Многолучевое распространение.

Замирание:

Быстрое ∆ℓ ~ λ/2 (0,33мм) от 20 до 30 дб.

Медленное ∆ℓ >>λ/2

Амплитудные замирания – весь спектр меняет амплитуду

Селективные замирания – отдельные составляющие спектра (при широком спектре).

Канал с замиранием:

1. Канал с аддитивным белым гауссовым шумом (косм. связь, передача по кабелю). (Additive White Gaussian Noise = AWGN).

2. Релеевское замирание: среди всех траекторий нет ни одной доминирующей.

3. Райсовское замирание: есть прямая траектория и несколько непрямых.

Характеристикой канала связи является отношение

К = мощн. доминир. сигнала/мощн. отраженных сигналов.

Методы компенсации ошибок.

Прямое исправление ошибок – в цифровых системах связи с радиопередачей оцифрованного звука или видео:

а) В каждый из блоков данных передатчик включает определенное число доп. Избыточных битов – эти биты вычисляются как функция битов данных и составляют код коррекции ошибок. (БД/ИЗБ Б = 1/2 +1/3).

б) Для каждого полученного блока битов приемник, используя биты данных, вычисляет код коррекции ошибок. Если рассчитанный код совпадет с полученным, то в принятом блоке ошибок нет.

в) Несовпадение полученного и рассчитанного кодов означает наличие ошибок в одном или нескольких битах. Если число ошибочных битов меньше порогового, приемник может определить их местонахождение и исправить их.

Адаптивное выравнивание используется при передаче аналоговых и цифровых данных и является средством борьбы с межсимвольной интерференцией. Из каждого символа берется 5 выборок:

Коэффициенты C_i задаются с помощью заранее известной настроечной последовательности битов (это делается периодически).

Приемник сравнивает полученные данные с их ожидаемыми значениями и, в результате, рассчитываются C_i . Для плохих каналов связи настроечная последовательность включается в каждый блок данных.

Методы разнесения

Основываются на том, что в каждом канале замирания происходят независимо. Если каналов много, то через каждый из них можно передать часть информации – это снижает уровень ошибок, а с таким сигналом можно дополнительно применять предыдущие методы.

В некоторых системах используется пространственное разнесение. Бывают разнесения по частоте и во времени.

При частотном разнесении сигнал распределяется по широкому диапазону частот или передается посредством нескольких несущих.

При временном разнесении выигрыш при медленных замираниях.

а) поток TDM(временное уплотнение)

б) перемешивание без TDM

На рисунке разделение пакетов ошибок с помощью чередования блоков данных.

Методы кодирования сигналов.

Схема кодирования представляет собой отображение информационных битов в сигнальные посылки. Для оценки различных схем кодирования надо сопоставлять такие факторы, как: спектр сигнала, способ синхронизации, уровень интерференции сигналов и помехоустойчивость, стоимость и сложность.

1. Цифровые данные, аналоговые сигналы. (тел. Сеть)

Полоса: 300 – 3400 Гц.

1. Амплитудная манипуляция (ASK).

Используемое при скоростях 1200 бит/с

Этот метод применяется в оптоволоконных системах на больших скоростях.

2. Частотная манипуляция (FSK, бинарная BFSK, F1->1, F2->0).

Бинарная ЧМ дает меньше ошибок, чем АМ

Пример: применение ЧМ для дуплексной работы в телеф.линии.

“Dell System 108” эта схема используется на радио-частотах 3 – 30 мГц, а в кабельных сетях на более высоких частотах.

* Многочастотная манипуляция(MFSK)

	01	11	00	10
F1	///
F2		///
F3			///
F4				Ts

1. 11 00 10 – передаточные 2-х битовые комбинации

Если Ts – длительность сигнала посылки, М – число сигнальных посылок, L – 2 бита в посылке, то

Пример: df = 450 кГц, М=8, L=3, тогда скорость передачи 50 Кбит/с.

* Фазовая манипуляция (ФМ), (PSK).

Б инарная ФМ (двухуровневая)

* Дифференциальная. PSK.

Сдвиг фаз осуществляется относительно предыдущего переданного бита, а не относительно эталонного сигнала, как было выше.

* Четырехуровневая (PSK).

При квадратурной ( ) фазовой манипуляции (QPSK)

К аждая сигн.посылка содержит 2 бита

Тв – длительность бита

Модуляторы QPSK – без задержки (на 1 бит)

Модуляторы OQPSK – с задержкой (ортогональные)

Задержка Тв – уменьшает в двух каналах, что технически легче и уменьшает вероятность ошибки, особенно, при больших скоростях передачи.

* Многоуровневая фазовая манипуляция

Можно в каждой сигнальной посылке использовать по 3 или 4 бита и 8 или 16 фазовых углов.

Пусть в каждой посылке L содержится по 4 бита, т.е. L=4 и применены 16 разных комбинаций фазы и амплитуды. Следовательно, скорость модуляции D(бод)=R/4, где R-скорость передачи данных R=1/tв, tв- длина бита (длительность). Скорость модуляции D – скорость изменения уровня сигнала

1 Бод – 1 сигн. посылка в секунду.

Значит, скорость передачи данных 9600 бит/с (стандартный модем)

Итак:

, D- бод, R- бит/с, М – число разных сигн. посылок

, где L – число бит в сигнальной посылке

* Производительность.

Ширина полосы Вт для ASK(ампл. манипуляция):

ASK: Вт=(1+r)R, 0<r<1 – связано с методом фильтрации

FSK: - смещение частоты относительно несущей. На очень высоких fc доминирует член с . Пример: FSK – код по лок.сети =1,25 МГц, fc=5Мгц и R=1Мбит/с. В этом случае член 2 =2,5МГц доминирует. Если же взять модем «Bell 108», то при =100Гц, fc=1170Гц, R=300 бит/с, то доминирует член (1+r)R

Для многофазной:

MPSK: , полоса используется более эффективно.

MFSK:

Преимущества многоуровневых систем

	r=0	r=0,5	r=1
ASK Бинарная частотная манипуляция Широкопол.фазов.манипул. Многофазная: L=5, b=2 L=32., b=5	1 1 1 2 5	0,67 0,67 0,67 1,33 3,33	0,5 0,5 0,5 1,0 2,5

Если учесть шум в канале связи, то: (график)

Теор.частота битовых ошибок для разных схем кодирования.

• Квадратурная амплитудная модуляция QAM.

Схема совмещает АМ и ФМ. Передаются одновременно 2 сигнала на одной несущей, но с 90 градусным сдвигом.

При двухуровневой ампл.манипуляции каждый поток (и на входе 2 тоже) может находится в одном из 2-ух состояний, а объединенный поток – 2 Х 2= 4 сост. Если исходные потоки четырехуровневые, то на входе 4Х4 = 16. Реализованы системы с 64 и даже 256 сост., но ошибки.

Аналоговые данные, аналоговые сигналы А.М.

, если , то

- коэффициент модуляции

Х(t) – информационный сигнал

fc – несущая частота

Если :

Ширина спектра

Понятие об однонаправленной модуляции SSB.

Угловая модуляция (ЧМ и ФМ).

, при фазовой модуляции, где Np – коэффициент ФМ

, при частотной модуляции, где - коэффициент ЧМ

,

Максимальное отклонение (девиация) частоты

, Гц,

где Аm – мах m(t),Т.е. dF ~ амплитуде сигнала.

Полоса для угл. мод. (Правило Карсона):

,

где В- полоса сигнала, а

Для ЧМ:

Вывод: полосы ФМ и ЧМ >> АМ

Аналоговые данные, цифровые сигналы.

Цифровое представление аналоговых данных (AD) производится кодеком (кодер-декодер), в которых реализуется чаще 2 основных метода: импульсно-кодовую модуляцию и дельта-мод.

* Импульсно-кодовая модуляция (РСМ) основана на теореме Котельникова: аналоговый сигнал, имеющий ограниченный спектр fгр, может быть полностью представлен выборками, следующими через интервал времени . Для восстановления аналогового (непрерывного) сигнала достаточно эти выборки пропустить через идеальный ФНЧ с частотой среза fгр. Реализация идеального ФНЧ на короткий импульс выражается функцией типа

Сумма этих функций и дает исходный аналоговый сигнал.

Если например, сигнал по амплитуде можно разбить на 16 уровней, т.е. каждый уровень затем представить 4-х разрядным двоичным числом, то дискретность аппроксимации порождает шум квантования, который снижается с уменьшением шага квантования, т.е. веса мл.разряда (двоичного). Уменьшить шум квантования можно методом нелинейного кодирования: с уменьшением амплитуды уменьшить вес мл.двоичного разряда.

Аналогичный результат достигается при квантовании с постоянным шагом (весом мл.двоичного разряда), но при сжатии (компандировании) сигнала. На выходе обратная операция и динамический диапазон восстанавливается. Нелинейное кодировании улучшает сигнал / шум имп.-кодов.модуляции на 24-30 Дб.

Дельта модуляция Аналоговый сигнал апроксимируется ступенч. функцией, значение которой в каждый интервал выборки увеличивается или уменьшается на уровень квантования .

Преимуществом -модуляции по сравнению с имп.-кодов.модуляцией – простота реализации. Однако при равных скоростях передачи данных отношение сигнал / шум здесь хуже.

* Производительность: для передачи речи ( =4кГц) по амплитуде достаточно 128 уровней квантования (7 битный код), а по Котельникову выборки надо брать 8000 раз/с, т.е. скорость передачи 56 кбит/с. По Найквисту для такой скорости передачи данных нужна полоса 28 кГц.

Для улучшения качества Дельта-модуляции создана адаптивная Д.М., когда шаг (или амплитуда) квантования меняется в зависимости от крутизны сигнала. Например, если в выходном потоке квантователя чередуются «0» и «1», то шаг уменьшается, а при последовательных «0» и «1» шаг уменьшается или увеличивается, соответственно.

Применяется иногда в системах Bluetooth.