【電子科技大學】《通信原理》精品課 P33 - 33. 4.2.1 二元信號的接收與眼圖

你好 今天我們來討論噪聲中的接收方法與物碼的性能 這是我們本章開始時談到的第二個基本問題 我們先從最基本的二元傳輸說起 我們看看它的基本接收方法與最好的接收方法 而後我們對這些傳輸方法的性能指標 它們在噪聲下的物碼率進行總結和討論 接下來我們介紹一下一般基帶傳輸信號的接收方法 說明在多元傳輸中運用格類編碼的技術 現在我們來看一下如何接收經過信道傳送的基帶信號 那我們就從最簡單的二元基帶信號說起 我們知道在生成基帶信號的時候 我們是逐時鞋逐時鞋打着拍子 然後根據符號的取值確定不同的電品 我們也說了如果要接收它 同樣打着拍子在這個位置上去測量它的值 根據它的值就能判斷它到底是0或者1是哪一個符號 所以基於這樣一個原理 接收二元基帶信號的方法是 先按定時打着拍去抽取它 當然打這個拍的時候一定要注意跟發送的時候這個拍是一樣的 所以這需要定時信號 我們二元基帶信號假定是按RS碼率傳送過來 那這個定時信號就一定要跟它一樣 而且要對準時鞋的中央位置 抽取下來之後我們就根據這個值的不同 我們來判斷它到底是哪一個電品 如果我們發送的是正負位 那當然我們就應該取0爲門線 總之我們應該放在兩種不同門線的中央 這樣我們就很容易判斷是0還是1 現在我們的問題是傳輸的過程中間經過一個信道 信道就會引入噪聲 跟我們在討論模擬傳輸的噪聲的時候一樣 各種各樣的實際物理信道 我們在分析的時候都可以用AWG信道來等效它 這樣接收的信號有了噪聲 同樣有效的去除噪聲的方法就是用低中立波器 低中立波器讓信號通過把噪聲濾掉 所以我們在做低中立波器的時候選擇它的截止屏帶的時候 要儘量地選到剛好是信號的帶寬 我們平常經常討論的最簡單的常用的矩形NRZ信號 矩形脈衝信號所形成的基帶信號它的帶寬理論上是無窮寬 所以我們在選截止屏帶的時候 我們只能夠按照它最主要的部分 我們講最主要的部分以NRZ矩形信號爲例 就選在RS處 當然這樣做了之後矩形信號可能有點失真 如果你希望失真少你還可以做寬一點 但是儘量做少一點就可以儘量地抑制噪聲 然後我們抽壓然後我們判決 所以這些過程依然是跟基本原理講的一模一樣 我們再來看看這個過程中間的波形過程 我們產生的基帶信號是這樣的 非常理想 然後經過傳送之後有噪聲了 我們濾波以後去除了高頻的噪聲 大部分噪聲功率去掉了 但是總會殘留一點 所以它還是適當起伏的 然後我們抽壓 抽壓就相當於是對每一個實際上的波形進行測量 我們根據這個值就來判決 在沒有噪聲的時候 這個值應該完全理想地跟原始波形一模一樣 但因爲有噪聲所以它就起伏了 所以我們的判斷就會受到影響 就有可能誤碼 所以我們看到整個這個過程中間 低通濾波器起了關鍵的作用 我們需要儘量地壓着噪聲 才能使它不會出錯 那麼低通濾波器是不是最好的濾波器呢 實際上我們經過後面的討論以後我們會發現 不是 更好的實際上是另外一種濾波器 我們稱爲匹配濾波器 什麼是匹配濾波器呢 匹配濾波器是一種非常特殊的濾波器 它的衝擊響應這裏是GT 這個詳細的過程我們不仔細地說 我們後面會專門講匹配濾波器 它可以有一個任意的幅度 濾波器的幅度我們總是可以根據需要設定的 關鍵的就是它的衝擊響應是GT的一種關聯的東西 GT是什麼呢 GT是我們發送的基帶信號所用的脈衝 所以匹配濾波器它跟你發送的信號關聯着 這就是爲什麼我們稱它爲匹配濾波器 它是相匹配的 這樣一個匹配濾波器處理信號 我們會看到它可能就形成不同的波形 它跟低中濾波器可能不一樣 它的採樣通常是在傳輸信號的每個實線的末尾端在這裏 而低中濾波器往往我們是在中心 這個有一點差別 那就是因爲這個處理使得它推遲到這裏來採樣 這裏的信號最強 所以同樣的我們採樣得到導染 然後我們進行判決 匹配濾波器爲什麼說是最好的呢 因爲據說它所得到的採樣值 採樣值中間的噪聲一直都最低 噪聲最低 所以說它提供的判決就最有把握 我們不妨比較一下低中濾波器和匹配濾波器處理的過程 同樣的傳輸信號 同樣受噪聲的影響 所不同的是不同的濾波器可能導致不同的結果 在低中濾波器裏面我們儘量的保持信號完整 綠除噪聲 所以我們看到這個輸出的結果跟原來的信號相當接近 然後我們在中間來採樣 匹配濾波器輸出的結果就大不相同了 它的這個波形可能有很大的變形 實際上匹配濾波器就是通過不在乎波形的變形 因爲在數字接收的時候不同於模擬傳輸 模擬傳輸的關鍵是要保持信號儘量的逼真 信號不能變形 但是數字傳輸不在乎這個波形的形狀 它在乎的是最後還原數字的消息符號 還原消息符號只需要關注採樣這個點 所以匹配濾波器全部精力都集中在關心採樣這個點 使這個採樣點上的噪聲一直到最低 定量的術語來講就是信噪比做的最大 使這一點信號相對於噪聲最強 所以我們獲得的這個值 這個值可以認爲是對這一段波形的一個測量 獲得這個測量值的噪聲儘量低 就使得我們能夠最有把握的判斷 所以我們能夠得到最好的性能最低的錯誤 我們另外還想說明一點 看到這幾個波形的時候我們就注意到 這個波形的好壞噪聲的多少 其實我們可以從波形的輪廓上就能看到 這個地方也是這樣 當然噪聲是隨機的 它一起一幅一起一幅 我們不能盯着一點看 我們要看它的宏觀效果 我們看宏觀效果就把它累積起來看 如果你能把它累積起來 比如說我們把它一段一段的重疊起來 我們如果做一個比較合理的重疊 我們就會看到一個現象 我們把它們累積在一起的時候 它們的情況就突出出來了 你看我們假定這樣累積過去 我們選擇比較好幾個一重疊幾個一重疊 事實上在實際系統中 我們的實驗方法就是用這種方法 我們用試波器很容易做到這樣一個重疊 我們把這樣一個圖案稱爲演圖 這是我們在實際操作中間用試波器觀察信號 質量的一個非常簡便有效的方法 試波器很容易週期性的重複展示波形 比如說我們收到的信號是這樣的 一般的基帶信號並不像我們討論中所用的那種方的脈衝 通常它都是圓的 我們讓它恰當的重疊起來 重疊起來就形成這樣 雖然我們不能判清楚每一個時刻具體是傳的哪一個符號 但是我們合起來卻能很清楚地看到它的宏觀效果 我們取一個來展開 展開之後我們就發現它的確跟人眼很相像 這就是爲什麼我們稱它爲演圖 比如如果噪聲大可以想象它是這樣的 這個噪聲就會好一點 所以演圖的眼皮厚就顯示了噪聲很大 如果厚到眼睛閉上了 就像沒有睡覺熬了夜一樣的 那麼這個性能就會很差 所以在通訊中間 我們一個有效的實驗觀察方法 就是在試波器上製造這樣的圖案 稱爲演圖 我們剛纔這個圖樣 觀察這個眼睛 這個眼睛如果睜開 眼睛如果發亮 那麼通訊的效果就會比較好 我們總結一下接收的方法 接收二元信號的方法其實非常簡單 關鍵就是用濾波器一直製造聲 然後你打着機牌定時對準抽取這個信號 抽取它就是對它一個測量 根據這個測量值 然後我們判決它到底是哪個電瓶 依據它的電瓶的不同來判決它是哪個字 那麼當然這個門線是放在兩個應有的電瓶的中間 這個濾波器可以用基本的低通濾波器 基本有效的 但不是最好的 最好的是用所謂的匹配濾波器 至於匹配那個機的具體原理 我們後面再來詳細說明