دانلود پاورپوینت عوارض کانال(تداخل نمونه ها،نویز،فیدینگ)آنالیز خطا،کدینگ کانال

بنام خدا بخش ششم عوارض کانال(تداخل نمونه ها،نویز،فیدینگ) آنالیز خطا،کدینگ کانال ‏Slide 2 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh نویز در سیستم های آنالوگ و دیجیتال معیارهای ارزیابی آسیب شناسی نویز بر سیستمهای آنالوگ و دیجیتال )قدرت سیگنال به نویز(  S/N ) Signal-to-Noise Ratio (Analog معموال بر اساس کاربرد و حساسیت گیرنده ها آستانه مجاز SNR تعیین میگردد. )قدرت کاریر به نویز(  C/N ) Carrier-to-Noise Ratio (Analog and Digital بمنظور اطمینان از انتقال موثر اطالعات الزم است این شاخص از حساسیت دمدوالتور باالتر باشد. )میزان نرخ بیتهای دچار خطا(  BER ‏Slide 3 بلوک دیاگرام یک سیستم فرستنده و گیرنده آنالوگ = Wideband (passband) signal with modulation = Baseband signal with raw information Transmitter Information to be sent Receiver RF RF Mixer Mixer IF IF Modulator Demodulator Information received Slide 4 نسبت سیگنال به نویز نسبت ، S/Nشاخص ارزیابی عملکرد سیستمهای آنالوگ در درجه اول به میزان کیفیت قابل پذیرش اطالعات باند پایه توسط کاربر پس از بازیابی پیام در خروجی دمدوالتور داشته لیکن بر حسب dBدر“خروجی دمدوالتور“ و بر اساس کاربرد و نوع پیام توسط مراجع مهندسی نظیر ITUتعیین میشود. برای مثال حداقل SNRبرای سیگنالهای تلویزیونی آنالوگ 50dB تعیین شده است. تصوير دريافتي آلوده به نويز تصوير ارسالي فرستنده ‏the Signal power is 100,000 > the Noise power ‏Slide 5 QAMتاثیر نویز بر Perfect channel White noise Phase jitter 6 بیان کاربردی نسبت های SNRو CNR شاخص ،C/Nبعنوان پارامتر ارزیابی نویز سیستمهای آنالوگ ،و نیز بعنوان یک پارامتر کلیدی طراحی در ورودی دمدوالتورها سنجیده میگردد. ‏User’s Application ‏Device ‏Output ‏S/N ‏Demodulator اما شاخص ،S/Nبعنوان پارامتر ارزیابی نویز سیستمهای آنالوگ ،و لیکن بعنوان یک پارامتر حسی ،که به میزان رضایت کاربر( )User Perceivesتعیین میگردد ،در خروجی دمدوالتورها کنترل میشود. ‏Slide 7 ‏Input ‏C/N عوارض کانال انتقال دیجیتال -نرخ بیت های خطا BER در سیستمهای دیجیتال اثر نویز و سایر عوامل مزاحم ،سبب به اشتباه انداختن گیرنده در تشخیص بیت میشود و بطور کل میزان سالمت سیستم مخابراتی را میتوان در انتقال با کمترین اشتباه در مقصد سنجید، بهمین منظور چنانچه بیتهای اشتباه شده را یک دنباله تصور کنیم میزان نرخ این دنباله بنام Bit Error Rateتعریف می گردد. خواهیم دید که BERبصورت یک توان نمایی که همان احتمال وقوع خطای بیت میباشد بیان میگردد. ‏ 8 Slideبرای مثال BER=10-6به این معنی است که در عوامل تاثیر گذار برنرخ بیت های خطا ‏BER از آنجائیکه بطور مستقیم BERبه C/Nبستگی دارد میتوان بطور خالصه عوامل موثر در BERرا چنین بیان نمود: تغییر قدرت کاریر در دریافت ماهواره ائی یکی از عوامل کاهندۀ اندازۀ قدرت کاریر نبود تنظیم دیش میباشد که خود باعث افزایش BERمیگردد. تضعیف سیگنال که میتواند در اثر عواملی نظیر نامناسب بودن اتصاالت ،وجود رطوبت در کنکتورها و ....نیز یکی از عوامل عمده کاهش Cمی باشد. افزایش قدرت نویز نویزهای سیستم و کانال ارتباطی اعم از“نویز آسمانی، نویز صنعتی و “... ‏ ‏Slide 9 تاخیر مخرب که سبب تداخل سمبلها میشوند. ظرفیت کانال دیجیتال حداکثر نرخ بیتی که یک ارسال قابل اعتماد ،بدون خطاء بر روی یک کانال مخابراتی( AWGNکه تنها عامل مخرب آن نویز سفید باشد) ،بنام ظرفیت کانال خوانده می شود. ظرفیت هر کانال با پهنای باند ،BWبر اساس رابطۀ ائی موسوم به رابطۀ شانون بقرار زیر تعیین میگرددC = BW log2 (1 + SNR) : برای مثال بگویید یک خط دو سیمه با پهنای باند موثر و خطی حدود ،10MHzهنگامیکه بتوانیم توسط فرستنده SNRائی حدود 30dBرا تامین کنیم در چنین وضعیتی حد باالی نرخ بیت قابل انتقال Slide 10ازین کانال چقدر است؟ آنالیز خطاء ()1 در یک سیستم باینری مبتنی بر شکل موج دو قطبی A+ و – Aو با تصور اینکه تنها عامل ایجاد کننده خطاء نویز باشد ،در دو وضعیت با خطا مواجهه میگردیم: دامنۀ Aارسال شده ،ولی ولتاژی که در گیرنده احساس شده AT+N<0میباشد (“ ”1ارسال شده ،ولی “ ”0دریافت نمودیم). دامنۀ A-ارسال شده ،ولی ولتاژی که در گیرنده احساس شده ( )AT+N>0 -میباشد ”0“(.ارسال شده ،ولی “”1 دریافت نمودیم). :ATآستانۀ تصمیم گیری گیرنده می باشد. ‏Slide 11 آنالیز خطاء ()2 چنانچه عامل ایجاد خطاء نویز سفید بوده و از آنجائیکه دامنۀ نویز سفید طبق تابع توزیع احتمال گاوسی رخ میدهد میتوان ‏ AT  n / N T سنجیده 2 A2T ‏ شود: بطور کمی بقرار زیر ‏e ‏ ‏ ‏P ( Error | A)   ‏dn Q ‏ N0  ‏N 0T ‏ ‏ ‏ 0 2 A2T  ‏N 0  2 2 ‏ ‏e  n / N 0T ‏P ( Error |  A)   ‏dn Q ‏ ‏N 0T ‏AT ‏ ‏ متوسط احتمال خطاء یک سیستم ارسال باینری ‏Slide 12 آنالیز خطاء ()3 همانطور که میدانیم محاسبه یا بهتر بگوئیم تخمین خطاء منوط به محاسبۀ تابع انتگرالی ) (Qمی باشد ،با شرایطی میتوان تقریب خوبی برای این تابع بقرار زیر تعریف نمود: ‏ u2 / 2 ‏e ‏Q(u )  , u  1 ‏u 2 ‏z ‏ 2 A2T  ‏e ‏ ‏PE Q , z  1 ‏ N 0  2 z ‏ ‏ ‏Slide 13 مثال یک دیتای دیجیتال توسط سیستم باند پایه ائی با دانسیته قدرت نویزی برابر N0=10-7watt/Hzارسال شده است ،چنانچه دامنه پالس دریافتی A=20mVباشد ،مطلوبست: )aچنانچه نرخ بیت Rb=1 kbpsباشد ،احتمال خطا چقدر است؟ ‏BW Rb 10 3 ‏A2 400 10  6 ‏2 ‏SNR  z  ‏ 7 ‏ 400 ‏ 10 ‏4 3 ‏N 0 BW 10 10 ‏e z ‏PE  ‏2.58 10  3 2 z )bحال اگر نرخ بیت به Rb=10 kbpsافزایش یابد ،بمنظور مقدار حفظ احتمال خطا در همان مقدار بخش ‏A2 قبل چه A2 2 ‏3 ‏z ‏ 7 ‏ 4 ‏ ‏A ‏ 4 ‏ 10 دامنه پالس Aنیاز است؟ A 63.2mV ‏N 0 B p 10 10 4 ‏Slide 14 گیرنده باند پایه دیجیتال ()1 بلوک دیاگرام یک گیرنده باند پایه دیجیتال ‏Slide 16 آنالیز خطاء()1 محاسبۀ احتمال وقوع خطاء: با توجه به اینکه ولتاژ نویز تابعی گاوسی شکل است احتمال خطا بقرار زیر در دو حالت ممکنه تصمیم گیری اشتباه گیرنده قابل ارائه است: ‏ k  s01 (T )  ‏dv Q ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ k  s02 (T )  ‏dv 1  Q ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ [ v  s01 (T )] 2 / 2 2 ‏e 2 2 ‏ [ v  s02 (T )] 2 / 2 2 ‏ ‏P ( E | s1 (t ))  ‏k ‏e 2 2 ‏k ‏P ( E | s2 (t ))   ‏ ن ترتیب متوسط احتمال خطاء بقرار زیر خواهد شد: 1 1 ]) PE  P[ E | s1 (t )]  P[ E | s2 (t 2 2 ‏Slide 17 آنالیز خطاء()2 اکنون از رابطه خطا میتوان تعیین نمود که مینیمم خطاء با انتخاب بهینه آستانه تصمیم گیری قابل تعیین است ،این مقدار بقرار زیر قابل تعریف است: ])Kopt=0.5[s01(T)+s02(T با این مقدار آستانه مقدار نهائی ”متوسط خطاء“ عبارتست از: ‏ s (T )  s01 (T )  ‏PE Q 02 ‏ 2 ‏ ‏ ‏Slide 18 میزان خطای گیرنده اپتیموم ASK ) s1 (t ) 0, s2 (t )  A cos(2f c t آستانه بهینه تصمیم گیری1 2 : ‏A T 4 ‏ خطاء: احتمال ‏ z ‏ ‏PE Q ‏ ‏ ‏A2T  ‏Q ‏ 4N0  مقدار خطاء نسبت به حالت باند پایه (3dBدوبرابر) بدتر است. اپتیمومA: تابع فیلتر ورودی گیرنده ) cos(2f t ‏c ‏Slide 19 FSK میزان خطای گیرنده اپتیموم s1 (t )  A cos( 2f c t ), s2 (t )  A cos( 2 ( f c  f )t )  f  m T احتمال خطاء Q( z ) Slide 20 میزان خطای گیرنده اپتیموم PSK )s1 (t )  A sin( 2f ct  cos  1 m), s2 (t )  A sin( 2f c t  cos  1 m آستانه بهینه تصمیم گیری: احتمال خطاء: “”0 2 ) P E Q( 2(1  m ) z تابع فیلتر ورودی گیرنده اپتیموم: )  2 A 1  m 2 cos(2f c t ‏Slide 21 عوارض کانال انتقال دیجیتالISI - یکی از مشکالت خاص انتقال دیجیتال ،مساله تداخل یک نمونه با نمونۀ قبل یا بعد از خود می باشد .این پدیده که بنام Inter Symbol Interferenceشناخته میشود بعنوان یک نتیجه عملکرد غیر خطی تاخیر کانال یا دریافت چند مسیره انتقال تلقی این شکل (الف) در میگردد. متناظر دنباله نمونۀ 101101شکل موجی که بطور واقعی ارسال میشود با خطوط خط چین نمایش داده شده است. (ب) پس از عبور این سیگنال از کانال دچار اعوجاج فاز یا تاخیر متفاوت در زمانهای متفاوت هر سمبل بتوسط تابع مشخصۀ کانال کشیده و پخش می گردد. ‏Slide 22 شکل دهی پالس )Pulse Shaping (1 استفاده از پالس مربعی در مخابرات دیجیتال بطور خالصه معایبی بقرار زیر دارد: )1ایجاد پالس مربعی در حوزه زمان دشوار است؛ )2پاسخ فرکانسی آن آنًا ظاهر شده ولی به کندی کاهش و محو میشود؛ )3به تداخل نمونه ها ISIحساس می باشند. ‏Slide 23 شکل دهی پالس )Pulse Shaping (2 به همین دالیل مهندسان بفکر استفاده از شکل موجهایی برای جایگزینی پالسهای مربعی افتادند. یکی از کاندیداها شکل موج Raised Cosineبود. این نوع م.ج در واقع اصالح شده پالس سینکی است با عرض . w=1/2TSپالسهای فوق پهنای باند قابل تنظیمی را با احتساب قدرت مناسب ارایه نموده ،در این رابطه فاکتوری بنام مطرح که در واقع نسبت پهنای باند را به پهنای باند ایده آل ارایه میکند: ‏Slide 24 Pulse Shaping (3) شکل دهی پالس بررسی تاثیر در شکل سیگنال ‏Slide 26 آنالیز پهنای باند به هنگام استفاده از Raised Cosine PSK or QAM rb (1   ) B rs (1   )  log 2 M FSK M rb B  Mrs  log 2 M B: bandwidth in Hz rs : symbol rate in sps rb: bit rate in bps  : roll  off factor ( 0   1) M : number of points in the constellation 27 مثال ترانسپوندر ماهواره ائی با پهنای باند 36MHzاز مدوالسیون QPSKبهره میبرد.بازای استفاده از شکل موج raised cosineبا ، =3چه نرخ داده ائی امکان پذیر است؟ پاسخ: برای QPSKبدون شکل دهی(پالس مربعی) پهنای باند در حد دو برابر نرخ سمبل است. ‏RS=1/2(36MHz)=18Msym./sec اگر پالس سینک ایده آل استفاده شود: ‏RS=BW=36MSym/sec اگر پالس با =3استفاده شود: )BW=RS(1+ ‏RS=BW/(1+)=27.7MSym/sec برای QPSKبا 2بیت بر سمبل ،ما نرخ دیتائی برابر ‏Slide 28 27.7x2=55.4Mb/secکه همان در حدود مقدار استاندارد اکثر سیستمهای ماهواره ائی است خواهیم داشت. پایان