Communication numérique - Mise en forme d'impulsions

Après avoir traversé différents types de techniques de codage, nous avons une idée sur la façon dont les données sont sujettes à la distorsion et comment les mesures sont prises pour éviter qu'elles ne soient affectées afin d'établir une communication fiable.

Il y a une autre distorsion importante qui est la plus susceptible de se produire, appelée Inter-Symbol Interference (ISI).

Interférence entre symboles

Il s'agit d'une forme de distorsion d'un signal, dans laquelle un ou plusieurs symboles interfèrent avec les signaux suivants, provoquant du bruit ou délivrant une sortie médiocre.

Causes de l'ISI

Les principales causes de l'ISI sont -

  • Propagation multi-chemins
  • Fréquence non linéaire dans les canaux

L'ISI est indésirable et doit être complètement éliminé pour obtenir une sortie propre. Les causes de l'ISI doivent également être résolues afin d'atténuer son effet.

Pour visualiser l'ISI sous une forme mathématique présente dans la sortie du récepteur, nous pouvons considérer la sortie du récepteur.

La sortie du filtre récepteur $ y (t) $ est échantillonnée au temps $ t_i = iT_b $ (avec i prenant des valeurs entières), ce qui donne -

$ y (t_i) = \ mu \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = - \ infty} ^ {\ infty} a_kp (iT_b - kT_b) $

$ = \ mu a_i + \ mu \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = - \ infty \\ k \ neq? i} ^ {\ infty} a_kp (iT_b - kT_b) $

Dans l'équation ci-dessus, le premier terme $ \ mu a_i $ est produit par le ith bit transmis.

Le deuxième terme représente l'effet résiduel de tous les autres bits transmis sur le décodage du ithbit. Cet effet résiduel est appeléInter Symbol Interference.

En l'absence d'ISI, la sortie sera -

$$ y (t_i) = \ mu a_i $$

Cette équation montre que le ithle bit transmis est correctement reproduit. Cependant, la présence d'ISI introduit des erreurs de bits et des distorsions dans la sortie.

Lors de la conception de l'émetteur ou du récepteur, il est important de minimiser les effets d'ISI, afin de recevoir la sortie avec le moins d'erreur possible.

Codage corrélatif

Jusqu'à présent, nous avons discuté du fait que l'ISI est un phénomène indésirable et dégrade le signal. Mais le même ISI s'il est utilisé de manière contrôlée, est possible pour atteindre un débit binaire de2W bits par seconde dans un canal de bande passante WHertz. Un tel schéma est appelé commeCorrelative Coding ou Partial response signaling schemes.

Etant donné que la quantité d'ISI est connue, il est facile de concevoir le récepteur en fonction de l'exigence afin d'éviter l'effet d'ISI sur le signal. L'idée de base du codage corrélatif est obtenue en considérant un exemple deDuo-binary Signaling.

Signalisation Duo-binaire

Le nom duo-binaire signifie doubler la capacité de transmission du système binaire. Pour comprendre cela, considérons une séquence d'entrée binaire{ak} composé de chiffres binaires non corrélés ayant chacun une durée Tasecondes. En cela, le signal1 est représenté par un +1 volt et le symbole 0 par un -1 volt.

Par conséquent, la sortie du codeur duo-binaire ck est donné comme la somme du chiffre binaire actuel ak et la valeur précédente ak-1 comme indiqué dans l'équation suivante.

$$ c_k = a_k + a_ {k-1} $$

L'équation ci-dessus indique que la séquence d'entrée de la séquence binaire non corrélée {ak} se transforme en une séquence d'impulsions à trois niveaux corrélées {ck}. Cette corrélation entre les impulsions peut être comprise comme introduisant de manière artificielle ISI dans le signal émis.

Motif des yeux

Un moyen efficace d'étudier les effets de l'ISI est Eye Pattern. Le nom Eye Pattern a été donné à partir de sa ressemblance avec l'œil humain pour les ondes binaires. La région intérieure du motif oculaire est appelée leeye opening. La figure suivante montre l'image d'un motif d'œil.

Jitter est la variation à court terme de l'instant du signal numérique, à partir de sa position idéale, qui peut conduire à des erreurs de données.

Lorsque l'effet de l'ISI augmente, les traces de la partie supérieure à la partie inférieure de l'ouverture de l'œil augmentent et l'œil se ferme complètement, si l'ISI est très élevé.

Un motif d'œil fournit les informations suivantes sur un système particulier.

  • Des motifs oculaires réels sont utilisés pour estimer le taux d'erreur sur les bits et le rapport signal sur bruit.

  • La largeur de l'ouverture de l'œil définit l'intervalle de temps sur lequel l'onde reçue peut être échantillonnée sans erreur d'ISI.

  • Le moment où l'ouverture des yeux est large sera le moment préféré pour l'échantillonnage.

  • La vitesse de fermeture de l'œil, en fonction du temps d'échantillonnage, détermine la sensibilité du système à l'erreur de synchronisation.

  • La hauteur de l'ouverture des yeux, à un moment d'échantillonnage spécifié, définit la marge sur le bruit.

Par conséquent, l'interprétation de la configuration des yeux est une considération importante.

Égalisation

Pour établir une communication fiable, nous devons avoir un résultat de qualité. Les pertes de transmission du canal et d'autres facteurs affectant la qualité du signal doivent être traités. La perte la plus fréquente, comme nous l'avons vu, est l'ISI.

Pour rendre le signal exempt d'ISI, et pour assurer un rapport signal / bruit maximal, nous devons implémenter une méthode appelée Equalization. La figure suivante montre un égaliseur dans la partie récepteur du système de communication.

Le bruit et les interférences indiqués sur la figure sont susceptibles de se produire pendant la transmission. Le répéteur régénératif possède un circuit égaliseur, qui compense les pertes de transmission en façonnant le circuit. L'égaliseur peut être implémenté.

Probabilité d'erreur et figure de mérite

La vitesse à laquelle les données peuvent être communiquées est appelée data rate. Le taux auquel l'erreur se produit dans les bits, lors de la transmission de données est appelé leBit Error Rate (BER).

La probabilité d'occurrence du BER est la Error Probability. L'augmentation du rapport signal / bruit (SNR) diminue le BER, d'où la probabilité d'erreur est également diminuée.

Dans un récepteur analogique, le figure of meritau processus de détection peut être appelé le rapport entre le SNR de sortie et le SNR d'entrée. Une plus grande valeur de la figure de mérite sera un avantage.