Comunicação sem fio Estudo de Caso: A transmissão de dados binários

Os vários blocos de um sistema de comunicação digital são um híbrido de geração de sinal de tempo discreto e filtragem, processamento de sinais de tempo contínuo em frequências de banda base, ea frequência de rádio de tempo contínuo (RF) para cima e para baixo conversão.

Comece com o sinal

Um sinal de comunicação digital em banda de base assume a forma

Onde uma_k é uma sequência de bits que tem sido traduzido de 0/1 de valores binários em +/- 1 valores, p(t) É uma forma de impulso, e UMA é um fator de escala de amplitude. A duração é pouco T_h, por isso a taxa de bits em série é R_b = 1 / T_b bps. o índice k corre ao longo da duração da sequência de mensagem digital.

formas de pulso comuns incluem rectangular (RECT), levantou cosseno (RC) e raiz quadrada levantada cosseno (SRC). No domínio de tempo contínuo, o pulso ret é apenas

No negócio de códigos de linha para sinalização digital x_bb(t) Sob o pulso RECT é conhecido como anti-retorno a zero (NRZ), porque a forma de onda não fica no zero. Também é prática comum para gerar x_bb(t) Em primeiro lugar no domínio de tempo discreto, usando a sequência de pulso de forma equivalente p[n] para criar x_bb[n] E, em seguida, utilizando um conversor digital-para-analógico (DAC), para converter a sequência de um sinal de tempo contínuo.

Para comunicações sem fio, você precisa colocar o sinal de banda base em uma frequência portadora, semelhante ao AM. Porque cosseno e seno transportadoras são ortogonais (em um sentido do vetor, o portador de informação por parte das transportadoras seno e cosseno estão em ângulos retos, de modo que não interfiram uns com os outros), a formulação típica é para colocar um sinal de banda base no cos (2# 960-f_ct) E um segundo sinal de sin (2# 960-f_ct).

O resultado é em fase de modulação em quadratura centrado em f_c: x_c(t) = x_Eu(t(2) COS# 960-f_ct) - x_Q(t) Sin (2# 960-f_ct), Onde x_Eu(t) e x_O(t), O em fase e em quadratura, respectivamente, sinais, são formas de onda de banda de base de dados digitais, como x_bb(t).

Binary modulação por deslocamento de fase (BPSK) é usado, que tem x_Eu(t) = x_bb(t) Com RECT, RC, ou SRC formação de pulso e x_Q(t) = 0. O diagrama de blocos, mostrado mais adiante, é desenvolvido para o caso geral. O nome BPSK acontece porque com a codificação linha NRZ, x_Eu(t(2) COS# 960-f_ct) É o sinal de portadora às 0 graus ou 180 graus, como resultado da multiplicação de dados +/- 1.

Confira a forma de onda e espectros

Usando a função personalizada NRZ_bits (), escrito em Python (veja ssd.py), a figura mostra x_Eu(t) (Uma simulação em tempo discreto) e o espectro de potência

Dentro [547]: X, b, dados = ssd.NRZ_bits (100000,50, 'rect') # 100000 gerar bits de NS = 50 samps / bitin [548]: N = arange (0, len (x)) Em [549]: T = n / 50. # Rb = 1 bpsIn [551]: Plot (t, x) em [553]: Psd (x, 2 ** 10,50) -Em [554]: Xc = x * cos (2 * pi * 12,5 * t) # fc = 12,5 HzIn [556]: Psd (xc, 2 ** 10,50) -

A lenta espectral roll-off quando se usa o pulso resultados directos em baixa eficiência espectral. Você pode resolver isso com as formas de pulso RC e SRC.

Use formas de impulso para aumentar a eficiência espectral

Para limitar a largura de banda do espectro recT pode passar o sinal por um filtro passa-baixo (tal como um passa-baixo Butterworth, Chebyshov, e assim por diante). Ao fazê-lo resulta em interferência intersímbolos (ISI), o que significa que a energia de sinal a partir de pedaços adjacentes esfregaço para o bit de interesse, aumentando a probabilidade de criação de um erro de bit quando o sinal é recebido num fundo de ruído. Então o que você faz?

pulso de Nyquist moldar para o resgate! A forma de impulso RC garante que nenhum ISI ocorre. A energia pouco ainda se espalha por vários símbolos, mas não há um local calendário uma vez por período de bit (símbolo) que tem zero ISI!

A largura de banda espectral ocupada é dada por (1 + # 945-)R_b, 0 onde lt; # 945- 8804- # 1 é o factor de excesso de largura de banda. Nota # 945- - 0 dá o espectro mais compacto, mas é impraticável para implementar. Típica # 945- valores encontrados em uso hoje variam de 0,25 a 0,5. A eficiência espectral para BPSK com # 945- = 0,5 a 1,5 bps / Hz.

Você deve considerar a eficiência energética em comunicações digitais. A ideia é dar um jeito, usando o mínimo de energia possível, mantendo uma baixa probabilidade de cometer erros bit. ruído aditivo e interferência de outros usuários é a principal causa de erros de bits. ruído aditivo acontece porque a força do sinal recebido é normalmente um pouco acima do piso de ruído (eficiência energética).

Um filtro combinado no receptor garante que você pode reduzir o ruído ainda não excessivamente distorcer o sinal. Nyquist para o resgate de novo: Você pode minimizar a probabilidade de fazer um erro de bit se você distribuir a forma de pulso RC entre o transmissor eo receptor filtro adaptado.

Você pode fazer isso usando o filtro de SRC. A forma do impulso do transmissor é SRC, e o filtro combinado é idêntico receptor. O pulso SRC tem o mesmo parâmetro # 945- para controlar a largura de banda do sinal.

implementação de tempo discreto das formas de pulso SRC é o caminho a percorrer. A descrição matemática do pulso SRC é o seguinte:

N_s é o número de amostras por bits (símbolo), sinc (x) = Sin (# 960-x) / (# 960-x), E 0 lt; # 945- 8804- # 1 é conhecido como o fator de largura de banda em excesso.

Um pequeno mas significativo pormenor é que o impulso tem a duração SRC infinito. Também é simétrica em relação a n = 0.

Complete o diagrama de blocos

Confira o diagrama de blocos transceptor completa para implementação de BPSK em forma de pulso, bem como a modulação geral IQ.