روشی برای تولید سیگنال ناوبری گروهی گلوناس. روش های تولید سیگنال گروهی

در شبکه های مخابراتی، سیستم های چند کاناله با تقسیم فرکانس و زمان کانال ها کاربرد وسیعی یافته اند.

5.2.1. اصول تشکیل سیگنال های گروهی در سیستم های چند کاناله با تقسیم فرکانسکانال ها

در تمام سیستم های چند کاناله با کانال های تقسیم فرکانس (ISS با FDM)، سیگنال های AM با انتخاب یک باند جانبی (AM-SSB) استفاده می شود. روش های ساخت MCS با FDM در نحوه شکل گیری متفاوت است سیگنال گروهو ویژگی های انتقال آن در مسیر خطی. با توجه به ویژگی اول، گزینه هایی وجود دارد:

- با تبدیل سیگنال فردی؛

- با تبدیل گروهی سیگنال ها.

با توجه به روش تقویت سیگنال گروهی (خطی) در نقاط میانی (نشان دوم)، گزینه ها با تقویت هر سیگنال جداگانه یا سیگنال خطبطور کلی.

با تبدیل سیگنال فردی طیف فرکانس گروهی (خطی) با یک تبدیل مستقل جداگانه از هر یک تشکیل می شود نسیگنال ها روی انجیر شکل 5.3 یک بلوک دیاگرام را نشان می دهد که این روش را توضیح می دهد. هر کانال حاوی یک فیلتر باند گذر کانال (BPF من، تعدیل کننده کانال (M من) و دمدولاتور (DM من، و در ایستگاه های میانی (PS) - یک دستگاه تقویت کننده فردی (Us من).

خواص از این روش عبارتند از:

- یک راه حل ساده برای مشکل جداسازی (انشعاب) هر سیگنال در هر نقطه میانی.

- هیچ الزامات بالایی برای نشانگرهای کیفیت برای یک دستگاه تقویت کننده جداگانه وجود ندارد: هر تقویت کننده نسبتاً باند باریک است و می تواند با اعوجاج های غیر خطی بزرگ کار کند، زیرا آنها در خروجی توسط یک فیلتر باند گذر سرکوب می شوند.

- حداقل تبدیل سیگنال در نقاط پایانی؛

- قابلیت اطمینان بالای ارتباط، زیرا خرابی یکی از تقویت کننده های نقطه میانی بر عملکرد سایرین تأثیر نمی گذارد.

برنج. 5.3. طرح ساختاری ISS با FDC با فردی

تبدیل سیگنال

- مصرف انرژی حجیم و زیاد تجهیزات ایستگاه میانی به دلیل وجود تقویت کننده های کانال.

- وجود تعداد زیادی از دستگاه های انتخاباتی (PFC) و در نتیجه افزایش حجم و هزینه تجهیزات.

- استفاده ضعیف از پهنای باند مسیر خطی، زیرا به دلیل انتخاب ناکافی CTF، لازم است فاصله فرکانس بین سیگنال های کانال مجاور افزایش یابد، که "چگالی بسته بندی" سیگنال خطی را بدتر می کند. در نتیجه فرکانس بالای سیگنال خطی افزایش می یابد و طول مجاز بخش خط بین نقاط تقویت کننده مجاور کاهش می یابد.

در قلب روش با تبدیل سیگنال گروهی اصل تشکیل یک سیگنال خطی در نقطه پایانی انتقال (OP td) سیستم با استفاده از چندین مرحله تبدیل است. در هر مرحله، چندین سیگنال کانال با هم ترکیب می شوند، به عنوان مثال. یک سیگنال خطی مجموع چندین سیگنال گروه میانی است. در نقطه پایانی دریافت (OP pr)، عملیات معکوس انجام می شود.

مزیت - فایده - سود - منفعت این روش برای ساده سازی نقاط میانی و در نتیجه کاهش هزینه و ابعاد آنها می باشد.

معایب روش تقویت گروهی عبارتند از:

- الزامات کیفیت بالا برای تقویت کننده خطی ایستگاه میانی: باید دارای یک پاسخ فرکانس بهره کاملاً تعریف شده در پهنای باند طیف خطی و اعوجاج غیر خطی بسیار کم باشد.

- مشکل در جداسازی سیگنال های کانال

قرار دادن کانال ها از نزدیک در طیف فرکانس خطی غیرممکن است، زیرا با افزایش فرکانس حامل، خواص انتخابی فیلترهای باند گذر بدتر می شود (پهنای باند مدار تشدید برابر با ∆ است. f= f 0 /Qk). بنابراین با افزایش فراوانی fلازم است فاصله گارد Δ را افزایش دهید f zi بین کانال های مجاور در MCSهای مدرن با FDM، به هر کانال باند فرکانسی 4 کیلوهرتز اختصاص داده شده است، اگرچه پهنای باند FDM 3.1 کیلوهرتز است. AT این مورد= 0.9 کیلوهرتز بنابراین، FDM MCS به طور موثر تقریباً 80٪ از پهنای باند مسیر انتقال را استفاده می کند. علاوه بر این، مسیر گروه باید بسیار خطی باشد.

این یکی از دلایل اصلی تغییر به روش تبدیل گروهی است. در این مورد، تبدیل یک سیگنال فردی در چندین مرحله انجام می شود. در هر مرحله، چندین سیگنال تبدیل شده تولید شده در مراحل قبلی با هم ترکیب می شوند. اصل این روش در شکل 1 نشان داده شده است. 5.4. در مرحله اول، تبدیل فردی به طیف سیگنال کمکی گروهی، به نام اولیه انجام می شود. در مرحله دوم، یک سیگنال ثانویه با ترکیب چندین سیگنال گروه اولیه تبدیل شده و غیره به دست می آید. مرحله آخر را مرحله تبدیل سیستم می نامند. در سمت دریافت، عملیات معکوس انجام می شود.

روی انجیر 5.5، آ, بداده های تبدیل در ناحیه طیفی، شکل. 5.5، آتولید سیگنال گروهی استاندارد اولیه (PSG) را با استفاده از فرکانس‌های حامل منفرد توضیح می‌دهد. f h1 - f h12 و شکل 5.4 – گروه استاندارد ثانویه (SSG) از طریق حامل های چندپخشی f h1 - f h5.

برنج. 5.4. اصل روش تبدیل سیگنال گروهی

برنج. 5.5. تشکیل طیف سیگنال های گروهی

اولیه ( آ) و گروه استاندارد ثانویه ( ب)

مزایای روش:

- "چگالی بسته بندی" زیاد طیف سیگنال خطی و بر این اساس، کاهش پهنای باند سیگنال خطی با همان تعداد کانال.

- ساده سازی ایستگاه های میانی، افزایش فاصله بین نقاط میانی و کاهش هزینه کل سیستم.

- کاهش تعداد انواع مختلفتبدیل ها و فیلترها، منجر به تجهیزات ارزان تر، افزایش سریال و یکسان سازی آن می شود.

- کاهش تعداد فرکانس های حامل مختلف مورد استفاده در تبدیل گروهی و ساده سازی تجهیزات ژنراتور.

- مشکل انتخاب گروه از کانال ها و واسط انواع مختلف تجهیزات ISS ساده شده است.

معایب روش:

- تعداد زیادی تغییر روی هر سیگنال، در نتیجه، اعوجاج سیگنال افزایش می یابد و بر این اساس، الزامات تجهیزات سخت تر می شود.

- افزایش احتمالی اندازه و هزینه پایانه ها.

پارامترهای اصلی گروه های استانداردکانال های ISS با FDM در جدول 5.1 آورده شده است.

جدول 5.1

پارامترهای اساسی گروه های کانال استاندارد

5.2.2. اصول تولید سیگنال های چند کاناله در MCS با تقسیم زمانی کانال ها

با تقسیم زمانی کانال ها (TDM)، یک مسیر گروهی با کمک سوئیچ های سنکرون فرستنده و گیرنده به طور متناوب برای انتقال سیگنال های هر کانال ISS فراهم می شود. نمودار ساختاری ISS با VRC در شکل نشان داده شده است. 5.6، که در آن عناوین زیر معرفی شده اند: IP من، PS من – منمنبع و گیرنده پیام ها، IM - مدولاتور پالس، GTI - تولید کننده پالس ساعت، LS - خط ارتباطی، ID i - آشکارساز پالس من-ام کانال دنباله ای از پالس های مدوله شده که در زمان همپوشانی ندارند به عنوان سیگنال کانال در سیستم های دارای TDM استفاده می شود. مجموعه سیگنال های کانال یک سیگنال گروهی را تشکیل می دهد.

آنها

LS

GTI

آی سی N

ن

IS 1 است

IS 2

ک

K pr

شناسه N

PS N

ن

شناسه 2

PS 2

شناسه 1

PS 1

برنج. 5.6. نمودار ساختاری ISS با VRC

سیستم های انتقال دیجیتال (DTS) با TDM مورد استفاده در شبکه های مخابراتی بر اساس یک سلسله مراتب خاص ساخته شده اند که باید الزامات اساسی زیر را برآورده کند:

- انتقال از طریق کانال ها و مسیرهای DSP انواع سیگنال های آنالوگ، گسسته و دیجیتال.

- تعدد متناظر پردازش سیگنال و نرخ انتقال در مراحل مختلف انتقال؛

- امکان ترکیب به اندازه کافی ساده، جداسازی، جداسازی و انتقال جریان های دیجیتال ارسالی.

- پارامترهای DSP باید با در نظر گرفتن ویژگی های سیستم های راهنمای موجود و آینده انتخاب شوند.

– امکان تعامل بین DSP و سیستم های آنالوگنقل و انتقالات و سیستم های مختلفسوئیچینگ؛

- هنگام سیگنال دهی پیام های عمومی، باید از پهنای باند DSP به بهترین شکل ممکن استفاده شود.

شکل‌گیری سلسله مراتب DSP بر اساس ترکیب جریان‌های دیجیتالی با مرتبه پایین، به نام جریان‌های مؤلفه، در یک جریان دیجیتال واحد به نام جریان گروهی انجام می‌شود. تشکیل یک سیگنال دیجیتال گروهی به روش های زیر برای ترکیب جریان های دیجیتال امکان پذیر است:

- کاراکتر به کاراکتر (شکل 5.7، آ);

- در هر کانال (شکل 5.7، ب).

در هر دو مورد، 4 جریان با هم ترکیب می شوند.

برنج. 5.7. ساختار حلقه سیستم دیجیتالانتقال شخصیت به کاراکتر ( آ) و هر کانال ( ب) با ترکیب جریان های دیجیتال

در ترکیب کاراکتر به نماد، پالس سیگنال های دیجیتالی جریان های دیجیتال ترکیبی کوتاه شده و در زمان توزیع می شوند تا پالس های ترکیبی جریان های دیگر در فواصل آزاد شده جای گیرند. با ترکیب کانال به کانال جریان های دیجیتال، فواصل زمانی اختصاص داده شده برای گروه های کد. سیگنال ساعت برای توزیع صحیح جریان های دیجیتال در انتهای گیرنده ضروری است.

امکان ترکیب جریان های دیجیتال در چرخه ها وجود دارد، که شبیه به ترکیب کانال به کانال است: در زمان پردازش (فشرده شدن) می شود و کل چرخه یک جریان دیجیتال منتقل می شود، سپس چرخه بعدی.

ساده ترین و پرکاربردترین روش، روش الحاق کاراکتر به کاراکتر است.

با TDM، تداخل بین کانال ها امکان پذیر است، که عمدتا به دو دلیل است:

- نقص پاسخ فرکانس و پاسخ فاز مسیر انتقال؛

- همگام سازی غیر ایده آل سوئیچ ها در طرف فرستنده و گیرنده.

به منظور کاهش سطح تداخل متقابل در TS، همچنین لازم است فواصل زمانی گارد را معرفی کنیم که منجر به کاهش مدت زمان پالس هر کانال و در نتیجه گسترش طیف سیگنال می شود. مطابق با قضیه Kotelnikov برای CFC، حداقل فرکانس نمونه برداری باید باشد fد = 2Fکه در = 6.8 کیلوهرتز با این حال، در ISS واقعی با VRC f q = 8 کیلوهرتز.

MCSهای واقعی با TDM از نظر کارایی استفاده از طیف فرکانس نسبت به MCSهای دارای FDM پایین تر هستند. با این حال، سیستم های دارای VRC دارای چندین مزیت هستند:

- هیچ تداخلی با منشا غیر خطی وجود ندارد.

- ضریب تاج پایین؛

- تجهیزات VRK بسیار ساده تر از تجهیزات ChRK است.

TDM گسترده ترین کاربرد را در سیستم های انتقال دیجیتال با PCM پیدا می کند.

5.3. روش های فازی، غیر خطی، ترکیبی و سایر روش های جداسازی کانال

5.3.1. کانال های جداسازی فاز

به عنوان حامل در سیستم های انتقال با تقسیم فاز کانال ها (PDK) استفاده می شود ارتعاشات هارمونیک(تحمل) با همان فرکانس هاو با فازهای اولیه، با π/2 با یکدیگر تفاوت دارند:

سیگنال های کانال در سیستم با مدولاسیون دامنه نوسانات حامل تشکیل می شوند. طیف هر سیگنال کانال شامل دو سیگنال است نوارهای جانبینسبت به فرکانس حامل ω n. با PRK، طیف سیگنال های کانال با یکدیگر همپوشانی دارند. با این حال، جداسازی سیگنال ها در دریافت به دلیل متعامد بودن متقابل حامل ها و . جداسازی سیگنال های کانال و استخراج سیگنال های اطلاعاتی به طور همزمان در جداسازی سیگنال های متعامد انجام می شود. در این حالت سیگنال گروه با حامل این کانال ضرب می شود و با استفاده از فیلتر پایین گذر یکپارچه می شود. . در پذیرش، یک دمدولاتور به عنوان ضریب در هر کانال استفاده می شود. , که یک شکل موج حامل که با شکل موج انتقال مربوطه منسجم است، به آن اعمال می شود. نیاز به دریافت منسجم، تجهیزات جداسازی فاز را پیچیده می‌کند، زیرا الزامات تجهیزات ژنراتور سخت‌تر می‌شوند.

5.3.2. جداسازی سیگنال های ارسال شده در فرکانس های حامل چندگانه

در سیستم های انتقال اطلاعات گسستهکاربرد عملی MCS را پیدا کنید، که در آن حامل های متعامد توسط اعضای سری مثلثاتی بیان می شوند: Ψ ک = ک cosω n تی، . بلوک دیاگرام چنین سیستمی با طرح جداسازی سیگنال های متعامد مطابقت دارد. این سیستم از مدولاسیون دامنه استفاده می کند.

صفرهای طیف یک پالس سیگنال باینری ارسالی مضربی از فرکانس است. f 0 = 1/τu، که τu مدت زمان پالس است. اگر فرکانس ها را برابر کنیم f 0 و f n = ω n /2π، سپس سیستم انتخاب شده از حامل ها متعامد در یک بازه زمانی τ و. زیرا k-هفتم سیگنال کانال است انگلستان(تی) =c k(تی) cos( کω n تی), سپس طیف آن شامل دو باند جانبی نسبت به حامل است f k = kf n در f n = f 0 = 1 / τ و فرکانس های حامل ( ک +1), (ککانال های + 2)-th و غیره و همچنین حامل های قبلی ( ک – 1), (ک– کانال های 2)-th و غیره با صفرهای طیف منطبق می شوند ک-ام کانال اگرچه طیف همه سیگنال های کانال با هم همپوشانی دارند، با این وجود، تفاوت در شکل حامل ها امکان جداسازی این سیگنال ها را در دریافت با استفاده از روش جداسازی سیگنال متعامد فراهم می کند.

روش انتقال در حامل های متعدد را می توان با روش جداسازی فاز سیگنال ها ترکیب کرد: در هر حامل کω n امکان انتقال دو سیگنال با حامل های cos وجود دارد کω n تیو گناه کω n تیدر این حالت با همان عرض طیف سیگنال گروه می توان تعداد کانال ها را دو برابر کرد.

سیستم‌های چند کانالی برای انتقال اطلاعات گسسته شناخته شده‌اند که در آن‌ها از سیستم‌های دیگر توابع متعامد به عنوان حامل استفاده می‌شود: چند جمله‌ای لژاندر، چند جمله‌ای لاگر و غیره. همه این سیستم‌ها با موارد زیر مشخص می‌شوند:

1) تشکیل و جداسازی سیگنال های کانال با استفاده از یکپارچه کننده های ساده به جای فیلترهای باند گذر کانال پیچیده انجام می شود.

2) سیستم ها دارای ایمنی بالای سر و صدا هستند.

3) انتقال بین کانال ها تحت تأثیر اعوجاج های خطی و غیر خطی در مسیر گروه قرار می گیرد.

4) الزامات برای تولید تجهیزات به دلیل نیاز به دریافت منسجم سخت تر می شود.

5.3.3. جداسازی سیگنال غیر خطی

هنگام ساخت برخی از سیستم های انتقال سیگنال باینری، روش های زیرجداسازی غیر خطی سیگنال ها:

- ترکیب؛

- جداسازی سیگنال ها بر اساس سطح؛

- تقسیم کد سیگنال ها

روش جداسازی سیگنال ترکیبی. هنگام انتقال نپیام های گسسته مستقل در یک مسیر گروهی مشترک، اگر عنصر باشد منپیام -ام می تواند یکی از m iمقادیر ممکن ( من = 1, 2, ..., ن), تعداد کلمقادیری که یک عنصر می تواند بگیرد نمنبع کانالی که نسخه اصلی را ترکیب می کند نمنابع برابر خواهد بود . برای همان مقادیر m i = mما داریم M = m N.بنابراین با استفاده از کد پایه M = m N، می توانید به طور همزمان اطلاعات را از نمنابع فردی که با پایه کد کار می کنند تیبه ویژه، زمانی که تی= 2 (کدهای باینری) تعداد کانال ها ن= 2, پیام گروهی بجی می تواند چهار مقدار ممکن مربوط به ترکیب های مختلف صفر و یک در هر دو کانال را بگیرد ن= 3 عدد ترکیبات مختلفبرابر خواهد بود م= 8 و غیره کار اکنون به انتقال برخی اعداد خلاصه می شود بجی، تعیین عدد ترکیب این اعداد را می توان از طریق سیگنال های مدولاسیون گسسته از هر نوعی منتقل کرد. جداسازی سیگنال ها بر اساس تفاوت در ترکیب سیگنال ها از کانال های مختلف ترکیبی نامیده می شود. . بلوک دیاگرام MCS با جداسازی ترکیبی (کد) در شکل نشان داده شده است. 5.8. اینم پست های اصلی ب 1 (تی),ب 2 (تی),...، bN(تی) از جانب نمنابع به ورودی رمزگذار تغذیه می شوند که به عنوان ترکیب کننده کانال (CCU) عمل می کند. پیام گروهی دریافت شد بجی ( تی) با استفاده از مدولاتور M به سیگنال گروهی تبدیل می شود توجی ( تی) ورود به مسیر گروه (خط ارتباطی). در سمت گیرنده، پس از دمودولاسیون و رمزگشایی در گیرنده (R) در تقسیم کننده کانال (URD)، پیام های کانال مربوط به نپیام های اولیه

نمونه‌های معمول مالتی پلکس ترکیبی، سیستم‌های تلگراف با فرکانس دوگانه (DFT) و تلگراف دو فاز (DFT) هستند که در آن از چهار فرکانس مختلف برای انتقال چهار ترکیب سیگنال از دو منبع (کانال) استفاده می‌شود. fk, ک= 1، 2، 3، 4 و چهار فرکانس با فازهای اولیه متفاوت (جدول 5.2).

برنج. 5.8. نمودار ساختاری یک سیستم چند کاناله

با مهر ترکیبی

جدول 5.2

پارامترهای سیگنال 2 کاناله

سیستم ترکیبی زمانی مفید است که عدد کوچککانال ها، از آنجایی که افزایش تعداد کانال ها (تعدد سیستم) تعداد سیگنال های ارسالی مورد نیاز را به شدت افزایش می دهد که منجر به پیچیدگی سیستم می شود. در حال حاضر از سیستم‌های دوگانه با FM و AM، سیستم‌های سه‌گانه با FM و سیستم‌های ترکیبی چندگانه از نوع AFM (مدولاسیون دامنه فاز) استفاده می‌شود.

جداسازی سیگنال ها بر اساس سطح. در سیستم جداسازی سیگنال ها بر اساس سطح سیگنال های یک شکل می توانند به طور همزمان ارسال شوند و سیگنال گروه مجموع سیگنال های کانال است. جداسازی سیگنال ها در پذیرش با استفاده از دستگاه های آستانه غیر خطی انجام می شود. در ساده ترین حالت، هنگام جداسازی دو سیگنال تو 1 (تی) و تو 2 (تی) با دامنه آ 1 و ولی 2 دستگاه آستانه سیگنالی با دامنه بزرگتر را با محدود کردن آن از بالا و پایین انتخاب می کند (شکل 5.9، آ). طرح دستگاه گیرنده در شکل نشان داده شده است. 5.9، ب.

برنج. 5.9. نمودار ساختاری گیرنده ISS

با جداسازی سیگنال غیر خطی ( ب) و نمودارهای سیگنال ( آ)

سیگنال مربوط به سیگنال به خروجی دستگاه آستانه عبور می کند. تو 1 (تی), اما با دامنه کاهش یافته برابر با (آ 1 – ولی 2). این سیگنال به مقدار دامنه اسمی ( آ 1) و وارد خروجی کانال اول می شود. علامت تو 2 (تی) در خروجی کانال دوم با تفریق استخراج می شود تو 1 (تی) از کل سیگنال

تقسیم کد سیگنال ها. اصول تقسیم کدکانال ها بر اساس استفاده از سیگنال های باند پهن (WBS) هستند که پهنای باند آنها بسیار بیشتر از پهنای باند مورد نیاز برای پیام رسانی معمولی است، به عنوان مثال، در سیستم های FDM باند باریک. مشخصه اصلی NLS پایه سیگنال است که به عنوان محصول تعریف می شود AT = ∆FTعرض طیف آن ∆ افبرای مدت آن تی. در سیستم های ارتباطی دیجیتال که اطلاعات را به شکل انتقال می دهند کاراکترهای باینری، مدت زمان NPS تیو نرخ پیام vمربوط به نسبت تی= 1/v. بنابراین، پایه سیگنال AT = ∆f/vگسترش طیف NLS را مشخص می کند ( اس shps) نسبت به طیف پیام.

گسترش طیف فرکانسی پیام های دیجیتال ارسالی را می توان به دو روش یا ترکیبی از آنها انجام داد:

- گسترش مستقیم طیف فرکانس؛

- پرش فرکانس حامل

با روش اول سیگنال باند باریکضربدر توالی شبه تصادفی(PSP) با دوره تکرار تی، شامل نمدت زمان توالی بیت تیهر کدام 0 در این حالت، پایه NPS از نظر عددی برابر با تعداد عناصر PSS است: AT = T/t 0 = ن.

تغییر پرش در فرکانس حامل معمولاً با تنظیم سریع فرکانس خروجی سینت سایزر مطابق با قانون تشکیل یک دنباله شبه تصادفی انجام می شود.

دریافت NLS توسط یک گیرنده بهینه انجام می شود که برای یک سیگنال با پارامترهای کاملاً شناخته شده، انتگرال همبستگی را محاسبه می کند.

جایی که ایکس(تی) سیگنال ورودی است که مجموع سیگنال مفید است تو(تی) و تداخل n(تی) (در این مورد نویز سفید).

سپس مقدار zدر مقایسه با آستانه ز 0 . مقدار انتگرال همبستگی با استفاده از یک همبسته یا یک فیلتر همسان پیدا می شود. همبسته، طیف سیگنال ورودی پهنای باند را با ضرب آن در کپی مرجع فشرده می کند. تو(تی) و به دنبال آن فیلتر در باند 1/ تی، که منجر به بهبود SNR در خروجی همبسته می شود ATبار نسبت به ورودی هنگامی که تاخیر بین سیگنال های دریافتی و مرجع رخ می دهد، دامنه سیگنال خروجی همبسته کاهش می یابد و زمانی که تاخیر برابر با مدت زمان عنصر PRS شود، به صفر نزدیک می شود. تی 0 . این تغییر در دامنه سیگنال خروجی همبسته با شکل تابع همبستگی خودکار (زمانی که PSP ورودی و مرجع با هم تطابق دارند) و تابع همبستگی متقابل (زمانی که PSP ورودی و مرجع متفاوت است) تعیین می شود. با انتخاب مجموعه خاصی از سیگنال ها با ویژگی های متقابل و خودهمبستگی "خوب"، می توان از جداسازی سیگنال ها در فرآیند پردازش همبستگی (پیچیدگی NPS) اطمینان حاصل کرد. این بر اساس اصل جداسازی کد کانال های ارتباطی است.

5.3.4. روش های تراکم آماری

روش های مالتی پلکس آماری از ویژگی های آماری سیگنال های کانال در سیستم های FDM یا TDM استفاده می کنند. در سیستم های تلفن چند خطی، این روش به شما امکان سازماندهی می دهد لینک های اضافیدر کانال های موجود در مکث سیگنال های گفتاری. در حال پیش رفت مکالمه تلفنیهر جهت به طور متوسط ​​25٪ از مدت زمان مکالمه مشغول است. تعداد کانال های اشغال شده توسط انتقال مداوم صدا، به اصطلاح کانال های فعال، در یک چند کاناله سیستم تلفنهمیشه کمتر از تعداد کل کانال ها است نو با تعداد زیادی کانال ننسبت 4000 n/nبرابر 0.25 - 0.35 می شود. وجود کانال‌های موقتاً رایگان امکان ساخت سیستم‌های مالتی پلکسی را فراهم می‌کند که در آن تعداد ارسال‌ها متراز تعداد اسمی کانال ها بیشتر است N.Bدر چنین سیستم هایی، کانال فقط در هنگام انتقال صدای مداوم، یعنی در حالت فعال کانال، در اختیار مشترک قرار می گیرد. در طول مکث در گفتار، کانال از آن جدا می شود این مشترکو به دیگری متصل می شود گوینده. هنگامی که اولین مشترک دوباره شروع به صحبت می کند، به هر کانال رایگان در سیستم متصل می شود.

نوع دیگری از سیستم های مالتی پلکس آماری سیستم هایی هستند که در آنها مکث در انتقال صدا از طریق کانال های تلفن برای انتقال داده ها استفاده می شود.

5.4. سیستم های انتقال و توزیع اطلاعات

به منظور سازماندهی تبادل اطلاعات بین بسیاری از منابع و گیرندگان اطلاعات، کانال ها و سیستم های انتقال در شبکه های ارتباطی - سیستم های انتقال و توزیع اطلاعات (ISDP) ترکیب می شوند.

شناخته شده راه های زیرتشکیل یک سیگنال گروهی:

انتخاب خودکار (اضافه انتخابی)؛

جمع خطی؛

افزودن بهینه (وزن دار)؛

روش ترکیبی.

مصونیت نویز این روش‌های تشکیل سیگنال گروهی اغلب با یک معیار انرژی، یعنی افزایش نسبت سیگنال به نویز با دریافت تنوع در مقایسه با نسبت سیگنال به نویز با یک دریافت واحد، برآورد می‌شود. در صورت انتقال سیگنال های گسستهبرآورد مصونیت صوتی به عنوان یک معیار احتمالی به مصلحت است که امکان قضاوت در مورد احتمال خطا را در صورت دریافت های جداگانه و منفرد ممکن می کند.

اجازه دهید اصول اولیه پیاده سازی سیستم های ارتباطی با دریافت تنوع با روش های مختلف تشکیل سیگنال گروهی را در نظر بگیریم و ایمنی نویز آنها را ارزیابی کنیم.

انتخاب خودکار

انتخاب خودکار به این معنی است که در هر زمان مشخص، مسیر دریافت با بیشترین سیگنال خروجی انتخاب می شود. در عین حال، برای من-مین کانال با بزرگترین سیگنال در لحظه ضریب وزن سی جی= 1 و برای همه کانال های دیگر C j i= 0. یعنی سیگنال حاصل مطابق عبارات (6.2)، (6.3). (64) را می توان به صورت

جایی که .

به همین دلیل است که به انتخاب خودکار افزودن انتخابی (انتخابی) نیز گفته می شود.

بلوک دیاگرام گیرنده با انتخاب خودکار بهینه برای دریافت دوگانه در شکل 6.1 نشان داده شده است. نوسانات هر دو گیرنده به دستگاه مقایسه سطح تغذیه می شود. در نتیجه مقایسه سطوح نوسان، سیگنال کنترلی تولید می شود که گیرنده ای با سطح سیگنال بالا را به دستگاه خروجی متصل می کند. گیرنده ای با ضعیف ترین سطح سیگنال در این مدت خاموش می شود. برای کاهش اعوجاج سیگنال، زمان سوئیچینگ گیرنده ها باید کوتاه باشد. یک سیستم انتخاب خودکار برای دریافت سیگنال های تلفن و تلگراف در صورتی که زمان سوئیچ گیرنده از 15-20 میکرو ثانیه تجاوز نکند، مناسب است.

مکانی که دستگاه ها هنگام دریافت سیگنال های AM روشن می شوند، مهم نیست. آنها را می توان قبل از آشکارسازها یا بعد از آنها روشن کرد.

هنگام دریافت سیگنال های FM، دستگاه مقایسه باید قبل از محدود کننده ها قرار گیرد، زیرا پس از محدود کننده ها، سطوح سیگنال یکسان است و اطلاعات مربوط به سیگنال کانال بیشتر از بین می رود. در صورت دریافت سیگنال های کلیددار تغییر فرکانس، دستگاه های کنترل باید بعد از آشکارسازهای فرکانس قرار گیرند. اگر دستگاه های کنترل قبل از آشکارسازهای فرکانس قرار داشته باشند، هنگام تعویض سریع کانال ها، یک قسمت از پالس اولیه از فیلتر آشکارساز فرکانس گیرنده اول عبور می کند و قسمت دیگر از فیلتر آشکارساز فرکانس عبور می کند. از گیرنده دوم در این مورد، برای جلوگیری از اعوجاج سیگنال، فیلترهای آشکارسازهای فرکانس باید طوری طراحی شوند که پالس های کوتاهتر از مدت زمان یک پالس اولیه را ارسال کنند. این امر منجر به کاهش قابل توجه ایمنی در برابر صدا می شود.

برای تعیین کمیت ایمنی سیستم ارتباطی با انتخاب خودکار بهینه با توجه به معیار انرژی، لازم است مقادیر متوسط ​​نسبت سیگنال به نویز برای دریافت تک و انتخاب خودکار بهینه تعیین و مقایسه شود. مقدار متوسط ​​قدرت سیگنال مفید را می توان با فرمول پیدا کرد

, (6.6)

جایی که تی -میانگین فاصله، بسیار بیشتر از دوره تغییر سیگنال ارسال شده A(t).

در محدوده رادیویی، میزان تغییر A(t)به طور قابل توجهی بالاتر از نرخ تغییر بهره کانال a i (t).انتخاب T A<تیولی، T a -دوره های تغییر A(t) و a 1 (t)به ترتیب و با توجه به ارزش a i (t)در فاصله زمانی تیثابت، عبارت (6.6) را می توان در فرم بازنویسی کرد

(6.7)

(6.8)

مقدار RMS سیگنال ارسالی.

مقدار ریشه میانگین مربع تداخل افزودنی برای همه شاخه های دریافت تنوع را می توان یکسان در نظر گرفت، به عنوان مثال.

(6.9)

نسبت سیگنال به نویز در من-مین شاخه برابر است با

, (6.10)

ارزش h i 2 (t)تغییر در زمان به دلیل تغییر در ضریب a i (t)، زیرا ساعت 0 -مقدار ثابت است میانگین در بازه زمانی T1 >> T aمقدار نسبت سیگنال به تداخل در طول دریافت تک (in من th شاخه) با عبارت تعیین می شود

برای فرآیندهای تصادفی ثابت، میانگین زمانی برابر است با میانگین مجموعه، یعنی.

, (6.13)

جایی که W (a 2 i) -چگالی احتمال بهره کانال مجذور.

اول از همه، بر اساس قانون شناخته شده برای تبدیل متغیرهای تصادفی، عبارتی برای توزیع ضریب انتقال کانال پیدا خواهیم کرد:

. (6.14)

با در نظر گرفتن اینکه پوشش دامنه سیگنال متناسب با بهره کانال است و برای سادگی محاسبات بعدی، ضریب تناسب برابر با , ما گرفتیم

آن ها . (6.15)

در فواصل مشاهده تا 10 دقیقه، چگالی احتمال پوشش دامنه سیگنال W(U)،همانطور که اشاره شد، توسط قانون ریلی (1.12) تعیین می شود. با جایگزینی (6.15) و (1.12) به (6.14)، به دست می آوریم

. (6.16)

حال طبق قانون (6.14) چگالی احتمال بهره مجذور کانال را پیدا می کنیم

, (6.17)
ما انتگرال را محاسبه می کنیم (6.13)

, (6.18)

و ما عبارت نهایی را برای مقدار متوسط ​​نسبت سیگنال به نویز برای یک دریافت دریافت می کنیم:

احتمال اینکه متغیر تصادفی ساعت من 2در کانال i با یک دریافت واحد کمتر از مقدار مشخصی خواهد بود ساعت 2، توسط تابع توزیع احتمال انتگرال تعیین می شود

. (6.20)

از عبارت (6.20) طبق قاعده (6.14) درمی یابیم

; (6.21)

. (6.22)

اگر تغییرات یک من.، و از این رو سلامدر کانال های مختلف مستقل در نظر گرفته می شود، سپس در n-تنوع چندگانه، احتمال کاهش همزمان نسبت سیگنال به نویز در تمام کانال های زیر آستانه ساعت 2 مشخص خواهد شد nبرابر ضرب احتمالات تعریف شده توسط عبارات (6.21) و (6.22)، یعنی.

. (6.23)

از (6.23) چگالی احتمال نسبت سیگنال به نویز را در فاصله n برابر پیدا می کنیم:

. (6.24)

بر اساس قیاس با (6.13)، مقدار متوسط ​​نسبت سیگنال به نویز در n-فاصله تاها توسط انتگرال تعیین می شود

, (6.25)

در نتیجه ادغام قطعات با استفاده از دوجمله ای نیوتن و محاسبه انتگرال (6.25) به دست می آید.

از این رو نتیجه می شود که نسبت سیگنال به نویز برای انتخاب خودکار بهینه توسط نسبت سیگنال به نویز برای یک دریافت مشخص می شود. h 0 2و کثرت جدایی پ.نگرش

. (6.27)

افزایش توان دریافت تنوع با انتخاب خودکار در مقایسه با یک دریافت واحد تخمین زده می شود. ارزش های در nبرای نسبت های مختلف فاصله در جدول 6.1 نشان داده شده است.

برای تخمین تقریبی احتمال خطا در دریافت تنوع سیگنال های گسسته، فرض می کنیم که امکان تعیین یک مقدار مرزی خاص وجود دارد. h 2 گرمکه با این واقعیت مشخص می شود که h2 > h 2 گرم، دریافت تقریباً بدون اعوجاج و زمانی اتفاق می افتد h2 < h 2 گرماحتمال خطا نزدیک به وحدت است. تحت مفروضات ساخته شده، تابع توزیع انتگرال (6. 23) برای h2 = h 2 گرماحتمال خطا را تعیین می کند

. (6.28)

در موارد مقادیر کوچک نسبت که نشان دهنده بیشترین سود عملی است، احتمال خطا برابر است با

یعنی طبق قانون نمایی با افزایش تعدد تفکیک کاهش می یابد. پ.

احتمال خطا برای دریافت منفرد سیگنال های گسسته با مکث فعال در غیاب محو شدن توسط عبارت تعیین می شود

. (6.30)

در صورت محو شدن آهسته، احتمال خطا در یک سیستم ارتباطی با دریافت تنوع n برابر سیگنال های مشابه را می توان با میانگین گیری تعیین کرد. P 0از همه لحاظ h2مطابق با چگالی توزیع (6.24):

. (6.31)

ادغام (6.31) توسط قطعات، برای n=2 بدست می آوریم

. (6.32)

همانطور که در نشان داده شده است، در فاصله n برابر

(6.33)

با توجه به این فرمول در شکل. 6.2 وابستگی ساخته شده است که نشان می دهد ملموس ترین نتیجه، در مقایسه با یک تکنیک واحد، توسط یک تکنیک دوگانه ارائه می شود.

بنابراین با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی، استقبال دوگانه بیشترین کاربرد را پیدا می کند.

فرمول (6.27) با این فرض به دست آمد که هیچ ارتباطی بین سیگنال های شاخه های گیرنده فردی وجود ندارد. کاهش بهره زمانی معنی دار می شود که ضریب همبستگی r>0.6 باشد.

در مورد دریافت دوگانه با نسبت سیگنال به نویز بزرگ، اثر همبستگی بین سیگنال ها تقریباً معادل کاهش قدرت سیگنال در

یک بار. از این رو، احتمال خطا مطابق (6.29) توسط عبارت تعیین می شود

, (6.34)

اضافه کردن سیگنال خطی

با جمع خطی، سود سیگنال های اضافه شده باید یکسان باشد، یعنی ضرایب ج د،در عبارت (6.4) برابر با یک هستند. برابری سود گیرنده ها معمولاً تضمین می شود طرح کلی ARU. در این مورد، بزرگی دستاوردها توسط بزرگترین سیگنال اضافه شده تعیین می شود.

طرح دستگاه گیرنده دریافت دوگانه با افزودن خطی سیگنال ها در شکل نشان داده شده است. 6.3. انسجام سیگنال های اضافه شده در فرکانس میانی توسط حلقه قفل فاز (PLL) ارائه می شود. خارج از فاز بودن سیگنال های اضافه شده منجر به بدتر شدن نسبت سیگنال به نویز حاصل می شود، به خصوص زمانی که سطح سیگنال های اضافه شده برابر باشد. وابستگی کاهش سیگنال/نویز کل سیگنال به درجه خارج از فاز< j для сдвоенного приема приведена на рис. 6.4, из которого видно, что при 38 0 потери в отношении сигнал/помеха составляют около 1 дБ, а при 50° - 2 дБ. Следовательно, фазирование сиг­налов с دقت بالالازم نیست. هرچه سطوح سیگنال های اضافه شده بیشتر متفاوت باشد، تأثیر خارج از فاز آنها بر نسبت سیگنال به نویز کمتر می شود.

نقطه سوئیچ برای توتالایزر S , با جمع خطی بستگی به نوع مدولاسیون سیگنال دریافتی دارد. هنگام دریافت سیگنال های AM، اضافه کردن را می توان هم قبل و هم بعد از آشکارسازها انجام داد، زیرا نسبت سیگنال به نویز در ورودی و خروجی آشکارساز دامنه یکسان است. در مورد دریافت سیگنال های FM، توصیه می شود قبل از آشکارسازها جمع شوند. این به این دلیل است که در خروجی آشکارساز فرکانس، نسبت سیگنال به نویز در صورتی که کمتر از یک مقدار آستانه مشخص در ورودی آشکارساز باشد، بدتر می شود. در نتیجه، هنگام اضافه کردن سیگنال‌ها پس از آشکارسازهای فرکانس، مقدار حاصل از نسبت سیگنال به نویز نیز کاهش می‌یابد. علاوه بر این، در مورد افزودن خطی به آشکارساز، اعوجاج سیگنال ناشی از انتشار چند مسیره امواج رادیویی کاهش می یابد.

در یک سیستم کانال N، تعداد فیلترها و انواع آنها Nn است که n تعداد مراحل تبدیل است. تعداد فیلترها و انواع آنها را می توان با افزودن یک تبدیل چندگانه کاهش داد گروه، که در آن سیگنال گروه در معرض تبدیل قرار می گیرد. برای این منظور، کانال های N به گروه های m از کانال های K، یعنی. کیلومتر = N. در هر گروه، سیگنال هر کانال با استفاده از فرکانس های حامل w H1، w H2،...، w NC تحت تبدیل فردی قرار می گیرد (شکل 3.51). در همه گروه ها، تبدیل از یک نوع است، بنابراین طیف فرکانسی یکسانی در خروجی هر گروه تشکیل می شود. سپس طیف های گروهی به دست آمده با حامل های w GR1 , w GR2 ,..., w GRm به گروه تبدیل می شوند تا پس از ترکیب سیگنال های گروه تبدیل شده، طیف فرکانسی از کانال N تشکیل شود. در مورد مورد بررسی، تعداد کل فیلترها برابر است با N+mn GR و تعداد انواع فیلترها به K+mn GR کاهش می یابد که n GR تعداد مراحل تبدیل گروهی است.

شکل 3.51 تبدیل فرکانس گروهی

بنابراین، استفاده از تبدیل های چندگانه و گروهی امکان یکسان سازی تجهیزات فیلترینگ سیستم را فراهم می کند. تنوع آن را کاهش دهید چنین یکسان سازی باعث افزایش قابلیت ساخت قطعات تجهیزات و در نهایت کاهش هزینه آن می شود.

Multiplexing فرآیند ترکیب تعداد زیادی از سیگنال های حامل اطلاعات در یک سیگنال گروهی است که در یک باند فرکانسی متمرکز شده است. این کار یا با وسایل هوایی یا زمینی حل می شود. تقریباً از هر ترکیبی می توان استفاده کرد:

روش های مورد استفاده برای مدولاسیون در تجهیزات زمینی.

مهر و موم در تجهیزات زمینی؛

مدولاسیون حامل روشن است خط ماهواره ای;

دسترسی چندگانه

بنابراین، در سیستم های INTELSAT، TELESAT، DSCS-1 و ²Lightning²، مدولاسیون دامنه یک طرفه با مالتی پلکسی تقسیم فرکانس و جداسازی کانال (NC) استفاده می شود. مدولاسیون فرکانسدر پیوند ماهواره ای و فرکانس های حامل مختلف برای هر ES.

سیستم WMDV را می توان PCM/VU/CHFM/MDVU نامید.

یک سیستم SPADE با یک کانال در هر حامل مشخص شده است: PCM/FSK/FDMA.

در تجهیزات زمینی، مالتی پلکسی تقسیم فرکانس و جداسازی کانال (NC) رایج ترین هستند. سیستم های NC عبارتند از:

الف) سیستم های حامل سرکوب شده یک طرفه (SBC)؛

ب) سیستم های تک باند با یک حامل ارسالی (OBP-PN).

ج) سیستم های حامل سرکوب شده دو طرفه (SBC).

د) سیستم های دو طرفه با یک حامل ارسالی (DBP-PN).

عمدتا توسط OBP استفاده می شود.

استفاده از سیستم های تقسیم زمان:

روش های گسسته؛

روش های دیجیتال

به طور معمول، RT با TDMA و NC با MDMA ترکیب می شود، اما سیستم های ترکیبی نیز امکان پذیر است.

انتقال سیگنال ها و سیگنال های تلویزیونی همراهی صدا.

طبق طرح WARC-77 حداکثر سرعت، بیشینه سرعتانتقال در کانال تلویزیونی از 20 مگابیت در ثانیه تجاوز نمی کند. اما برای انتقال تصویر رنگی با کیفیت بالا، سرعت انتقال حداقل 34 مگابیت بر ثانیه لازم است. بنابراین، برای نسل اول سیستم های ماهواره ایتلویزیون از آنالوگ استفاده می کند روش های دیجیتالزمانی که بخشی از اطلاعات به صورت آنالوگ و بخشی به شکل دیجیتال منتقل می شد.

یکی از این سیستم ها، سیستم MAC (Multiplexing Analogue Components) است. در این سیستم، سیگنال درخشندگی آنالوگ به صورت متناوب (به روش تقسیم زمانی) با سیگنال های کرومینانس تبدیل به یک فرم گسسته مخابره می شود که امکان جلوگیری از اعوجاج متقاطع سیگنال های روشنایی و کرومینانس را برای کاهش نویز در کرومینانس فراهم می کند. کانال به دلیل انتقال آن به منطقه فرکانس پایین. سیگنال های صدا، همگام سازی، داده ها همراه با سیگنال های رنگی در یک جریان دیجیتال مشترک منتقل می شوند.

در ساده ترین نسخه، سیگنال درخشندگی در زمان واقعی در طول بخش فعال خط، و جریان دیجیتال - در فاصله زمانی پالس خاموش کننده افقی منتقل می شود، و سیگنال کروما در زمان از قبل فشرده می شود. در پذیرش، کل جریان دیجیتال دی مولتی پلکس شده است. جریان مربوط به سیگنال کرومینانس کشیده شده و در زمان جابجا می شود تا نسبت های اولیه را بازیابی کند و سپس به رمزگشا تغذیه می شود.

در یک سیستم پیچیده تر، هم سیگنال روشنایی و هم سیگنال کرومینانس در زمان فشرده می شوند و جداسازی در دوره نه تنها خط، بلکه در قاب نیز انجام می شود. این به شما این امکان را می دهد که نسبت تصویر را تغییر دهید. در نتیجه مطالعات ECP، نسبت تراکم 3/2 برای سیگنال درخشندگی و 3 برای سیگنال های کرومینانس انتخاب شد. در سمت فرستنده، سیگنال درخشندگی با یک دوره فریم نسبت به سیگنال کرومینانس به تأخیر می افتد، در حالی که در دریافت، سیگنال درخشندگی بدون تغییر عبور می کند و سیگنال کرومینانس در زمان کشیده می شود و با یک دوره فریم به تأخیر می افتد، به طوری که آنها نسبت اولیه بازیابی شده است.

یکی از مهمترین مشکلات سخت تلویزیون ماهواره ای(STV) روشی برای انتقال سیگنال های صوتی در یک کانال تلویزیونی است. مطالعات و آزمایشات نظری نشان داده است که روش FM آنالوگ در باند 12 گیگاهرتز می تواند با یک سیگنال تصویری بیش از دو سیگنال ارسال کند. برنامه های صوتیبا نسبت سیگنال به نویز در حدود 50-55 دسی بل و فرکانس دومین حامل فرعی باید طوری انتخاب شود که در کانال رنگ تداخل نداشته باشد. به عنوان مثال، برای TV-SAT، مقادیر فرعی 5.5 مگاهرتز و 5.746128 0.000003 مگاهرتز انتخاب شدند. وجود حداقل 4-6 کانال صوتی در صندوق عقب ضروری است.

روش انتقال یک جریان دیجیتال همراه با سیگنال های تصویر باید الزامات خاصی را برآورده کند: کیفیت انتقال تصویر نباید بدتر شود. احتمال خطا در انتقال سیگنال های صوتی نباید از 10 -3 در نسبت C/N=8 دسی بل تجاوز کند. سازگاری با گیرنده های تلویزیون موجود مورد نیاز است.

سه راه برای انتقال سیگنال تصویر و جریان دیجیتال قابل تشخیص است:

تقسیم فرکانس (سیستم MAS-A)؛

تقسیم زمان در فرکانس ویدئو (MAC-B)؛

تقسیم زمان حامل (MAC-C).

سیستم MAC-A جریان دیجیتال بر روی فرکانس حامل فرعی که از فرکانس بالای طیف سیگنال ویدئویی بیشتر است، منتقل می شود. فرکانس حامل فرعی از نسبت انتخاب می شود، که در آن F B فرکانس بالای سیگنال ویدیویی است، R نرخ بیت بر حسب مگابیت بر ثانیه است.

از جمله روش ها مدولاسیون دیجیتالکلیدهای تغییر فاز دو حالته با باند جانبی تا حدی سرکوب شده، که به آن "MSK ساده" (کلیدگذاری حداقل شیفت) نیز می گویند، به دلیل سادگی و قابلیت کاربرد یک دمدولاتور منسجم در پذیرش، ترجیح داده می شود.

سیستم MAC-B. فشرده سازی یک سیگنال ویدیویی توسط یک جریان دیجیتال در فرکانس ویدیو بر اساس استفاده از مقداری افزونگی سیگنال تلویزیونی است - وجود در هر خط فاصله برای مسیر برگشت پرتوها، که در آن فقط سیگنال های همگام سازی منتقل می شود. با قرار دادن یک دنباله PCM در فواصل زمانی مشخص شده، می توان دو تا چهار برنامه صوتی را بدون افزایش کل پهنای باند اشغال شده توسط سیگنال ویدئویی ارسال کرد. مزیت این روش انتقال عدم وجود یک دمدولاتور جداگانه برای سیگنال های صوتی است، زیرا توالی دیجیتال در خروجی یک آشکارساز فرکانس مشترک به دست می آید.

این اختراع مربوط به مهندسی رادیو، به ویژه به دستگاه های انتقال رادیوییدر خطوط چند کاناله استفاده می شود ارتباطات دیجیتالبا کلیدهای تغییر دامنه مربعات، می توان در این زمینه استفاده کرد پخش دیجیتالو تلویزیون دیجیتال. نتیجه فنی قابل دستیابی - کاهش از دست دادن ایمنی نویز در یک محیط تداخل بد. در روش تولید سیگنال های مربعی مدولاسیون دامنهتشکیل فرکانس حامل با تعدیل و جمع دو سیگنال مربعی انجام می شود: sin(wt) و cos(wt) روی دو کانال موازی، که هر کدام مدولاسیون فاز-دامنه با استفاده از سوئیچ های مدیریت شدهو تقسیم کننده های ولتاژ، در حالی که تقسیم ولتاژ موج حامل در هر یک از دو کانال مربعی تهویه کننده سیگنال مدولاسیون دامنه مربعی به طور همزمان با یک ضریب متغیر بسته به نسبت سیگنال به نویز در ورودی دمدولاتور گیرنده انجام می شود. بدست آمده به وسیله کانال برگشت. 4 بیمار، 2 برگه.

نقشه های ثبت اختراع RF 2365050

این اختراع مربوط به مهندسی رادیو، به ویژه فرستنده های رادیویی مورد استفاده در خطوط ارتباطی دیجیتال چند کانالی با کلید شیفت دامنه مربعی است، و همچنین می تواند در زمینه پخش دیجیتال و تلویزیون دیجیتال استفاده شود.

روش های شناخته شده برای تولید سیگنال های نسبی و مربعی دستکاری فاز(OPSK، QPSK)، که در آن از یک انتقال فاز صاف برای کاهش طیف سیگنال کلیدی انتقال فاز استفاده می شود.

همچنین روش‌هایی برای تولید سیگنال‌های مدولاسیون دامنه مربعی (QAM، QAM) شناخته شده است، که در آن یک سیگنال QAM هگزادسیمال (QAM-16) برای انتقال در دو شاخه مربعی (در فاز یا سینوسی و مولفه‌های مربعی یا کسینوس) تولید می‌شود. که از روش تولید سیگنال KFM استفاده می کند.

با این حال آنالوگ های شناخته شدهبه دلیل ساختار کلاسیک دقیق طراحی سیگنال، ایمنی نسبتاً پایینی دارند و بنابراین، عدم امکان تقسیم جریان تمام بیت های حمل شده توسط سیگنال QAM به زیر استریم ها بر اساس اولویت ها، که دارای ایمنی نویز متفاوت هستند، که بسیار مهم است. تحت یک محیط نویز نسبتا ضعیف (به عنوان مثال، در مقادیر کم نسبت سیگنال - نویز در ورودی دمدولاتور QAM، که به ویژه مرتبط و پیشرونده است در سیستم های مدرنآه با کدگذاری توربو).

نزدیک ترین راه حل فنی به این اختراع، روشی برای تولید سیگنال های QAM است که در آن شکل گیری حامل با مدوله کردن و جمع دو سیگنال مربعی به دست می آید: sin(wt) و cos(wt). روش شکل‌دهی شامل دو کانال موازی است که هر کدام کلید‌بندی دامنه فاز، یک اسیلاتور اصلی مشترک، شیفترهای فاز و کلیدهای کنترل‌شده با تقسیم‌کننده‌های ولتاژ برای به دست آوردن یک سیگنال QAM چهار سطح با شانزده نقطه سیگنال (QAM-16) است.

با چنین ترکیبی از عناصر و اتصالات، افزایش فرکانس و بهره وری انرژی استفاده از کانال های گسسته خطوط مخابراتی چند کاناله حاصل می شود.

نقص راه شناخته شدهتولید سیگنال های مدولاسیون دامنه مربعی - از بین رفتن ایمنی نویز اطلاعات ارسال شده در شرایط بدترین محیط تداخل، هم با و هم بدون معرفی اولویت در ارسال پیام های چند کاربر.

هدف از اختراع کاهش از دست دادن ایمنی نویز در شرایط تداخل ضعیف به دلیل ساخت بهینه سیگنال های هگزادسیمال است. مدولاسیون مربعی(QAM-16) هم با و هم بدون تقسیم کل جریان بیت منتقل شده به زیرجریان های اولویت دار.

این هدف با این واقعیت حاصل می شود که تقسیم ولتاژ موج حامل در هر یک از دو کانال مربعی ژنراتور سیگنال مدولاسیون دامنه مربعی به طور همزمان با یک ضریب متغیر بسته به نسبت سیگنال به نویز در ورودی انجام می شود. دمدولاتور گیرنده از طریق کانال معکوس دریافت می کند.

مجموعه جدید لیست شده از ویژگی های ضروری ( انگ) با توجه به معرفی یک متغیر (که قبلا شناخته شده و به طور دقیق محاسبه شده است) در دوره بدترین وضعیت تداخل، ضریب تقسیم ولتاژ حامل های مربعی این امکان را فراهم می کند که از دست دادن ایمنی نویز اطلاعات چندین کاربر در هنگام معرفی آن کاهش یابد. اولویت پیام ها در شرایط کافی مقادیر پاییننسبت سیگنال به نویز (سیگنال به نویز) در ورودی دمدولاتور.

تجزیه و تحلیل هنر قبلی این امکان را فراهم می کند تا مشخص شود که آنالوگ ها با مجموعه ای از ویژگی ها مشخص می شوند که با تمام ویژگی های ادعا شده یکسان هستند. راه حل فنی، وجود ندارند که نشان دهنده انطباق اختراع با شرط قابلیت ثبت اختراع "تازه" است.

نتایج جستجو برای راه‌حل‌های شناخته شده در این زمینه و حوزه‌های مرتبط با فناوری به منظور شناسایی ویژگی‌هایی که با ویژگی‌های متمایز نمونه اولیه شی مورد ادعا مطابقت دارند، نشان داد که آنها به صراحت از هنر قبلی پیروی نمی‌کنند. از هنر قبلی، تأثیر دگرگونی های ارائه شده توسط ویژگی های اساسی اختراع ادعا شده در دستیابی به نتیجه فنی مشخص شده نیز آشکار نشده است. بنابراین، اختراع مورد ادعا دارای شرایط ثبت اختراع "مرحله اختراعی" است.

روش ادعا شده توسط نقشه ها، نمودارها و جداول نشان داده شده است که نشان می دهد:

شکل 1 بلوک دیاگرام یک دستگاه برای تولید سیگنال های مدولاسیون دامنه مربعی است.

شکل 2 - فضای سیگنال های کلاسیک KAM-16:

الف) مقادیر نسبی ثابت دامنه سیگنال های مدوله شده در مربع.

ب) مقادیر نسبی ثابت دامنه ها و فازهای حامل در خروجی مدولاتور KAM-16.

شکل 3 - سیگنال های فضایی سلسله مراتبی QAM-16 زمانی که پارامتر مدولاسیون =2 باشد.

شکل 4 - نمودار میانگین احتمال خطا در پارامتر مدولاسیون (نسبت تقسیم ولتاژ حامل های مربعی):

الف) وابستگی احتمال خطا در دریافت بیت های اول (دوم)، سوم (چهارم) و میانگین احتمال خطای هر بیت برای QAM-16 کلاسیک؛

ب) وابستگی احتمال خطا در دریافت بیت های اول (دوم)، سوم (چهارم) و میانگین احتمال خطا در هر بیت با سلسله مراتبی بهینه QAM-16.

شکل 5 مقادیر دقیق پارامترهای مدولاسیون (نسبت های تقسیم ولتاژ) را برای مقادیر مختلف سیگنال/نویز در ورودی گیرنده و افزایش انرژی (افزایش در ایمنی نویز) QAM-16 بهینه در مقایسه با سلسله مراتبی و شناخته شده نشان می دهد. سیگنال های کلاسیک مشابه

مولد سیگنال QAM نشان داده شده در شکل 1 به شرح زیر عمل می کند.

شکل‌دهنده KAM-16 از دو کانال موازی تشکیل شده است که در یکی از آن‌ها کلید زنی با دامنه فاز سیگنال sinwt (کانال I) انجام می‌شود، در دومین، کلید‌بندی دامنه فاز سیگنال coswt (کانال Q). این سیگنال ها از یک اسیلاتور اصلی مشترک 1 به دست می آیند و سیگنال coswt با جابجایی فاز سیگنال sinwt به میزان 90 درجه با استفاده از یک شیفتر فاز (0 ° / 90 درجه) به دست می آید. 2. دستکاری فازهای I و Q سیگنال ها با استفاده از سوئیچ های 5 و 6 به ورودی اول که سیگنال بدون تغییر فاز اعمال می شود و ورودی دوم - سیگنال هایی با تغییر فاز 180 درجه از خروجی های شیفترهای فاز 3 و 4 انجام می شود. سوئیچ های 5 و 6 توسط کدهای ترکیبی Ik و Qk اعمال شده به ورودی اطلاعات دستکاری کننده های دامنه فاز کنترل می شوند. در نتیجه چنین مدولاسیونی، بردارهای سیگنال I و Q موقعیت های فاز ثابتی را خواهند گرفت که در شکل 2a نشان داده شده است.

مدولاسیون دامنه سیگنال های I و Q با استفاده از کلیدهای 7 و 8 و تقسیم کننده های ولتاژ کنترل شده 10 و 11 با نسبت تقسیم متغیر انجام می شود. سوئیچ های 7 و 8 به ترتیب با ترکیب کد Ek و Dk که در ورودی های اطلاعات مدولاتور دریافت می شوند کنترل می شوند. کدهای ترکیبی Ik، Qk، Ek و Dk از شکل دهنده های پالس منابع پیام می آیند.

پس از افزودن سیگنال های مدوله شده I و Q در جمع کننده 9 در سیستم مختصات I و Q، 16 نقطه ثابت تشکیل می شود - شکل. بردارهایی که مبدا و نقاط ثابت را به هم متصل می کنند، دامنه و فاز حامل QAM را در خروجی مدولاتور برای کلمات رمز مختلف تعیین می کنند.

هنگامی که ورودی های دوم تقسیم کننده های ولتاژ 10 و 11 اطلاعاتی در مورد نسبت سیگنال به نویز در ورودی دمدولاتور KAM از 10 -11 تا 0.1 از طریق کانال معکوس دریافت می کنند، طراحی سیگنال کلاسیک KAM-16 شکل می گیرد. در خروجی دستگاه هنگامی که وضعیت تداخل در خط ارتباطی تغییر می کند و ورودی های دوم تقسیم کننده های ولتاژ 10 و 11 اطلاعاتی در مورد نسبت سیگنال به نویز در ورودی دمدولاتور QAM از 0.1 تا 0.3 دریافت می کنند (زمینه کاربرد کدهای توربو مدرن) از طریق کانال معکوس، یک ساختار سیگنال QAM بهینه در خروجی دستگاه -16 (OKAM-16) با ویژگی های انرژی بهتر در مقایسه با سیگنال های QAM کلاسیک و سلسله مراتبی شناخته شده تشکیل می شود.

محاسبات دقیق ایمنی نویز KAM-16 بهینه پیشنهادی با ضریب مدولاسیون بهینه

در مقایسه با مصونیت نویز سیگنال های کلاسیک شناخته شده مشابه با ضریب مدولاسیون = 1 (شکل 2b) و سلسله مراتبی با فاکتور مدولاسیون = 2، 4 (شکل 3) سیگنال های زیر را نشان می دهد.

1. با مقادیر میانگین احتمال خطای مورد نیاز در هر بیت Pb در محدوده 0.3 تا 0.1، حداقل میانگین انرژی در هر بیت h 2 bc (opt) با ساخت بهینه QAM-16 کمتر از h2 است. bc (=1/2) مورد نیاز برای QAM -16 کلاسیک شناخته شده با مقداری از مرتبه 0.46 dB تا 0.17 dB (ایمنی نویز QAM-16 بهینه در یک توان فرستنده ثابت بالاتر از ایمنی نویز است. کلاسیک QAM-16)، و حداقل انرژی پیک h 2 m (انتخاب) از h 2 m تجاوز نمی کند (=1/2) در این مورد پارامتر بهینهمدولاسیون (نسبت تقسیم کننده ولتاژ عادی) از 1 تا 0.39 متغیر است (شکل 5، جدول 5.1).

2. بهره در ضریب پیک P1 / P2 KAM-16 بهینه در مقایسه با KAM-16 کلاسیک در حالی که اوج انرژی h 2 m را به حداقل می رساند از 1.342 برای Pb = 0.4 تا 1.08 برای Pb = 0.2 است (شکل. 5، جدول 5.2).

3. برای دستیابی به مقدار مورد نیاز احتمال خطای بیت متوسط ​​Ptr = 0.3 و P tr = 0.1، مقدار مورد نیاز حداقل پیک انرژی h 2 m در opt بسیار کمتر از h 2 m در = 1/2 است. (=1)، و با کاهش بیشتر Р tr از 10 -2 به 10 -11، مقدار opt به تدریج به 0.5 نزدیک می شود. به ساخت کلاسیک شناخته شده سیگنال های KAM-16 (شکل 4a, b).

4. ساخت بهینه پیشنهادی ساختار سیگنال QAM-16 (SC) در مقایسه با QAM-16 کلاسیک و سلسله مراتبی شناخته شده قبلی، به کمتر h 2 متر در کل محدوده مقادیر میانگین احتمال خطای بیت مورد نیاز Pb نیاز دارد. ، که به نوبه خود منجر به افزایش ویژگی های انرژی اولی در مقایسه با دومی می شود ، یعنی. برای کاهش از دست دادن ایمنی صوتی (figv).

5. با مقادیر Pb مورد نیاز در محدوده 0.1 و بالاتر، QAM-16 سلسله مراتبی شناخته شده با ضریب مدولاسیون = 4 از h 2 m لازم در IKAM-16 با = 2 و در QAM-16 کلاسیک بهتر عمل می کند. اما تمام این ساختارهای سیگنال، به نوبه خود، از نظر انرژی به SC KAM-16 بهینه پیشنهادی از دست می‌دهند، یعنی. در مورد ایمنی نویز (شکل 4d).

بنابراین، با چنین مجموعه ای از ویژگی های اساسی، هنگام تشکیل سیگنال های هگزادسیمال مدولاسیون دامنه مربعی، کاهش تلفات ایمنی نویز ناشی از معرفی ضریب مدولاسیون بهینه (ضریب تقسیم کننده ولتاژ) بسته به سیگنال به نویز تضمین می شود. نسبت به دست آمده از طریق کانال معکوس در ورودی دمدولاتور KAM-16 مانند تقسیم کردن، و بدون تقسیم کل جریان بیت قابل حمل به زیر جریان ها بر اساس اولویت.

2. ثبت اختراع فدراسیون روسیهشماره 2205518, IPC H04L 27/20, 12/11/2001.

3. اسکلیار، برن. ارتباطات دیجیتال. مبانی نظریو استفاده عملی. اد. دوم، برگردان [متن] / پر. از انگلیسی. - م.: رادیو و ارتباطات، 1365. - 544 ص.

4. Sevalnev L.A. انتقال دیجیتال برنامه های تلویزیونیبا فشرده سازی اطلاعات داده ها در کانال های ماهواره ایارتباطات // Tele-Sputnik، شماره 7، 1997. - ص 64-69.

5. Sevalnev L.A. انتقال سیگنال های تلویزیون دیجیتال با فشرده سازی اطلاعات از طریق خطوط ارتباطی کابلی // Tele-Sputnik، شماره 1 (27)، 1998. - P. 54-67.

6. بوراچنکو دی.ال. بهینه سازی طراحی سلسله مراتبی سیگنال QAM 16 با دو الگوریتم پذیرش بهینهو دو کد دستکاری [متن]: مقاله / D.L. Burachenko، V.I. Bobrovsky، I.V. Timoshin // مجموعه مقالات هشتمین مجتمع علمی و فنی بین المللی. - سنت پترزبورگ: GUT im. پروفسور M.A. Bonch-Bruevich، 2002. - S.17-19.

7. Frisk V.V. مبانی تئوری مدارها. [متن] - M.: IP RadioSoft، 2002. - S.34-36.

مطالبه

روشی برای تولید سیگنال‌های مدولاسیون دامنه مربعی با تشکیل فرکانس حامل با مدولاسیون و جمع دو سیگنال مربعی: sin(wt) و cos(wt) در دو کانال موازی که در هر کدام از آنها مدولاسیون دامنه فاز با استفاده از سوئیچ‌های کنترل‌شده انجام می‌شود. و تقسیم کننده ولتاژ، با مشخصه این که تقسیم ولتاژ موج حامل در هر یک از دو کانال مربعی به طور همزمان با یک ضریب متغیر بسته به نسبت سیگنال به نویز در ورودی دمدولاتور گیرنده انجام می شود. روی کانال معکوس تحت بدترین شرایط تداخل.

سیگنال به عنوان یک ولتاژ یا جریان تعریف می شود که می تواند به عنوان یک پیام یا به عنوان اطلاعات منتقل شود. طبق ماهیت خود، همه سیگنال ها آنالوگ هستند، اعم از DC یا AC، دیجیتال یا پالسی. با این حال، مرسوم است که بین سیگنال های آنالوگ و دیجیتال تمایز قائل شوند.

سیگنال دیجیتال سیگنالی است که به روش خاصی پردازش شده و به اعداد تبدیل شده است. معمولا اینها سیگنال های دیجیتالمربوط به سیگنال های آنالوگ واقعی هستند، اما گاهی اوقات هیچ ارتباطی بین آنها وجود ندارد. به عنوان مثال می توان به انتقال داده ها در شبکه های محلی (LAN) یا سایر شبکه های پرسرعت اشاره کرد.

در مورد پردازش سیگنال دیجیتال (DSP)، یک سیگنال آنالوگ توسط دستگاهی به نام مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) به شکل باینری تبدیل می شود. خروجی ADC یک نمایش باینری از سیگنال آنالوگ است که سپس توسط یک پردازشگر سیگنال دیجیتال محاسباتی (DSP) پردازش می شود. پس از پردازش، اطلاعات موجود در سیگنال را می توان با استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) به شکل آنالوگ تبدیل کرد.

مفهوم کلیدی دیگر در تعریف سیگنال این واقعیت است که یک سیگنال همیشه مقداری اطلاعات را حمل می کند. این ما را به مشکل کلیدی پردازش سیگنال های فیزیکی آنالوگ می رساند - مشکل استخراج اطلاعات.

اهداف پردازش سیگنال

هدف اصلی پردازش سیگنال، نیاز به به دست آوردن اطلاعات موجود در آنها است. این اطلاعات معمولاً در دامنه یک سیگنال (مطلق یا نسبی)، در فرکانس یا محتوای طیفی، در فاز یا در وابستگی های زمانی نسبی چندین سیگنال وجود دارد.

هنگامی که اطلاعات مورد نظر از سیگنال استخراج شد، می توان از آن به روش های مختلفی استفاده کرد. در برخی موارد، مطلوب است که اطلاعات موجود در سیگنال دوباره قالب بندی شود.

به طور خاص، تغییر در قالب سیگنال هنگام ارسال اتفاق می افتد سیگنال صوتیدر یک سیستم تلفنی با دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس (FDMA). در این مورد، از روش های آنالوگ برای قرار دادن چندین کانال صوتی در طیف فرکانس برای انتقال از طریق رله رادیویی مایکروویو، کابل کواکسیال یا فیبر نوری استفاده می شود.

در مورد ارتباطات دیجیتال، اطلاعات صوتی آنالوگ ابتدا با استفاده از ADC به دیجیتال تبدیل می شود. اطلاعات دیجیتالی که کانال‌های صوتی جداگانه را نشان می‌دهند، مالتی پلکس شده با زمان (دسترسی چندگانه تقسیم زمانی، TDMA) و از طریق یک پیوند دیجیتال سریال (مانند یک سیستم PCM) منتقل می‌شوند.

دلیل دیگر پردازش سیگنال فشرده سازی پهنای باند سیگنال (بدون از دست دادن قابل توجه اطلاعات) و به دنبال آن قالب بندی و انتقال اطلاعات با سرعت های کاهش یافته است که می تواند پهنای باند کانال مورد نیاز را محدود کند. مودم‌های پرسرعت و سیستم‌های مدولاسیون کد پالس تطبیقی ​​(ADPCM) از الگوریتم‌های کاهش افزونگی (فشرده‌سازی) داده‌ها، مانند سیستم‌های ارتباط دیجیتال موبایل، سیستم‌های ضبط صدا MPEG و تلویزیون با وضوح بالا (HDTV) استفاده گسترده‌ای می‌کنند.

سیستم های جمع آوری و کنترل داده های صنعتی از اطلاعات دریافتی از حسگرها برای تولید سیگنال های بازخورد مناسب استفاده می کنند که به نوبه خود مستقیماً فرآیند را کنترل می کنند. توجه داشته باشید که این سیستم ها به ADC و DAC و همچنین سنسورها، تهویه کننده سیگنال و DSP (یا میکروکنترلر) نیاز دارند.

در برخی موارد در سیگنال حاوی اطلاعات نویز وجود دارد و هدف اصلی بازیابی سیگنال است. تکنیک هایی مانند فیلتر کردن، همبستگی خودکار، کانولوشن و غیره اغلب برای انجام این کار در هر دو حوزه آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود.

هدف از پردازش سیگنال

• استخراج اطلاعات سیگنال (دامنه، فاز، فرکانس، اجزای طیفی، زمان بندی)
• تبدیل فرمت سیگنال (تلفن با تقسیم کانال FDMA، TDMA، CDMA)
• فشرده سازی داده ها (مودم ها، تلفن های همراه, تلویزیون HDTV, فشرده سازی MPEG)
• تشکیل سیگنال های بازخورد (کنترل فرآیند صنعتی)
• استخراج سیگنال از نویز (فیلتر، همبستگی خودکار، کانولوشن)
• استخراج و ذخیره یک سیگنال به شکل دیجیتال برای پردازش بیشتر (FFT)

تهویه سیگنال

در بسیاری از موقعیت های فوق (مرتبط با استفاده از فناوری های DSP)، هر دو ADC و DAC مورد نیاز هستند. با این حال، در برخی موارد، تنها یک DAC مورد نیاز است، زمانی که سیگنال های آنالوگ را می توان مستقیما بر اساس DSP و DAC تولید کرد. یک مثال خوب نمایشگرهای ویدئویی اسکن شده است که در آن ها تولید شده است فرم دیجیتالسیگنال تصویر ویدئویی یا بلوک RAMDAC (مبدل آرایه پیکسلی دیجیتال به آنالوگ) را کنترل می کند.

مثال دیگر موسیقی و گفتار سنتز شده مصنوعی است. در واقع، هنگام تولید سیگنال‌های فیزیکی آنالوگ تنها با استفاده از روش‌های دیجیتال، بر اطلاعاتی که قبلاً از منابع سیگنال‌های آنالوگ فیزیکی مشابه به دست آمده است، تکیه می‌کنند. در سیستم های نمایشگر، داده های روی نمایشگر باید اطلاعات مربوطه را به اپراتور منتقل کنند. هنگام توسعه سیستم های صوتیبا ویژگی های آماری صداهای تولید شده، که قبلاً با استفاده از روش های DSP (منبع صدا، میکروفون، پیش تقویت کننده، ADC و غیره) تعیین شده است، ارائه می شوند.

روش ها و فناوری های پردازش سیگنال

سیگنال ها را می توان با استفاده از تکنیک های آنالوگ (پردازش سیگنال آنالوگ یا ASP)، تکنیک های دیجیتال (پردازش سیگنال دیجیتال یا DSP) یا ترکیبی از تکنیک های آنالوگ و دیجیتال (پردازش سیگنال ترکیبی یا MSP) پردازش کرد. در برخی موارد انتخاب روش ها مشخص است، در مواردی دیگر شفافیت در انتخاب وجود ندارد و تصمیم نهایی بر اساس ملاحظات خاصی صورت می گیرد.

در مورد DSP، تفاوت اصلی آن با تجزیه و تحلیل داده های رایانه ای سنتی است سرعت بالاو کارایی توابع پردازش دیجیتال پیچیده مانند فیلتر کردن، تجزیه و تحلیل بلادرنگ داده ها و فشرده سازی.

اصطلاح "پردازش سیگنال ترکیبی" به این معنی است که سیستم هم پردازش آنالوگ و هم پردازش دیجیتال را انجام می دهد. چنین سیستمی می تواند به عنوان یک برد مدار چاپی، یک مدار مجتمع ترکیبی (IC) یا یک تراشه منفرد با عناصر یکپارچه پیاده سازی شود. ADC ها و DAC ها به عنوان دستگاه های پردازش سیگنال ترکیبی در نظر گرفته می شوند، زیرا هر دو عملکرد آنالوگ و دیجیتال در هر یک از آنها پیاده سازی می شوند.

پیشرفت های اخیر در فناوری تراشه با یکپارچگی بسیار بالا (VLSI) پردازش پیچیده (دیجیتال و آنالوگ) را روی یک تراشه واحد امکان پذیر می کند. ماهیت DSP نشان می دهد که این توابع می توانند در زمان واقعی انجام شوند.

مقایسه پردازش سیگنال آنالوگ و دیجیتال

مهندس امروزی با انتخاب ترکیب مناسب روش های آنالوگ و دیجیتال برای حل مشکل پردازش سیگنال مواجه است. پردازش سیگنال های فیزیکی آنالوگ تنها با استفاده از روش های دیجیتال امکان پذیر نیست، زیرا همه سنسورها (میکروفون، ترموکوپل، کریستال های پیزوالکتریک، سر درایو دیسک مغناطیسی و غیره) دستگاه های آنالوگ هستند.

برخی از انواع سیگنال ها برای پردازش بیشتر سیگنال ها در هر دو روش آنالوگ و دیجیتال نیاز به وجود مدارهای عادی سازی دارند. مدارهای تهویه سیگنال، پردازنده های آنالوگ هستند که عملکردهایی مانند تقویت، انباشت (در تقویت کننده های ابزار دقیق و پیش تقویت کننده (بافر))، تشخیص سیگنال در برابر نویز پس زمینه (توسط تقویت کننده های حالت معمولی با دقت بالا، اکولایزرها و گیرنده های خطی)، پویا را انجام می دهند. فشرده سازی محدوده (توسط تقویت کننده های لگاریتمی، DAC های لگاریتمی و PGA) و فیلتر کردن (غیرفعال یا فعال).

چندین روش برای اجرای فرآیند پردازش سیگنال در شکل 1 نشان داده شده است. ناحیه بالایی شکل یک رویکرد کاملا آنالوگ را نشان می دهد. بقیه مناطق اجرای DSP را نشان می دهد. توجه داشته باشید که پس از انتخاب یک فناوری DSP، تصمیم بعدی باید قرار دادن ADC در مسیر پردازش سیگنال باشد.

پردازش سیگنال آنالوگ و دیجیتال

شکل 1. روش های پردازش سیگنال

به طور کلی، از آنجایی که ADC به سنسور نزدیکتر شده است، بیشتر پردازش سیگنال آنالوگ در حال حاضر توسط ADC انجام می شود. افزایش در قابلیت های ADC را می توان در افزایش فرکانس نمونه برداری، گسترش بیان کرد. محدوده دینامیکیافزایش وضوح، قطع نویز ورودی، استفاده از فیلتر ورودی و تقویت کننده های قابل برنامه ریزی (PGA)، وجود مراجع ولتاژ روی تراشه و غیره. تمام افزونه های ذکر شده باعث افزایش سطح عملکرد و ساده سازی سیستم می شود.

در حضور فن آوری های مدرنتولید شده توسط DAC و ADC با فرکانس های بالابا نمونه برداری و تفکیک، پیشرفت قابل توجهی در ادغام مدارهای بیشتر و بیشتر به طور مستقیم در ADC/DAC حاصل شده است.

برای مثال، در حوزه اندازه‌گیری، ADC‌های 24 بیتی با تقویت‌کننده‌های قابل برنامه‌ریزی داخلی (PGA) وجود دارند که به شما امکان می‌دهند سیگنال‌های پل 10 میلی‌ولتی در مقیاس کامل را مستقیماً بدون عادی‌سازی (مثلا سری AD773x) دیجیتالی کنید.

در فرکانس‌های صوتی و صوتی، دستگاه‌های رمزگشایی-رمزگشایی پیچیده رایج هستند - کدک‌ها (Analog Front End، AFE)، که دارای یک مدار آنالوگ درون تراشه هستند که حداقل الزامات برای اجزای عادی سازی خارجی (AD1819B و AD73322) را برآورده می‌کند.

همچنین کدک های ویدیویی (AFE) برای برنامه هایی مانند پردازش تصویر CCD (CCD) و موارد دیگر (مانند سری AD9814، AD9816 و AD984X) وجود دارد.

مثال پیاده سازی

به عنوان مثالی از استفاده از DSP، اجازه دهید فیلترهای آنالوگ و دیجیتال کم گذر (LPF) را با هم مقایسه کنیم که هر کدام فرکانس قطعی آن 1 کیلوهرتز است.

فیلتر دیجیتال به عنوان یک سیستم دیجیتال معمولی نشان داده شده در شکل 2 اجرا می شود. توجه داشته باشید که نمودار چندین فرض ضمنی دارد. ابتدا، برای پردازش دقیق سیگنال، فرض می شود که مسیر ADC/DAC دارای نرخ نمونه، وضوح و محدوده دینامیکی کافی است. ثانیاً، برای تکمیل تمام محاسبات خود در بازه نمونه برداری (1/f s)، دستگاه DSP باید به اندازه کافی سریع باشد. ثالثاً، در ورودی ADC و خروجی DAC، هنوز نیاز به فیلترهای آنالوگ برای محدود کردن و بازیابی طیف سیگنال (فیلتر ضد آلیاسینگ و فیلتر ضد تصویر) وجود دارد، اگرچه الزامات عملکرد آنها کم است. . با در نظر گرفتن این مفروضات، فیلترهای دیجیتال و آنالوگ را می توان با هم مقایسه کرد.

شکل 2. بلوک دیاگرام یک فیلتر دیجیتال

فرکانس قطع مورد نیاز برای هر دو فیلتر 1 کیلوهرتز است. تبدیل آنالوگ از نوع اول از مرتبه ششم (که با وجود ریپل افزایش در باند عبور و عدم وجود ریپل در خارج از باند عبور مشخص می شود) انجام می شود. مشخصات آن در شکل 2 نشان داده شده است. در عمل، این فیلتر را می توان با سه فیلتر درجه دوم که هر کدام بر روی یک تقویت کننده عملیاتی و چندین خازن ساخته شده اند، نشان داد. با استفاده از سیستم های مدرن طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) برای فیلترها، ایجاد یک فیلتر مرتبه ششم بسیار ساده است، اما انتخاب دقیق اجزا برای برآورده کردن مشخصات صافی 0.5 دسی بل لازم است.

فیلتر FIR دیجیتال با ضریب 129 که در شکل 2 نشان داده شده است دارای موجی 0.002 دسی بل در باند عبور، پاسخ فاز خطی و پرتاب بسیار تندتر است. در عمل، چنین ویژگی هایی با استفاده از روش های آنالوگ قابل تحقق نیستند. دیگر مزیت آشکارطرح این است که فیلتر دیجیتال نیازی به انتخاب اجزا ندارد و در معرض رانش پارامتر نیست، زیرا فرکانس ساعت فیلتر توسط یک تشدید کننده کوارتز تثبیت می شود. یک فیلتر با ضرایب 129 به 129 عملیات ضرب-انباشتگی (MAC) برای محاسبه نمونه خروجی نیاز دارد. این محاسبات باید در بازه نمونه برداری 1/fs انجام شود تا از عملیات بلادرنگ اطمینان حاصل شود. در این مثال، نرخ نمونه 10 کیلوهرتز است، بنابراین اگر محاسبات اضافی قابل توجهی مورد نیاز نباشد، 100 میکرو ثانیه برای پردازش کافی است. خانواده ADSP-21xx از DSPها می توانند کل فرآیند انباشت ضرب (و سایر توابع مورد نیاز برای اجرای یک فیلتر) را در یک چرخه دستورالعمل کامل کنند. بنابراین، فیلتری با ضرایب 129 به سرعت بیش از 129/100 µs = 1.3 میلیون عملیات در ثانیه (MIPS) نیاز دارد. DSP های موجود بسیار سریعتر هستند و بنابراین یک عامل محدود کننده برای این برنامه ها نیستند. سری 16 بیتی ADSP-218x نقطه ثابت تا 75MIPS عملکرد را به دست می آورد. لیست 1 کد اسمبلری را نشان می دهد که فیلتر را بر روی پردازنده های DSP از خانواده ADSP-21xx پیاده سازی می کند. توجه داشته باشید که خطوط واقعی کد اجرایی با فلش مشخص شده اند. بقیه نظرات هستند

شکل 3. فیلترهای آنالوگ و دیجیتال

البته در عمل فاکتورهای دیگری نیز وجود دارد که هنگام مقایسه فیلترهای آنالوگ و دیجیتال یا به طور کلی روش های پردازش سیگنال آنالوگ و دیجیتال مورد توجه قرار می گیرند. سیستم‌های پردازش سیگنال مدرن، روش‌های آنالوگ و دیجیتال را برای دستیابی به عملکرد مطلوب ترکیب می‌کنند و از بهترین روش‌ها اعم از آنالوگ و دیجیتال بهره می‌برند.

برنامه مونتاژ:
فیلتر FIR برای ADSP-21XX (تک دقیق)

MODULE fir_sub; ( فیلتر زیرروال FIR پارامترهای فراخوانی زیربرنامه I0 --> قدیمی ترین داده در خط تاخیر I4 --> جدول ضریب شروع فیلتر L0 = طول فیلتر (N) L4 = طول فیلتر (N) M1,M5 = 1 CNTR = طول فیلتر - 1 (N-1) مقادیر بازگشتی MR1 = نتیجه جمع (گرد و محدود) I0 --> قدیمی ترین داده در خط تاخیر I4 --> شروع جدول ضریب فیلتر تغییر رجیسترها MX0,MY0,MR زمان اجرا (N - 1) + 6 چرخه = N + 5 چرخه همه ضرایب در قالب 1.15 هستند. ENTRY fir; صنوبر: MR=0، MX0=DM(I0،M1)، MY0=PM(I4،M5) CNTR=N-1; انجام پیچیدگی تا CE. پیچیدگی: MR=MR+MX0*MY0(SS)، MX0=DM(I0,M1)، MY0=PM(I4,M5)؛ MR=MR+MX0*MY0(RND); IF MV SAT MR; RTS; ENDMOD; پردازش سیگنال در زمان واقعی

• پردازش سیگنال دیجیتال؛
  • عرض طیف سیگنال پردازش شده توسط نرخ نمونه برداری ADC / DAC محدود می شود.
    • معیار نایکیست و قضیه کوتلنیکوف را به خاطر بسپارید
  • محدود به عمق بیت ADC/DAC
  • عملکرد پردازنده DSP میزان پردازش سیگنال را محدود می کند زیرا:
    • برای عملیات بلادرنگ، تمام محاسبات انجام شده توسط پردازشگر سیگنال باید در یک بازه نمونه برداری برابر با 1/f s انجام شود.
• پردازش سیگنال آنالوگ را فراموش نکنید
  • فیلتر RF / RF، مدولاسیون، دمدولاسیون
  • فیلترهای محدود کننده و بازیابی طیف آنالوگ (معمولا فیلترهای پایین گذر) برای ADC و DAC
  • جایی که عقل سلیم و هزینه اجرا حکم می کند

ادبیات:

آنها همراه با مقاله "انواع سیگنال" می خوانند: