние времена передачи символов). Стоит помнить, что схемы PSK и DPSK отличаются тем, что в первом случае сравнивается принятый сигнал с идеальным опорным, а во втором — два зашумленных сигнала. Отметим, что модуляция DPSK дает вдвое больший шум, чем модуляция PSK. Следовательно, при использовании DPSK следует ожидать вдвое (на 3 дБ) большей вероятности ошибки, чем в случае PSK; ухудшение качества передачи происходит довольно быстро с уменьшением отношения сигнал/шум. Преимуществом схемы DPSK можноназвать меньшую сложность системы.
8.4Цифровой согласованный фильтр
Особенность согласованного фильтра - то, что его импульсная характеристика представляет собой запаздывающую версию зеркального отображения (поворота относительно оси t = 0) входного сигнала.
Рисунок 8.2 - Цифровой согласованный фильтр:
а) дискретный согласованный фильтр;
б) пример обнаружения с использованием дискретного согласованного фильтра.
На рисунке 8.2, б, где сигналы-прототипы изображены как функции времени, видим, что крайняя слева выборка (амплитуда, равная +1 графика) s1(t) представляет выборку в момент времени к = 0. Предполагая, что передан был сигнал s1(t) и для упрощения записи мы пренебрегли шумом, можем записать принятую выборку r(к) как s1(t). Выборки заполняют разряды согласованного фильтра, и в конце каждого периода передачи символа в крайнем правом разряде каждого регистра расположена выборка к = 0. По этой причине коррелятор можно реализовать как согласованный фильтр.
На рисунке 8.2, б обнаружение, происходящее после выхода сигнала с согласованного фильтра, осуществляется обычным образом. Для принятия двоичного решения выходы Zi(k) изучаются при каждом значении k=N-l, соответствующем концу символа.
8.5 Оценка помехоустойчивости модулированных сигналов
В таблице 8.1 и на рис.8.3 приведены аналитические выражения и графики Рв для наиболее распространенных схем модуляции, описанных выше.
Т а б л и ц а 8.1 - Вероятность ошибки для различных бинарных модуляций
| Модуляция | РВ |
| PSK (когерентное обнаружение) |  |
| DPSK (дифференциальное когерентное обнаружение) |  |
| Ортогональное FSK (когерентное обнаружение) |  |
| Ортогональное PSK (некогерентное обнаружение) |  |
Рисунок 8.3 - Вероятность появления ошибочного бита для бинарных систем нескольких типов
9 Лекция №9. Методы синхронизации в ЦСС
Цель лекций: изучение методов синхронизации в ЦСС.
Содержание:
а) синхронизация в синхронных и асинхронных системах;
б) синхронизация поэлементная, групповая и цикловая;
в)когерентный и некогерентный прием;
г) цифровой согласованный фильтр.
9.1 Синхронизация в синхронных и асинхронных системах
При синхронном методе передачи передатчик непрерывно формирует элементы сигнала длительностью τ0, равной единичному интервалу элементы объединяются в комбинации длительностью Тк. Зная момент начала включения передатчика t0, можно определить время прихода единичного элемента, а зная число единичных элементов кодовой комбинации, легко отделить одну кодовую комбинацию от другой. На рисунке 9.2, б, в показаны соответственно импульсы отделяющие один элемент от другого и одну группу элементов от другой. Определив интервалы времени, на которых появляются элементы, можно предсказать время прихода наиболее устойчивой части элементов сигнала. Регистрируя сигнал в этой части, можно снизить вероятность неправильного приема элемента.
Синхронная работа распределителя передатчика и приемника обычно поддерживается автоматически. Для этого в приемнике по мере необходимости вырабатываются сигналы подстройки частоты задающего генератор (ЗГ) приема. Частота этого генератора должна по возможности совпадать с частотой генератора передачи. Пусть частота ЗГ fзп на передачи равна номинальной fн. Частота ЗГ на приеме вследствие нестабильности может отклоняться от номинального значения fн на величину Δf (коэффициент нестабильности k= Δf/ fн). Уход частоты ЗГ на приеме приводит к отклонению тактовой последовательности от ее идеального положения, причем, со временем расхождения по фазе будет накапливаться. Пусть в момент t0=0 тактовая последовательность совпадает с идеальной. Определим время, за которое уход по фазе в полях от длительности единичного элемента будет равен величине ε. Для этого рассмотрим два гармонических сигнала с частотами f1 и f2, вырабатываемых соответственно ЗГ на передаче и приеме (рисунок 9.1). Из этих колебаний формируется тактовая последовательность (последовательность синхроимпульсов).
Пусть f1=1/(Т-ΔТ), где Т= τ0, f2=1/(Т+ΔТ). За τ0/ ΔТ=n единичных интервалов расхождение по фазе достигнет ε=1. Это произойдет за время
(9.1)
где κ= ΔТ/ τ0 или с учетом относительной нестабильности генератора передатчика и приемника tε=1/2κВ.
Если обозначить допустимое расхождение по фазе через εдоп, то время, за которое уход по фазе будет превышать допустимое значение (произойдет рассинхронизация),
(9.2)
Если εдоп выразить в процентах от единичного элемента, то формула (9.2) примет вид
(9.3)
Используя полученное выражение, можно также для заданных tε доп и В определить необходимую величину κ.
Рисунок 9.1 - Гармонические сигналы задающих генераторов передачи и приема
9.2Синхронизация поэлементная, групповая и цикловая
Синхронизация есть процесс установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами. Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизацию. В соответствии с ГОСТ 17657–79 поэлементная, групповая и цикловая синхронизация - это синхронизация переданного и принятого цифровых сигналов данных, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых соответственно единичных элементов сигналов, групп единичных элементов этих сигналов и циклов их временного объединения. Поэлементная синхронизация позволяет на приеме правильно отделить один единичный элемент от другого и обеспечить наилучшие условия для его регистрации. Групповая синхронизация обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовые комбинации, а цикловаясинхронизация - правильное разделение циклов временного объединения элементов на приеме. Обычно задачи цикловой и групповой синхронизации решаются одними и теми же методами.
Рисунок 9.2 - Формирование элементов кодовой комбинации при синхронном методе передачи
Рассмотрим особенности поэлементной и групповой синхронизации стартстопных систем.
Устройства и принцип работы синхронизации по элементам. К устройствам синхронизации по элементам предъявляются следующие требования:
1. Высокая точность синхронизации. Допустимое относительное отклонение синхроимпульсов (тактовых импульсов) от моментов, соответствующих идеальной синхронизации, εдоп= ± 3%.
2. Малое время вхождения в синхронизм как при первоначальном включении, так и после перерыва связи.
3. Сохранение синхронизма при наличии помех и кратковременных перерывов связи.
4. Независимость точности синхронизации от статической структуры передаваемого сообщения.
Указанные требования противоречивы. Однако путем выбора рациональной структуры сигналов и выбора оптимальных параметров устройств синхронизации можно обеспечить требуемую точность синхронизации.