Regenerace digitálního signálu Jiří Vodrážka
Autor: Jiří Vodrážka Název díla: Regenerace digitálního signálu Zpracoval(a): České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Kontaktní adresa: Technická 2, Praha 6
Inovace předmětů a studijních materiálů pro e-learningovou výuku v prezenční a kombinované formě studia
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
VYSVĚTLIVKY
Definice
Zajímavost
Poznámka
Příklad
Shrnutí
Výhody
Nevýhody
ANOTACE V komunikačních sítích je vesměs signál přenášen v digitální formě, ať už se jedná o datový signál vykazující přirozeně digitální formu, nebo digitalizovaný, původně analogový signál (např. signál telefonní, audio apod.). Výhodou digitálního přenosu je vysoká odolnost proti šumu a rušení. Po průchodu přenosovým prostředím (analogového charakteru) je však nutno degradovaný signál regenerovat a obnovit jeho původní digitální podobu. Zásadní význam pro obnovu signálu má digitální filtr pro potlačení mezisymbolové interference.
CÍLE Modul seznamuje se základními typy linkových kódů pro přenos v základním pásmu a základními modulačními metodami, základní strukturou regenerátoru digitálního signálu a popisem funkce jednotlivých bloků. Zvláštní pozornost je věnována korekci přijímaného signálu v časové oblasti a potlačení mezisymbolové interference. Funkce je demonstrována na názorných simulacích.
LITERATURA [1]
Vodrážka, J., Havlan, M.: Přenosové systémy. Sítě a zařízení SDH, OTH, jejich návrh a měření. Vydavatelství ČVUT. Praha 2008.
[2]
Vodrážka, J.: Přenosové systémy v přístupových sítích - 2. přepracované vydání, Vydavatelství ČVUT, Praha 2006.
Obsah 1 Přenos digitálního signálu ................................................................................................... 6 1.1
Modulační a přenosová rychlost................................................................................. 6
1.2
Rozdělení metod přenosu ........................................................................................... 7
1.3
Rozdělení linkových kódů .......................................................................................... 8
1.4
Rozdělení modulačních metod ................................................................................... 9
1.5
Kombinované modulace ........................................................................................... 10
1.6
Digitální přenosový řetězec ...................................................................................... 11
1.7
Regenerace digitálního signálu ................................................................................ 13
2 Způsoby korekce digitálního signálu ................................................................................ 14 2.1
Metody korekce ........................................................................................................ 14
2.2
Korekce digitálního signálu v kmitočtové oblasti .................................................... 15
2.3
Korekce digitálního signálu v časové oblasti ........................................................... 16
2.4
Realizace korekce v časové oblasti inverzí kanálu .................................................. 18
2.5
Jiné realizace korekce v časové oblasti .................................................................... 20
2.6
Porovnání realizací korekce v časové oblasti ........................................................... 22
2.7
Další aspekty a možnosti korekce ............................................................................ 25
2.8
Automatický adaptivní korektor v časové oblasti .................................................... 26
3 Závěrečný test ..................................................................................................................... 27
1 Přenos digitálního signálu 1.1 Modulační a přenosová rychlost Komunikační prostředky v digitálních sítích mají za úkol přenášet digitální signály s určitou přenosovou rychlostí vp vyjádřenou v objemu informace za čas, tj. v bitech za sekundu, což vyplývá z potřeb poskytované služby nebo je limitováno vlastnostmi přenosového prostředí. Vždy máme k dispozici omezenou šířku frekvenčního pásma. Nároky kladené na digitální přenosové prostředí vyplývají z počtu stavů m a četnosti jejich změn vyjádřených modulační rychlostí vm v Bd (odpovídá pojmu symbolová rychlost v symbolech/s). Základní vztah mezi uvedenými rychlostmi lze uvést za pomoci logaritmu o základu 2 takto: v p = v m ⋅ log 2 m
[bit / s ; Bd , − ]
Pro osmi-úrovňový kód, kde 8=23 platí: v p = vm ⋅ log 2 ( 2 3 ) = vm ⋅ 3
[bit / s ]
Při přenosu v základním pásmu lze teoreticky stanovit minimální šířku kmitočtového pásma tak, že horní okraj pásma bude číselně odpovídat polovině modulační rychlosti. Zdálo by se, že bude účelné volit maximální počet stavů, abychom pro požadovanou přenosovou rychlost obsadili co nejužší kmitočtové pásmo. Avšak počet stavů je limitován úrovní rušení, jelikož je nutné zajistit minimální odstup sousedních stavů tak, aby byla dodržena požadovaná chybovost. Pro různé aplikace a přenosová prostředí je nutné zvolit vhodnou metodu přenosu (linkový kód, modulaci) tak, aby výkonové spektrum signálu zabíralo minimální šířku pásma při dodržení vyhovujícího odstupu signálu od šumu a při dodržení dalších specifických požadavků.
1.2 Rozdělení metod přenosu Přenos digitálního signálu se může uskutečňovat v: •
Základním pásmu pomocí linkových kódů (např. AMI, HDB3, 2B1Q)
•
Přeloženém pásmu pomocí modulací (např. PSK, QAM, CAP, DMT)
Kmitočtové omezení výkonového spektra je přitom možné použitím: •
Vícestavového kódu či modulace
•
Více paralelních přenosových cest (tzv. inverzní multiplex)
V součinnosti s tím se předpokládá účinné filtrování frekvenčního spektra před vysíláním na vedení, aby se omezily vyšší frekvenční složky generované v důsledku diskrétního zpracování signálu. Pro komunikační služby zpravidla vyžadujeme duplexní přenos (paralelně přenos v obou směrech přenosu). Musíme proto vytvořit digitální okruh, který je tvořen dvěma protisměrnými digitálními kanály (např. downstream – směr přenosu od poskytovatele k účastníkovi, upstream – směr přenosu od účastníka k poskytovateli). Přitom může být vyžadována: •
Stejná přenosová rychlost v obou směrech – symetrický přenos
•
Různá přenosová rychlost v každém směru – nesymetrický (asymetrický) přenos
Obousměrný přenos lze realizovat různými způsoby, specifickými i podle použitého přenosového prostředí: •
Každý směr přenosu má zvláštní přenosovou cestu (2 páry tj. 4-drátový přenos, 2 optická vlákna)
•
Společná přenosová cesta (1 pár tj. 2-drátový přenos, 1 optické vlákno) sdílená pomocí o Kmitočtového dělení FDM, též FDD (Frequency Division Duplex), nebo vlnové dělení u optického přenosu o Časového dělení TDM, též TDD (Time Division Duplex) o Vidlice s potlačením ozvěn ECH, též jen EC (Echo Cancellation Hybrid) u metalických vedení
Metoda frekvenčního dělení spočívá v přidělení různých kmitočtových pásem a představuje způsob používaný při přenosu v kmitočtově přeloženém pásmu. Metoda časového dělení spočívá ve střídavém přidělování časových intervalů.
7
1.3 Rozdělení linkových kódů Přenos digitálního signálu v základním pásmu je charakterizován jeho umístěním v původní frekvenční poloze, tj. v pásmu začínajícím u frekvencí blízkých nule nebo obsahujících i stejnosměrnou složku. Podle toho můžeme rozlišovat dva typy přenosu: •
Přenos se stejnosměrnou složkou – příslušný kanál musí přenést i tuto stejnosměrnou složku, což vyžaduje galvanické spojení koncových zařízení
•
Přenos bez stejnosměrné složky – stejnosměrná složka je potlačena vhodným kódováním a příslušný kanál ji nemusí přenášet, musí však být schopen přenášet velmi nízké frekvence.
Používané typy linkových signálů v základní poloze můžeme klasifikovat zejména podle tří hledisek: •
Podle počtu úrovní přichází v úvahu signály: o dvoustavové – dvojkové o třístavové – bipolární (pseudotrojkové), např. AMI, HDB3 – nebo trojkové, např. 4B3T o vícestavové – např. 2B1Q
•
Podle použité polarity signálových prvků: o unipolární – signálové prvky pouze jedné polarity o dvojí polarity (polární) – signálové prvky obojí polarity
•
Podle toho, zda se průběh vrací k nulové úrovni, nebo přechází přímo k druhému charakteristickému stavu: o signály s návratem k nule – RZ (return to zero) o signály bez návratu k nule – NRZ (no return to zero)
8
1.4 Rozdělení modulačních metod Pro přenos digitálního signálu v přeloženém pásmu se používají digitální modulace založené na ovlivňování fáze a amplitudy nosného signálu. Můžeme se s nimi setkat jak u radiových systémů, tak při přenosu metalickými vedeními všude tam, kde je třeba frekvenčně sdílet přenosové prostředí. Modulace spočívá v ovlivňování nosné vlny modulačním signálem, čímž vzniká modulovaná vlna přenášející signál. Podle způsobu, jakým se ovlivňuje nosná vlna lze rozeznat tři základní typy modulací: amplitudovou (AM), frekvenční (FM) a fázovou (PM). Při digitálních modulacích nabývá modulační signál omezený počet diskrétních hodnot. Specifický způsob ovlivňování nosné vlny diskrétním signálem (v nejjednodušším případě nabývajícího dvou stavů) se nazývá klíčování (shift key). Digitální modulace pak můžeme v souladu s obecným dělením modulací rozdělit takto: •
ASK (Amplitude Shift Keying) – přítomnost nosné na výstupu modulátoru indikuje logickou “1” na vstupu, zatímco absence nosné znamená logickou “0” na vstupu, případně jednotlivým symbolům odpovídají nosné vlny s různou amplitudou.
•
FSK (Frequency Shift Keying) – dvě frekvence f0 a f1 reprezentují odpovídající binární stavy na vstupu modulátoru. Existují dvě formy této modulace. Při nekoherentní dochází ke skokovým změnám ve fázi výstupního signálu při změně vstupního stavu mezi 0 a 1, oproti tomu koherentní se vyznačuje plynulou změnou fáze výstupního signálu.
•
PSK (Phase Shift Keying) – symboly “0” a “1” na vstupu modulátoru jsou na jeho výstupu reprezentovány určitou změnou fáze. Základní formou je BPSK (Binary PSK), která využívá pro “0” změnu fáze o 0°, zatímco pro “1” mění fázi o 180° oproti stávající fázi signálu (diferenciální varianta DPSK), nebo oproti referenčnímu signálu (prostě PSK).
Amplitudové klíčování se kombinuje s vícestavovým kódováním a bývá prakticky označováno též jako pulsně-amplitudová modulace PAM. Frekvenční klíčování se používá při nižších nárocích na efektivitu přenosu.
9
1.5 Kombinované modulace Nejvíce rozšířeno digitální modulací je fázové klíčování PSK a zejména kombinace amplitudového a fázového klíčování, označované zkratkou QASK (kvadraturní amplitudové klíčování), nebo častěji ve shodě s odpovídající analogovou modulační metodou QAM (kvadraturní amplitudová modulace) či jako amplitudově-fázové klíčování bez nosné CAP (Carrierless Amplitude and Phase). QPSK, resp. digitální varianta modulace QAM kombinuje principy ASK a PSK. Většinou se pozice jednotlivých stavů definované amplitudou a fází zakreslují do tzv. I-Q diagramu (konstelační diagram) v komplexní rovině, kde reálná část představuje soufázovou (I) a imaginární část kvadraturní (Q) složku. Modulační metody můžeme obecně rozdělit do dvou oblastí podle počtu využitých nosných frekvencí: •
Modulace s jednou nosnou označovaná zkratkou SCM (Single Carrier Modulation), což jsou modulace PSK, QAM, CAP apod.
•
Modulace s více nosnými označovaná zkratkou MCM (Multi-Carrier Modulation). V současné době se vyskytuje tento princip pod různými názvy v různých provedeních s ohledem na použité přenosové prostředí. Je to především modulace o DMT (Discrete Multi-Tone), se kterou se setkáme u přípojek ADSL a VDSL o OQAM (Orthogonally multiplexed Quadrature Amplitude Modulation) o OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) používaná např. v digitálním televizním vysílání formátu DVB nebo u bezdrátových systémů Wi-Fi či WiMAX
10
1.6 Digitální přenosový řetězec Abychom mohli analyzovat digitální přenos signálu, je nutné stanovit zjednodušený model přenosového řetězce. Při přenosu informace provádíme kódování před vysláním do komunikačního kanálu, abychom zajistili jednak vhodnou úpravu zdrojové informace (např. komprese), jednak vhodnou úpravu pro účely vlastního přenosu na daném přenosovém médiu (modulace, zabezpečení proti chybám). V přijímači provádíme k tomu inverzní operace dekódování.
Základní modelové schéma komunikačního řetězce
Přenosové systémy se vybavuji obvody pro zajištění spolehlivé obnovy signálu na přijímací straně tak, aby byl zachován původní informační obsah. Z nich nejdůležitější jsou: •
Skrambler pro pseudonáhodnou
•
Adaptivní filtr ve frekvenční oblasti pro korekci útlumového a fázového zkreslení
•
Adaptivní filtr v časové oblasti pro zkrácení impulsní odezvy kanálu a potlačení mezisymbolové interference
•
Kodér pro zvýšení spolehlivosti při detekování stavu (např. mřížkové kódování) pro vícestavové modulace a kódy
•
Kodér k zabezpečení přenosu proti chybám
převod
obecné
posloupnosti
bitů
na
posloupnost
o detekční kodér pro indikaci chyb, např. CRC (Cyclic Redundancy Check) o kodér k následné opravě chyb, obecné označení např. FEC (Forward Error Corection) Digitální signál vstupující do vysílacích obvodů má definovanou strukturu v podobě sestaveného rámce, který obsahuje vedle datových signálů z různých uživatelských rozhraní i služební informace. Skramblovaný digitální signál představující pseudonáhodnou posloupnost je kódován pomocí vhodného bezpečnostního kódu. Poté se provádí překódování do linkového kódu, nebo modulace pro přeložení do příslušného frekvenčního pásma. Před vysíláním je korigován tvar vysílaných symbolů a signál je přizpůsoben z hlediska výkonu i povahy přenosového prostředí.
11
Přijímací část obsahuje inverzně pracující funkční bloky. Navíc obsahuje adaptivní korektory a regenerátor digitálního signálu, který obnoví původní diskrétní povahu signálu.
12
1.7 Regenerace digitálního signálu Je třeba mít na paměti, že přenosové prostředí má analogový (spojitý) charakter, takže se projevují nejrůznější druhy zkreslení a přidává se rušení. Na vstupu přijímací části je pak přítomen signál analogové povahy, ze kterého je nutné digitální signál zpět získat (regenerovat). Přijímací obvody tvoří opakovač (Regenerator) digitálního signálu, který má za úkol obnovit jeho původní tvar a časové polohy impulsů. Opakovače se také vkládají podle potřeby do přenosového traktu, aby průběžně regenerovaly digitální signál.
Princip regenerace digitálního signálu
Korekční zesilovač obsahuje filtr typu dolní propust LPF (Low Pass Frequency) zesiluje amplitudu signálu a zároveň provádí omezení spektra pro snížení šumu. Hlavním cílem korekce je pak úprava tvaru impulsů tak, aby se minimalizovalo ovlivňování sousedních signálových prvků, tj. aby došlo k omezení mezisymbolové interference ISI (Inter-symbol Interference). U vysokorychlostního optického přenosu dochází k uvedenému jevu v důsledku disperze, hovoříme pak o elektronické, příp. optické kompenzaci disperze v přijímači.
13
2 Způsoby korekce digitálního signálu 2.1 Metody korekce Ideální přenosový kanál je bez zkreslení a je kmitočtově nezávislý (tzv. plochý kanál). Při přenosu signálu v základním pásmu reálným komunikačním kanálem působí však vedle rušení (šumu) zejména útlumové a fázové zkreslení, které spočívá v kolísání útlumu a fáze v závislosti na kmitočtu. •
Úlumové zkreslení kanálu se projeví kmitočtově závislým poklesem amplitudy. To lze snadno kompenzovat zesilovačem s kmitočtově závislým zesílením.
•
Fázové zkreslení se projeví na různé rychlosti šíření různých frekvenčních složek signálu a tím i vznikem mezisymbolové interference. Sousední symboly se budou ovlivňovat tak, že bude docházet ke vzniku chyb při přenosu.
Potlačení vlivu zkreslení vyžaduje buď snížit modulační rychlost, nebo zmenšit délku spoje, nebo zařadit do přenosového kanálu korektory útlumového a fázového zkreslení. Tuto korekci můžeme realizovat v: •
Kmitočtové oblasti, kdy korigujeme kmitočtovou závislost útlumové a fázové charakteristiky kanálu a tím nepřímo tvar signálu – FEQ (Frequency Domain Equalizer)
•
Časové oblasti, kdy přímo korigujeme časový průběh signálu – TEQ (Time Domain Equalizer)
Podle požadavků kladených na korektory rozlišujeme následující typy: •
Pevné (kompromisní korektory) – konstruovány pro určitý typický typ kanálu se známými vlastnostmi
•
Nastavitelné korektory – nastavitelné podle vlastností kanálu, na který je přenosový systém nasazen
•
Adaptivní korektory – automaticky nastavují své parametry podle vlastností kanálu
14
2.2 Korekce digitálního signálu v kmitočtové oblasti Korekce digitálního signálu v kmitočtové oblasti vychází se z obecného poznatku, že pro nezkreslený přenos signálu musí kanál vykazovat teoreticky konstantní útlumovou charakteristiku A(f), lineární fázovou charakteristiku B(f) a konstantní charakteristiku skupinové doby zpoždění ts(f), a to v pásmu spektra přenášeného signálu ΔF.
Kmitočtové charakteristiky ideálního kanálu bez zkreslení
Princip korekce datového signálu v kmitočtové oblasti spočívá v doplnění kanálu s frekvenční charakteristikou Gv(f) vhodným korektorem, jehož frekvenční charakteristika Gk(f) = Ak(f) + jBk(f) tvořená útlumovou a fázovou složkou doplní kmitočtové charakteristiky kanálu přibližně na uvedené teoretické průběhy čímž získáme výslednou charakteristiku míry přenosu G(f) = A(f) + jB(f).
Princip korekce v kmitočtové oblasti
Korekční obvody se řeší digitálně. U korektoru útlumového zkreslení je problém v tom, že každá změna jeho útlumové charakteristiky způsobí změnu jeho fázové charakteristiky. Proti tomu korektor fázového zkreslení teoreticky neovlivňuje útlumovou charakteristiku (má konstantní útlum).
15
2.3 Korekce digitálního signálu v časové oblasti Kritériem pro korekci časového průběhu jsou okamžité hodnoty přijímaného signálu v rozhodovacích okamžicích při regeneraci digitálního signálu. Účelem korekce v časové oblasti je minimalizovat interferenci v rozhodovacích okamžicích mezi sousedními symboly.
Východiskem pro realizaci je tzv. 1. Nyquistovo kritérium, podle kterého bude odezva kanálu v časové oblasti vykazovat průchody nulou v okamžicích tk = k.T0 pro k= ±1, ±2, ±3, ... pokud kmitočtová odezva kanálu a korektoru bude mít charakter dolní propusti s mezním kmitočtem fN =
1 2 ⋅ T0
fN je tzv. Nyquistova frekvence, T0 je tzv. Nyquistův interval (též jednotkový interval UI, Unit Interval), což je interval potřebný pro přenos jednoho symbolu (signálového prvku), kterému odpovídá převrácená hodnota modulační rychlosti vm= 1/T0. Základní struktura korektoru v časové oblasti vychází z principu digitálního filtru s konečnou impulsní odezvou – FIR (Finite Impulse Response). Obsahuje zpožďovací členy D se zpožděním o velikosti jednotkového intervalu T0, na jejichž výstupech jsou odbočky, ve kterých jsou zpožděné signály x(t – kT) násobeny koeficienty ck. Výstup korektoru pak tvoří součet zpožděných signálů ze všech odboček.
16
Základní struktura korektoru s FIR filtrem
Hlavní hodnota signálového prvku je označena x0 a nachází se právě ve střední větvi filtru s koeficientem c0. Výstup korektoru bude y (t ) =
N
c x ( t − kT ) k
k =− N
Budou-li zpracovávány pouze diskrétní hodnoty vzniklé vzorkováním vstupního signálu x(iT), výstupní diskrétní hodnota v okamžiku ti = iT bude: yi =
N
c
k
k =− N
xi − k
17
2.4 Realizace korekce v časové oblasti inverzí kanálu Princip korekce si ukážeme na osamělém signálovém prvku. Na obrázku je naznačen jednak nezkreslený signálový prvek (bez interference), jednak přijímaný zkreslený signálový prvek x(t) s interferencí. x0 označuje hlavní hodnotu, xi interferující hodnoty.
Nezkreslený a zkreslený signálový prvek
Cílem korekce je minimalizovat interferující hodnoty. Nejjednodušší metodou pro nastavení koeficientů filtru je tzv. inverze kanálu. Velikost koeficientů ck (k ≠ 0) se volí tak, aby hlavní hodnota výstupu k-té větve právě kompenzovala interferující hodnotu ve stejném okamžiku na výstupu větvě c0 . Bude-li např. x-2 = 0,25; x-1 = -0,25; x1 = 0,25; x2 = -0,25 musíme pro jejich kompenzaci volit koeficienty s opačným znaménkem, tj. c-2 = c1 = 0,25 a c1 = c2 = 0,25 (za předpokladu x0 = 1). Výsledný korigovaný signálový prvek y(t) nemá ovšem plně potlačenou mezisymbolovou interferenci. Je však podstatně zmenšena proti zkreslenému průběhu x(t) na vstupu. Zbytkovou interferenci lze zmenšit použitím jiné metody 18
pro nastavení koeficientů a též volbou většího počtu zpožďovacích členů s větším počtem odboček.
19
2.5 Jiné realizace korekce v časové oblasti Vedle popsané jednoduché metody inverze kanálu existuje celá řada dalších metod. Ukážeme si nyní výpočet pro přesnější stanovení koeficientů korekčního FIR filtru. Vstup kanálu označíme x, výstup kanálu označíme y a impulsní odezvu h. Pro výstup kanálu platí: y(t)= h(t) * x(t) Operace * se nazývá konvoluce. Korigovaný výstup y´ získáme navíc násobením korekčními koeficienty c y´(t)= h(t) * x(t) * c Pokud uvážíme ještě šum přidaný průchodem kanálu w, bude výstup kanálu y(t)= h(t) * x(t) + w(t) Ovšem pro zjednodušení nyní šum nebudeme uvažovat. Abychom mohli snadno vypočítat koeficienty filtru pomocí soustavy lineárních rovnic, zavedeme tzv. konvoluční matice H, která se vytvoří tak, že postupně do řádků umístíme vždy o jednu pozici posunutou impulsní odezvu kanálu (v souladu s předchozím příkladem x-2 = 0,25; x-1 = -0,25; x0 = 1; x1 = 0,25; x2 = -0,25). Očekávaný výsledek označíme jako vektor p, který bude mít uprostřed 1 (odpovídá vyhodnocovanému symbolu) a na ostatních pozicích 0 (nulová interference s předchozími i následujícími symboly).
Výpočet pomocí konvoluční matice H (soustavy lineárních rovnic)
Uvedený výpočet odpovídá symbolickému zápisu: H.c = p Zde používáme násobení matice H vektorem c, přičemž obdržíme vektor p. Vektor c je ovšem neznámý. Vypočítáme ho tímto postupem:
20
c=(HTH)-1HTp HT je transponovaná matice H. Dosazením konkrétních hodnot pro náš příklad obdržíme koeficienty c=[ c-2, c-1, c0, c1, c2] v číselných hodnotách: c=[-0.1168, 0.2465, 0.8216, -0.0735, 0.2032] Uvedený postup můžeme nazvat jako metodu nulování interference (zeroforcing).
21
2.6 Porovnání realizací korekce v časové oblasti Způsoby korekce ukázané v předchozích stránkách a výsledky po aplikaci korekce si shrneme na následujících obrázcích. Jsou zařazeny i pro případ nefunkce simulačního programu.
Odezva kanálu
22
Odezva kanálu s korekcí metodou inverze kanálu
Odezva kanálu s optimální korekcí pomocí filtru s počtem příček 5
23
Odezva kanálu s optimální korekcí pomocí filtru s počtem příček 9
Z příkladů vyplývá, že zvýšení potlačení mezisymbolové interference dosáhneme při zvýšení počtu koeficientu digitálního filtru.
24
2.7 Další aspekty a možnosti korekce V předchozích případech jsme uvažovali digitální FIR filtr, který pracoval se vzorkováním signálu na výstupu kanálu (v rozhodovacích okamžicích) s periodou, která odpovídá délce symbolu T (nazývá se korektor odpovídající modulační rychlosti – baud rate). Lepších výsledků lze dosáhnout při použití digitálního filtru s převzorkováním T/n (fractionally spaced), který pracuje i se vzorky odebranými mezi rozhodovacími okamžiky symbolů. Popsané metody využívají tzv. lineární korektor LE (Linear Equalizer) a mohou aplikovat: •
Metodu nulování interference ZF (Zero-Forcing)
•
Metodu minimalizace střední kvadratické odchylky MSE (Mean Square Error)
Vedle toho se používají zpětnovazební korektory s rozhodovacím obvodem DFE (Decision Feedback EQ). Zpětnovazební korektory se vyznačují se tím, že hodnoty předcházející aktuálně vyhodnocovanému symbolu se odebírají až za rozhodovacím obvodem, čímž se docílí zvýšená odolnost proti šumu (šum obecně způsobuje náhodnou odchylku).
Ovšem při vzniku chybného vyhodnocení symbolu se tato chyba ve zpětnovazebním korektoru šíří přes sousední symboly. Tuto nevýhodu lze odstranit přesunutím části korekce do vysílače – tzv. předkorekce ve vysílači (precorrector Tomlinson/Harashima).
25
2.8 Automatický adaptivní korektor v časové oblasti Automatický korektor před vlastním přenosem vyšle testovací sekvenci, která je využita pro automatické nastavení korektoru. Po dobu následujícího přenosu vlastní zprávy se toto nastavení korektoru nezmění, takže případná změna přenosových parametrů kanálu v průběhu přenosu může ovlivnit kvalitu přenosu. V případě použití adaptivního korektoru je informace pro nastavení korektoru průběžně odvozována přímo z přijímaného digitálního signálu. Korektor plynule vyrovnává případné změny parametrů kanálu v průběhu přenosu dat. U automatického korektoru se na základě zbytkové interference provádí automaticky nastavení hodnot koeficientů ck tak, aby se interference minimalizovala. Kritériem pro nastavení adaptivního korektoru může být velikost odchylky korigovaného průběhu od požadovaného (referenčního) průběhu. Avšak velikosti odchylky mají v časové posloupnosti náhodný charakter, a proto při jejich vyhodnocování je vhodnější pracovat s jejich statistickou charakteristikou, a to se střední kvadratickou hodnotou. Je třeba najít takové hodnoty ck, aby se minimalizovala střední kvadratická chyba MSE (Mean Square Error).
26
3 Závěrečný test Po chvilce oddychu se pusťte do závěrečného testu. Hodně štěstí při jeho zvládnutí! 1. Přenosová rychlost se vyjadřuje v jednotce a) bit b) byte c) bit/s d) Bd správné řešení: c
2. Modulační rychlost se vyjadřuje v jednotce a) bit b) byte c) bit/s d) Bd správné řešení: d
3. Účelem korekce v časové oblasti je minimalizace a) amplitudy b) fáze c) mezisymbolové interference d) zpoždění správné řešení: c
4. Korekce v časové oblasti se realizuje filtrem a) FEQ b) FIR c) IIR d) FEC správné řešení: b
27
5. Konvoluční matice se získá z a) impulsní odezvy kanálu b) vzorkováním vstupní posloupnosti c) ze vstupních hodnot kanálu d) inverzí kanálu správné řešení: a
6. Co samočinně nastavuje podle změny kanálu adaptivní korektor a) modulační rychlost b) potlačovač šumu c) koeficienty filtru d) napájecí napětí správné řešení: c
7. Úkolem skrambleru je převést vstupní posloupnost bitů na a) bajty b) pseudonáhodnou posloupnost c) vícestavové symboly d) konvoluční matici správné řešení: b
8. Jaké metody používají přenos v základním pásmu a) AMI b) PSK c) 2B1Q d) QAM správné řešení: a, c
28
9. Jaké metody používají přenos v přeloženém pásmu a) AMI b) PSK c) 2B1Q d) QAM správné řešení: b, d
10. Jaké dvě základní metody kombinuje modulace QAM a) AM b) BM c) FM d) PM správné řešení: a, d
11. Jaké modulační metody pracují se změnou fáze a) ASK b) PSK c) FSK d) QAM správné řešení: b, d
12. Jaké funkční bloky naleznete v regenerátoru digitálního signálu v základním pásmu a) rozhodovací obvod b) demodulátor c) korekční zesilovač d) separátor správné řešení: a, c
29
13. Při regeneraci digitálního signálu je důležitá a) rozhodovací úroveň b) hodnota signálu špička-špička c) rozhodovací okamžik d) délka sestupné hrany správné řešení: a, c
14. Chyby při přenosu lze eliminovat a) použitím zesilovače b) dostatečnou rezervou SNR c) indikačním kódem d) korekčním kódem správné řešení: b, d
15. Snížení mezisymbolové interference se dosahuje a) zvýšením počtu koeficientů filtru b) převzorkováním c) negací fázové složky d) vyrovnávací pamětí správné řešení: a, b
30
