Lecture3 signal encoding_in_wireless

Editor's Notes

• #3 الرقمية إلى تناظرية يجب أن يتم تحويل البيانات الرقمية والإشارات الرقمية إلى إشارات تناظرية لاسلكية لنقل التناظرية إلى التناظرية يجب أن التضمين إشارات القاعدي على الناقل التردد العالي للإرسال. التناظرية إلى الرقمية Digitising الإشارات التناظرية لنقل الرقمي وذلك لتحسين نوعية والاستفادة من مخططات TDM. الرقمية إلى رقمية Encoding is the process of transforming information from one format into another. The opposite operation is called decoding. This is often used in many digital devices الترميز هو عملية تحويل المعلومات من شكل إلى آخر. وتسمى العملية المعاكسة فك التشفير. وكثيرا ما يستخدم هذا في كثير من الأجهزة الرقمية
• #4 ما الذي يحدد مدى نجاح مستقبل سيكون في تفسير إشارة واردة؟ إشارة إلى نسبة الضوضاء معدل البيانات عرض النطاق الترددي زيادة في معدل البيانات إلى زيادة معدل بت خطأ زيادة في SNR يقلل نسبة الخطأ زيادة في عرض النطاق الترددي يسمح بزيادة في معدل البيانات
• #5 إشارة الطيف مع عدم وجود مكونات عالية التردد، وعرض النطاق الترددي أقل المطلوبة (مناقشة) أي مكون العاصمة: اقتران AC عبر محول الممكن قطع مسافة السباق سهولة تحديد بداية ونهاية كل موقف قليلا تدخل إشارة والحصانة الضوضاء الأداء في وجود ضوضاء التكلفة والتعقيد وارتفاع نسبة إشارة إلى تحقيق معدل بيانات معينة، كلما زادت التكلفة The encoding schemes should realize these features Signal spectrum :In addition, lack of a direct current (dc) component is also desirable. With a dc component to the signal, there must be direct physical attachment of transmission components. With no dc component, alternating current (ac) coupling via transformer is possible; this provides excellent electrical isolation, reducing interference. Clocking: The receiver must determine the beginning and end of each bit position. This is no easy task. One rather expensive approach is to provide a separate clock channel to synchronize the transmitter and receiver. The alternative is to provide some synchronization mechanism that is based on the transmitted signal. This can be achieved with suitable encoding. • Signal interference and noise immunity: Certain codes exhibit superior performance in the presence of noise. This is usually expressed in terms of a BER. Cost and complexity: Although digital logic continues to drop in price, this factor should not be ignored. In particular, the higher the signaling rate to achieve a given data rate, the greater the cost. We will see that some codes require a signaling rate that is in fact greater than the actual data rate. ينبغي أن أنظمة الترميز يدركون هذه الميزات إشارة الطيف: وبالإضافة إلى ذلك، عدم وجود (العاصمة) المكون الحالي المباشر هو أيضا مرغوب فيه. مع عنصر العاصمة إلى الإشارة، يجب أن يكون هناك ارتباط مادي مباشر من مكونات الإرسال. مع أي مكون العاصمة، بالتناوب الحالي (AC) اقتران عبر محول هو ممكن؛ وهذا يوفر العزل الكهربائي ممتازة، والحد من التدخل. قطع مسافة السباق: المتلقي يجب تحديد بداية ونهاية كل موقف بعض الشيء. هذه ليست مهمة سهلة. نهج واحد مكلفة نوعا ما هو توفير قناة منفصلة على مدار الساعة لمزامنة جهاز الإرسال والاستقبال. البديل هو توفير آلية التزامن الذي يقوم على الإشارة المرسلة. ويمكن تحقيق ذلك مع ترميز مناسب. • تدخل إشارة والحصانة الضوضاء: بعض رموز تظهر الأداء المتفوق في وجود ضوضاء. عادة ما يتم التعبير عن هذا من حيث البر. التكلفة والتعقيد: على الرغم من أن المنطق الرقمي يواصل الانخفاض في الأسعار، ويجب عدم تجاهل هذا العامل. على وجه الخصوص، وارتفاع معدل يشير إلى تحقيق معدل بيانات معينة، كلما زادت التكلفة. سوف نرى أن بعض رموز تتطلب معدل الإشارات التي هي في الواقع أكبر من معدل البيانات الفعلية
• #6 البيانات الرقمية إلى إشارات التناظرية تضمين إزاحة السعة (ASK) الفرق السعة من تردد الناقل تضمين إزاحة التردد (FSK) الفرق تردد قرب تردد الناقل تضمين إزاحة الطور (PSK) مرحلة إشارة الناقل تحول modulation involves operation on one or more of the three characteristics of a carrier signal: amplitude, frequency, and phase. Accordingly, there are three basic encoding or modulation techniques for transforming digital data into analog signals. In amplitude shift keying, the amplitude of the carrier signal is varied to create signal elements. Both frequency and phase remain constant while the amplitude changes. تعديل ينطوي على عملية واحدة أو أكثر من الخصائص الثلاث للإشارة الناقل: السعة، والتردد، والمرحلة. وفقا لذلك، هناك هي ثلاثة ترميز أو تعديل التقنيات الأساسية لتحويل البيانات الرقمية إلى إشارات التناظرية. في السعة التحول القفل، وتتنوع السعة للإشارة الناقل لخلق عناصر الإشارة. كل من التردد والمرحلة تظل ثابتة في حين أن التغييرات السعة.
• #7 ثنائي الرقم واحد يمثلها وجود الناقل، في اتساع مستمر (1) ثنائي الرقم الآخر الذي يمثله غياب الناقل (0) حيث إشارة الناقل ACOS (2πfct) تستخدم لنقل البيانات الرقمية عبر الألياف الضوئية عرضة للتغيرات مكاسب مفاجئة تقنية التضمين غير فعالة Amplitude-Shift Keying In ASK, the two binary values are represented by two different amplitudes of the carrier frequency. Commonly, one of the amplitudes is zero; that is, one binary digit is represented by the presence, at constant amplitude, of the carrier, the other by the absence of the carrier (Figure 6.2a). binary 1 where the carrier signal is A COS(211fet). ASK is susceptible to sudden gain changes and is a rather inefficient modulation technique. On voice-grade lines, it is typically used only up to 1200 bps. The ASK technique is used to transmit digital data over optical fiber. For LED (light-emitting diode) transmitters, Equation (6.1) is valid. That is, one signal element is represented by a light pulse while the other signal element is represented by the absence of light. Laser transmitters normally have a fixed "bias" current that causes the device to emit a low light level. This low level represents one signal element, while a higher-amplitude light wave represents another signal element. تضمين إزاحة السعة في ASK، يتم تمثيل القيمتين الثنائية من قبل اثنين من سعة مختلفة من تردد الناقل. عادة، واحدة من سعة صفر. وهذا هو، ويمثل رقم ثنائي واحد من خلال وجود، في اتساع مستمر، من جانب الناقل، والآخر بسبب عدم وجود الناقل (الشكل 6.2a). ثنائي 1 حيث إشارة الناقل هو COS (211fet). ASK هو عرضة للتغيرات مكاسب مفاجئة وغير تقنية التضمين غير فعالة إلى حد ما. على خطوط صوت الصف، وعادة ما تستخدم فقط يصل إلى 1200 نقطة أساس. يتم استخدام تقنية ASK لنقل البيانات الرقمية عبر الألياف الضوئية. لLED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) الإرسال، والمعادلة (6.1) غير صالحة. وهذا هو، ويمثل عنصر إشارة واحدة من نبض الضوء في حين يتمثل العنصر إشارة الآخرين من خلال غياب الضوء. مرسلات الليزر وعادة ما يكون "التحيز" التيار الثابت الذي يتسبب في الجهاز لتنبعث من مستوى ضوء منخفض. يمثل هذا المستوى المتدني عنصر إشارة واحدة، في حين تمثل موجة الضوء العالي-السعة عنصر إشارة أخرى
• #8 رقمين ثنائي ممثلة من قبل اثنين من ترددات مختلفة بالقرب من تردد الناقل حيث يتم إجراء مقاصة بين F1 و F2 من تردد الناقل FC بنسب متساوية ولكن متعاكسين أقل عرضة للخطأ من ASK تستخدم في الترددات العالية (3-30 ميغاهرتز) الإرسال الإذاعي In frequency shift keying, the frequency of the carrier signal is varied to represent data. The frequency of the modulated signal is constant for the duration of one signal element, but changes for the next signal element if the data element changes. Both peak amplitude and phase remain constant for all signal elements. With this scheme, the "1" is called the mark frequency and the "0" is called the space frequency. في وتيرة التحول القفل، وتباينت وتيرة إشارة الناقل لتمثيل البيانات. تردد إشارة التضمين هو ثابت لمدة عنصر إشارة واحدة، ولكن التغييرات للعنصر إشارة المقبل إذا تغير عنصر البيانات. كل من السعة ومرحلة الذروة تبقى ثابتة لجميع عناصر الإشارة. مع هذا البرنامج، ويسمى "1" وتيرة علامة و"0" يسمى تردد الفضاء.
• #9 وتستخدم أكثر من عقدين من الترددات في FSK أكثر كفاءة عرض النطاق الترددي تستخدم لتردد التنقل في انتشار الطيف
• #11 In phase shift keying, the phase of the carrier is varied to represent two or more different signal elements. Both peak amplitude and frequency remain constant as the phase changes. Today, PSK is more common than ASK or FSK. Because a phase shift of 180 is equivalent to flipping the sine wave or multiplying it by -1 An alternative form of two-level PSK is differential PSK (DPSK). Figure 6.5shows an example. In this scheme, a binary 0 is represented by sending a signal burst of the same phase as the previous signal burst sent.A binary 1 is represented by sending a signal burst of opposite phase to the preceding one. This term differential refers to the fact that the phase shift is with reference to the previous bit transmitted rather than to some constant reference signal. In differential encoding, the information to be transmitted is represented in terms of the changes between successive data symbols rather than the signal elements themselves. DPSK avoids the requirement for an accurate local oscillator phase at the receiver that is matched with the transmitter. As long as the preceding phase is received correctly, the phase reference is accurate. في مرحلة التحول القفل، وتتنوع مرحلة الناقل لتمثيل اثنين أو أكثر من العناصر المختلفة الإشارة. كل من السعة والتردد الذروة تبقى ثابتة مع تغير المرحلة. اليوم، PSK هو أكثر شيوعا من ASK أو FSK. لأن مرحلة التحول من 180 يعادل التقليب موجة جيبية أو ضرب من قبل -1 شكل بديل من مستويين PSK هو PSK التفاضلي (DPSK). الرقم 6.5shows مثال على ذلك. في هذا المخطط، وثنائي 0 يمثله إرسال انفجر إشارة من المرحلة ذاتها كما انفجرت إشارة السابقة sent.A ثنائي 1 يمثله إرسال إشارة انفجر المرحلة معاكسة لتلك التي سبقت. يشير هذا المصطلح إلى فارق حقيقة أن مرحلة التحول هو مع الإشارة إلى بت السابق ينتقل بدلا من بعض إشارة مرجعية ثابتة. في ترميز التفاضلية، والمعلومات التي يجب أن تنتقل يمثل من حيث التغييرات بين رموز البيانات المتتالية بدلا من العناصر إشارة أنفسهم. DPSK يتجنب متطلبات مرحلة مذبذب المحلية دقيقة على المتلقي أن تلاءم مع جهاز الإرسال. طالما استلام المرحلة السابقة بشكل صحيح، فإن الإشارة مرحلة دقيقة.
• #12 QPSK uses two carriers, one in-phase and the other quadrature. The point representing 11 is made of two combined signal elements, both with an amplitude of 1 V. One element is represented by an in-phase carrier, the other element by a quadrature carrier. The amplitude of the final signal element sent for this 2-bit data element is 2112, and the phase is 45°. The argument is similar for the other three points. All signal elements have an amplitude of 2112,but their phases are different (45°, 135°, -135°, and -45°). Of course, we could have chosen the amplitude of the carrier to be 1/(21/2) to make the final amplitudes 1V. يستخدم QPSK حاملتي، واحدة في مرحلة والتربيع الآخر. يتم إجراء نقطة تمثل 11 من عنصرين إشارة مجتمعة، سواء مع اتساع 1 خامسا يتمثل أحد العناصر من قبل الناقل في مرحلة، وعنصر آخر من قبل الناقل التربيع. اتساع العنصر النهائي أرسلت إشارة لهذا العنصر البيانات 2-بت 2112، والمرحلة هي 45 درجة. الحجة هي مماثلة لثلاث نقاط أخرى. جميع عناصر إشارة لها سعة 2112، ولكن مراحلها مختلفة (45 درجة و 135 درجة مئوية، -135 درجة مئوية، و-45 درجة). بالطبع، يمكننا أن اختاروا سعة الناقل أن يكون 1 / (21/2) لجعل سعة النهائية 1V.
• #14 إشارتين مختلفة أرسلت في وقت واحد على نفس تردد الناقل QAM is a popular analog signaling technique that is used in some wireless standards. This modulation technique is a combination of ASK and PSK. QAM can also be considered a logical extension of QPSK. QAM takes advantage of the fact that it is possible to send two different signals simultaneously on the same carrier frequency, by using two copies of the carrier frequency, one shifted by 900 with respect to the other. Figure 6.10 shows the QAM modulation scheme in general terms. The input is a stream of binary digits arriving at a rate of R bps. This stream is converted into two separate bit streams of R/2 bps each, by taking alternate bits for the two streams. In the diagram, the upper stream is ASK modulated on a carrier of frequency Ie by multiplying the bit stream by the carrier. Thus, a binary zero is represented by the absence of the carrier wave and a binary one is represented by the presence of the carrier wave at a constant amplitude. This same carrier wave is shifted by 900 and used for ASK modulation of the lower binary stream. The two modulated signals are then added together and transmitted. The transmitted signal can be expressed as follows: QAM If two-level ASK is used, then each of the two streams can be in one of two states and the combined stream can be in one of 4 = 2 X 2 states. This is essentially QPSK.
• #16 تعديل الإشارات الرقمية عندما تكون فقط مرافق النقل المتاحة التناظرية، والرقمية لتحويل التناظرية مطلوبة تعديل الإشارات التناظرية قد تكون هناك حاجة إلى تردد أعلى لنقل فعالة تعديل يسمح بتقسيم التردد
• #18 البيانات التناظرية إلى إشارة رقمية كود نبض التحوير (PCM) دلتا التحوير (DM) مرة واحدة وقد تم تحويل البيانات التناظرية إلى إشارات رقمية، والبيانات الرقمية يمكن أن تنتقل باستخدام NRZ-L يمكن المشفرة في صورة إشارة رقمية باستخدام تعليمات برمجية أخرى من NRZ-L يمكن تحويلها إلى إشارة تناظرية
• #19 على أساس نظرية أخذ العينات يتم تعيين كل عينة تمثيلية من الشفرة الثنائية ويشار إلى عينات تمثيلية باسم نبض تعديل السعة عينات (PAM) تتكون الإشارة الرقمية من كتلة بت n، حيث كل رقم N-بت واتساع نبض PCM Pulse code modulation (PCM) is based on the sampling theorem, which states that If a signal f(t) is sampled at regular intervals of time and at a rate higher than twice the highest signal frequency, then the samples contain all the information of the original signaL The function f(t) may be reconstructed from these samples by the use of a low-pass filter. If voice data are limited to frequencies below 4000 Hz, a conservative procedure for intelligibility, 8000 samples per second would be sufficient to characterize the voice signal completely. Note, however, that these are analog samples, called pulse amplitude modulation (PAM) samples. To convert to digital, each of these analog samples must be assigned a binary code. Figure 6.15 shows an example in which the original signal is assumed to be band limited with a bandwidth of B. PAM samples are taken at a rate of 2B, or once every Ts = 1/2B seconds. Each PAM sample is approximated by being quantized into one of 16 different levels. Each sample can then be represented by 4 bits. But because the quantized values are only approximations, it is impossible to recover the original signal exactly. By using an 8-bit sample, which allows 256 quantizing levels, the quality of the recovered voice signal is comparable with that achieved via analog transmission. Note that this implies that a data rate of (8000 samples per second) X (8 bits per sample) = 64 kbps is needed for a single voice signal. Thus, PCM starts with a continuous-time, continuous-amplitude (analog) signal, from which a digital signal is produced. The digital signal consists of blocks of n bits, where each n-bit number is the amplitude of a PCM pulse. On reception, the process is reversed to reproduce the analog signaL Notice, however, that this process violates the terms of the sampling theorem. By quantizing the PAM pulse, the original signal is now only approximated and cannot be recovered exactly. This effect is known as quantizing error or quantizing noise. The signal-to-noise ratio for quantizing noise can be expressed as [GIBS93] SNRdB = 20 log 2n + 1.76 dB = 6.02n + 1.76 dB Thus each additional bit used for quantizing increases SNR by about 6 dB, which is a factor of 4. ويستند كود نبض التحوير (PCM) على نظرية أخذ العينات، والتي تنص على أنه إذا تم أخذ عينات من إشارة و (ر) على فترات منتظمة من الزمن، وبمعدل أعلى من ضعفي أعلى تردد إشارة، ثم العينات تحتوي على جميع المعلومات و الإشارة الأصلية و وظيفة (ر) يجوز بناؤها من هذه العينات باستخدام مرشح تمرير منخفض. إذا كانت البيانات الصوتية تقتصر على ترددات أقل من 4000 هرتز، وهو محافظ إجراءات وضوح، أن 8000 عينة في الثانية يكون كافيا لتوصيف إشارة الصوت تماما. نلاحظ، مع ذلك، أن هذه هي عينات تمثيلية، دعا تعديل نبض السعة عينات (PAM). تحويل إلى الرقمية، ولكل من هذه العينات التناظرية يجب تعيين رمز ثنائي. ويبين الشكل 6.15 مثال الذي يفترض الإشارة الأصلية لتكون الفرقة محدودة مع عرض النطاق الترددي لعينات B. PAM تؤخذ بمعدل 2B، أو مرة واحدة كل تس = 1 / 2B ثواني. ويقترب كل عينة حزب الأصالة والمعاصرة من خلال الكم يجري في واحدة من 16 مستويات مختلفة. ومن ثم يمكن تمثيل كل عينة بنسبة 4 بت. ولكن لأن القيم المكممة تقريبية فقط، فإنه من المستحيل لاسترداد الإشارة الأصلية بالضبط. باستخدام عينة 8 بت، والذي يسمح تثبيت قيمة 256 المستويات، وجودة الإشارة الصوتية تعافى قابلة للمقارنة مع تلك التي تحققت عبر انتقال التناظرية. لاحظ أن هذا يعني أن هناك حاجة إلى البيانات بمعدل (8000 عينة في الثانية) X (8 بت لكل عينة) = 64 كيلو بايت في الثانية لفترة واحدة إشارة صوتية. وبالتالي، يبدأ PCM مع الوقت متواصل ومستمر، سعة (التناظرية) إشارة، والتي تنتج إشارة رقمية. تتكون الإشارة الرقمية كتل بت n، حيث كل رقم N-بت واتساع نبض PCM. على الاستقبال، ويتم عكس عملية إعادة إنشاء إشارة تناظرية لاحظ، مع ذلك، أن هذه العملية تشكل انتهاكا لشروط نظرية أخذ العينات. قبل تثبيت قيمة النبض حزب الأصالة والمعاصرة، الأصلي والآن يقترب إشارة فقط ولا يمكن استردادها بالضبط. يعرف هذا التأثير كما تثبيت قيمة الخطأ أو تثبيت قيمة الضوضاء. نسبة الإشارة إلى الضوضاء لتثبيت قيمة الضوضاء يمكن التعبير عن [GIBS93] SNRdB = 20 سجل 2N + 1.76 ديسيبل = 6.02n + 1.76 ديسيبل وبالتالي كل بت إضافي يستخدم لتثبيت قيمة SNR يزيد بنسبة 6 ديسيبل، وهو عامل 4.
• #20 قبل تثبيت قيمة النبض حزب الأصالة والمعاصرة، ويقترب الإشارة الأصلية فقط يؤدي إلى تثبيت قيمة الضوضاء نسبة الإشارة إلى الضوضاء لتثبيت قيمة الضوضاء كل بت إضافي عادة ما يزيد SNR بنسبة 6 ديسيبل، أو عاملا من 4. ويمكن تحسين نسبة SNR بواسطة الترميز غير الخطية مثل تكميم غير موحدة.
• #21 في بلدية دبي، ويقترب مدخلات تناظرية حسب الوظيفة الدرج تتحرك صعودا أو هبوطا حسب مستوى تكميم احد () في كل فترة أخذ العينات تيار قليلا يقارب المشتقة من الإشارات التناظرية (بدلا من السعة) 1 يتم إنشاؤها إذا ظيفة ترتفع 0 خلاف ذلك معلمتين هامة حجم خطوة المخصصة لكل ثنائي الرقم () معدل أخذ العينات تحسنت دقة من خلال زيادة معدل أخذ العينات ومع ذلك، فإن هذا يزيد من معدل البيانات
• #22 ميزة DM خلال PCM هي بساطة تنفيذه. تستخدم لتشفير إشارة الصوت في بلوتوث. PCM المعارض SNR أفضل في معدل البيانات نفسه.
• #23 ترميز إشارة تقنيات الترميز الأساسية الرقمية إلى تناظرية التناظرية إلى تناظرية التناظرية إلى الرقمية مشاكل 6.1، 6.10، 6.16