В данной статье речь пойдет об оптимальном приеме сигналов без памяти. Узнаете что такое ансамбль сигнала. И как можно принять модулированный сигнал. Что нужно сделать с сигналом, чтобы из него извлечь информацию?
Оптимальный прием сигналов без памяти
При модуляции без памяти каждому информационному символу m ставится в соответствие сигнал конечной длительности sm(t).
Пришла на вход модулятора определенная группа бит, этой группе бит поставили в соответствие сигнал с определенной фазой и амплитудой. Параметры этого сигнала никак не зависят от того, какие сигналы были до этого.
Ниже представлена табличка для четверичной фазовой манипуляции.
Манипулированный сигнал s(t) можно рассматривать, как совокупность сигналов конечной длины sm(t), которые передают один информационный символ.
Определенной группе бит ставится соответствие сигнала. Чтобы закодировать один информационный символ потребуется два бита, а всего символов четыре, значит 4 возможных фазовых состояния. Пришло на вход модулятора два бита, а на выходе получили кусочек синусоиды с определенной начальной фазой. Набор всех сигналов, которые модулятор может выдать называется ансамблем сигнала. Модулятор из этого многообразия сигналов (ансамбля) выбирает только один, из того что ему пришло на вход.
Когда говорим о модулированном (манипулированном) сигнале, длинный манипулированный сигнал строится из кусочков отдельных, элементарных сигналов. Выбрали из ансамбля один, который соответствует информационному, вставили, дальше следующий информационный символ пришел, из ансамбля выбрали и вставили.
Набор различных сигналов sm(t) называется сигнальным ансамблем.
Ниже представлен случай для двоичной фазовой манипуляции. Весь манипулированный сигнал можно разрезать на кусочки, вот этот каждый кусочек синим и красным цветом и есть сигнал из ансамбля. Один кусочек передает один информационный символ.
Справа на картинке выше, есть векторная диаграмма, точки на них, это то место, где заканчивается вектор. Этим двум точкам (синей и красной) соответствуют равные кусочки синусоид соответствующего цвета слева.
Для двоичной частотной модуляции та же логика, берем из ансамбля разные сигналы с разной частотой, в соответствии из того, какой информационный символ пришел на модулятор, и из этих кусочков составляем манипулированный сигнал.
Почему для фазовой модуляции приводим звездную диаграмму (картинка была выше), а для частотной нет? Если есть смещение по частоте, тогда вектор будет вращаться с этой частотой. При частотной модуляции, частота уходит то вверх, то вниз, соответственно, если смотреть на вектор, то он вращался бы, то в одну сторону, то в другую. Тогда, на звездной диаграмме, мы видели бы окружность, но не поняли бы в какую сторону окружность вращается, т.е. никакой информации она не несет.
Прием манипулированного сигнала
Если можно представить манипулированный сигнал, как совокупность отдельных кусочков сигнала, то и принимать будем каждый кусочек в отдельности. Такой прием называется посимвольным. Приняли отдельный кусочек синусоиды и его обработали, приняли решение о том, какой символ передавался.
Что нужно сделать с сигналом, чтобы из него извлечь информацию?
- Отфильтровать сигнал, избавится от шумов и помех;
- Выполнить операцию различие сигналов sm(t) – демодуляция и декодирование. Различить один кусочек синусоиды от другого.
От шумов мы избавляемся с помощью фильтра, а от различения с помощью демодулятора и декодера.
Чтобы сделать фильтр, который наилучшим образом выделяет сигнал из шумов и помех, нужно знать форму этого сигнала. Каждый фильтр должен быть согласован с тем сигналом, который мы должны принимать. А манипулированный сигнал, как раз состоит из кусочков сигналов sm(t), форма которых известна. Мы знаем, как выглядит каждый кусочек, если берем четверичную фазовую манипуляцию, знаем, что у нас возможно только четыре варианта сигнала у каждого из которых начальная фаза разная.
Например, есть четверичная частотная манипуляция, значит есть 4 сигнала и у этих сигналов, четыре разных значения частоты. Для такого вида модуляции нам потребуется 4 фильтра. Каждый фильтр был бы согласован со своим сигналом. Но в большинстве случаев количество фильтров можно сократить, об этом поговорим дальше в статье.
