Drahtlose Kommunikation Fallstudie: Die Übertragung von Binärdaten

Die verschiedenen Blöcke eines digitalen Kommunikationssystems sind ein Hybrid aus zeitdiskreten Signalerzeugung und Filterung, zeitkontinuierliche Signalverarbeitung im Basisband-Frequenzen und zeitkontinuierliche Hochfrequenz (RF) nach oben und unten Konvertierung.

Beginnen Sie mit dem Signal

Ein digitales Kommunikationssignal im Basisband erfolgt in Form

woher ein_k ist eine Bit-Sequenz, die aus binären 0/1 Werte übersetzt worden ist 1 Werte auf +/-, p(t) Ist eine Impulsform, und EIN Faktor ist eine Amplitudenskala. Die Bit-Dauer ist T_h, so dass die serielle Bitrate R_b = 1 / T_b bps. Der Index k läuft über die Dauer der digitalen Nachrichtenfolge.

Gemeinsame Pulsformen sind rechteckig (RECT), Kosinus (RC) und Quadratwurzel Kosinus (SRC). Bei der kontinuierlichen Zeitdomäne ist das RECT Impuls nur

Im Geschäft Leitungscodes für digitale Signalisierung, x_bb(t) Unter der RECT Puls ist bekannt als nonreturn-to-zero (NRZ), da die Wellenform nicht bei Null liegt. Es ist auch üblich, zu erzeugen, x_bb(t) Zuerst in der diskreten Zeitdomäne, die äquivalente Impulsform Sequenz unter Verwendung p[n] erschaffen x_bb[n] Und einen Digital-zu-Analog-Wandler unter Verwendung von (DAC), um die Sequenz zu einem kontinuierlichen Zeitsignal umzuwandeln.

Für die drahtlose Kommunikation, müssen Sie das Basisbandsignal auf einer Trägerfrequenz zu setzen, ähnlich wie bei AM. Weil Cosinus- und Sinus-Funktionsträger orthogonal sind (in einem Vektor Sinne der Informationsträger durch die Sinus- und Cosinus-Träger sind im rechten Winkel, so dass sie nicht miteinander interferieren), ist die typische Formulierung eines Basisbandsignals auf cos platzieren (2# 960-f_ct) Und ein zweites Signal auf sin (2# 960-f_ct).

Das Ergebnis ist in Phasenquadraturmodulation zentriert bei f_c: x_c(t) = x_ich(t) Cos (2# 960-f_ct) - x_Q(t) Sin (2# 960-f_ct), woher x_ich(t) und x_O(t), Der in-Phase und Quadratur-Signale bzw. sind Basisband-Digitaldatenwellenformen, wie x_bb(t).

Binary Phase Shift Keying (BPSK) verwendet, der hat x_ich(t) = x_bb(t) Mit RECT, RC, oder SRC Pulsformung und x_Q(t) = 0 Das Blockdiagramm, später gezeigt wird, für den allgemeinen Fall entwickelt wird. Der Name BPSK kommt zustande, weil mit NRZ-Leitungscodierung, x_ich(t) Cos (2# 960-f_ct) Das Trägersignal bei entweder 0 Grad oder 180 Grad als ein Ergebnis der Multiplikation +/- 1 Daten.

Schauen Sie sich die Wellenform und Spektren

Mit der benutzerdefinierten Funktion NRZ_bits (), in Python geschrieben (siehe ssd.py), Zeigt die Figur x_ich(t) (A Diskretzeit-Simulation) und das Leistungsspektrum

Im [547]: X, b, data = ssd.NRZ_bits (100000,50, "rect ') erzeugen # 100000 Bits bei Ns 50 SAMPS / Bitin = [548]: N = arange (0, len (x)) In [549]: T = n / 50. # Rb = 1 bpsIn [551]: Plot (t, x) in [553]: Psd (x, 2 ** 10,50) -Im [554]: Xc = x * cos (2 * pi * 12,5 * t) # fc = 12,5 HzIn [556]: Psd (xc, 2 ** 10,50) -

Die langsame spektrale Roll-off bei der Verwendung der RECT Impuls führt zu einer schlechten spektrale Effizienz. Sie können dieses Problem mit den RC und SRC Pulsformen.

Verwenden Sie Pulsformen spektrale Effizienz zu erhöhen

Um die Bandbreite des RECT Spektrums zu begrenzen, können Sie das Signal durch einen Tiefpassfilter (wie ein Tiefpassbutterworth, Tschebyscheff, usw.) übergeben. Doing so ergibt Intersymbolinterferenz (ISI), was bedeutet, dass die Signalenergie von benachbarten Bits verschmieren in das Bit von Interesse, die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit eines Bitfehlers zu schaffen, wenn das Signal in einem Hintergrundrauschen empfangen wird. Also, was machst du?

Nyquist Impuls zur Rettung der Gestaltung! Die RC-Pulsform stellt sicher, dass kein ISI auftritt. Die Bit-Energie breitet sich noch über mehrere Symbole, aber es gibt ein Zeit Standort einmal pro Bit (Symbol) Periode, die Null ISI hat!

Die belegte spektrale Bandbreite gegeben ist durch (1 + # 945-)R_b, wobei 0 lt; # 945- # 8804- 1 ist die überschüssige Bandbreite Faktor. Hinweis # 945- - 0 gibt die kompakteste Spektrum ist aber unpraktisch zu implementieren. Typisch # 945- Werte heute im Einsatz Bereich von 0,25 bis 0,5 gefunden. Die spektrale Effizienz für BPSK mit # 945- = 0,5 1,5 bps / Hz.

Sie müssen die Energieeffizienz in der digitalen Kommunikation in Betracht ziehen. Die Idee ist, durch zu bekommen, so wenig Energie wie möglich zu verwenden, während eine geringe Wahrscheinlichkeit machen Bitfehler zu halten. Additive Rauschen und die Interferenz von anderen Benutzern ist die primäre Ursache der Bitfehler. Additives Rauschen kommt zustande, weil die empfangene Signalstärke ist in der Regel direkt über dem Grundrauschen (Energieeffizienz).

Ein angepaßtes Filter am Empfänger sorgt dafür, dass man den Lärm reduzieren kann noch nicht übermäßig das Signal verzerren. Nyquist zur Rettung wieder: Sie können die Wahrscheinlichkeit der Herstellung eines Bit-Fehler zu minimieren, wenn Sie die RC Pulsform zwischen dem Sender und dem Empfänger angepaßtes Filter verteilen.

Sie können dies tun, indem Sie die SRC-Filter. Der Sender-Pulsform ist SRC und der Empfänger angepaßten Filters identisch ist. Der SRC Impuls hat den gleichen Parameter # 945- für die Signalbandbreite zu steuern.

Diskrete Zeitimplementierung der SRC Pulsformen ist der Weg zu gehen. Die mathematische Beschreibung des SRC Impulses ist wie folgt:

N_s ist die Anzahl der Abtastwerte pro Bit (Symbol) sinc (x) = Sin (# 960-x) / (# 960-x) Und 0 lt; # 945- 8804- # 1 wird als das bekannte überschüssige Bandbreite Faktor.

Ein kleines, aber wichtiges Detail ist, dass der SRC Puls unendliche Dauer hat. Es ist auch symmetrisch um n = 0.

Füllen Sie das Blockdiagramm

Überprüfen Sie die komplette Transceiver-Blockdiagramm aus für die Umsetzung impulsförmige BPSK sowie allgemeine IQ-Modulation.