Отношение сигнал-шум и глаз-диаграммы.
При изучении основ телекоммуникаций все мы неизбежно сталкиваемся с изучением влияний шумов. Это необходимо, потому что шум влияет на правильность воспроизведения передаваемого сообщения на приеме. Для аналоговых сигналов, таких как речь и музыка, шум может представлять искажения звука, щелчки, шипение. Для цифровых сигналов – неверно принятые биты. В обоих случаях информация теряется.
Неудивительно, что шум научились измерять количественно. Самое распространенное средство – отношение сигнал-шум (С/Ш, SNR – signal-to-noise ratio), представляющее собой отношение уровня напряжения (или мощности) полезного сигнала к уровню напряжения (или мощности).Обычно при измерении отношения С/Ш используют децибелы:
С/Ш dB = 20 log (Vc/Vш) или С/Ш dB = 10 log (Pc/Pш)
Для того чтобы произвести эти вычисления, необходимо осуществить измерения напряжения (мощности) сигнала и шума. В лабораторных условиях уровень шума контролируем и может быть удален из сигнала. Но на практике сигнал и шум разделить нельзя, поэтому используется альтернативное выражение:
С/Ш = (С+Ш)/Ш
Очевидно, что два разных выражения для нахождения соотношения С/Ш дают два разных результата. Но для сравнения двух простых систем, эта разница несущественна. Более того, чем больше соотношение С/Ш, тем меньше разница между этими значениями.
Ограничение ширины полосы частот
Измерение отношения С/Ш обычно производится на выходе приемника. Шум может попасть в систему передачи информации на любом этапе передачи сообщения, но наиболее вероятная точка проникновения – это канал передачи данных, из-за своей доступности и невозможности его полностью контролировать. Это значит, что спектр шума, попадающего в систему, всегда ограничен, так же как и ограничен спектр передаваемого по каналу связи сигнала. Для того, чтобы наши измерения максимально были близки к реальной системе связи, мы ограничим спектр сигнала и шума.
Спектр псевдошумовых последовательностей
Псевдошумовые последовательности (ПШ последовательности, псевдослучайные последовательности, PN последовательности) – тип сигналов, широко применяющийся в разных системах модуляции, таких как CDMA и DSSS. Также эти последовательности могут быть использованы в экспериментальных целях для моделирования шума.
Для того, чтобы понять что именно представляют собой ПШ последовательности, необходимо вернуться к рассмотрению спектра последовательностей импульсов. Вспомним, что все импульсы состоят из теоретически бесконечного набора синусоидальных колебаний – основного и производных гармоник, по частоте кратных основному. Частота и амплитуда гармоник зависит от частоты импульсов и их скважности. Но при всем этом, спектральные композиции всех импульсных последовательностей имеет вид функции кардинального синуса и выглядят примерно так, как показано на рисунке 14.1.
Рисунок 14.1
Рисунок 14.3 показывает спектральную композицию последовательности прямоугольных импульсов с частотой 1кГц и скважностью 25%. Заметьте, что график также имеет вид функции кардинального синуса.
Рисунок 14.3
Примеры на рисунках 14.2 и 14.3 показательны. Во-первых, они показывают нам, что некоторые гармоники импульсных последовательностей имеют амплитуду равную нулю. Во-вторых, чем меньше скважность импульсов, тем больше значащих гармоник появляется в спектре сигнала.
3. Спектр дискретизированного сообщения.
Эффект
наложения спектров
Дискретизация и восстановление сигналов.
Преобразование непрерывного информационного множества аналоговых сигналов в дискретное множество называется дискретизацией или квантованием по уровню.
Импульсно-кодовая модуляция.
Используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео,голос, музыка, данные телеметрии, виртуальные миры) допускают применение ИКМ.
ИКМ-кодирование постоянного и синусоидального напряжений.
ИКМ-кодирование непрерывного изменяющихся напряжений
5.. Демодуляция ИКМ сигналов.
На приёмном конце канала связи демодулятор преобразует последовательность битов в импульсысобственным генератором с тем же уровнем квантования, который использовал модулятор. Далее этиимпульсы используются для восстановления аналогового сигнала в ЦАП.
Восстановление сообщения.
Спектр декодированного ИКМ-сообщения
Дискретизация при импульсно-кодовой модуляции.
Выход кодера
сигнала на выходе ИКМ- декодера
Наложение спектров и частота Найквиста.
Частота Найквиста основана на двух предположениях. Во-первых, восстанавливающий фильтр имеет частоту среза чуть выше самой высокой частоты сообщения .Во-вторых, все частоты выше частоты среза подавляются фильтром полностью.
Примечание: Увеличивая тактовую частоту на 8 кГц, тем самым вы увеличите частоту дискретизации на 1000 Отсчетов/с.