Otázka:
Jak digitální demodulátor ví, kterou úroveň čte?
YellowBadger
2020-08-27 03:32:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nedávno jsem se začal zabývat bezdrátovou digitální komunikací a četl jsem o modulaci QAM.

Ale jsem trochu zmatený, jak by přijímající demodulátor věděl, který symbol čte.

Například u 64-QAM by bylo vzduchem přenášeno 8 úrovní amplitudy. Chápu, že tyto úrovně jsou modulovány jako napětí v kvadraturním modulátoru základního pásma. Ale když přijímač přijme signál a demoduluje, napětí bylo výrazně utlumeno.

Jak tedy přijímač ví, zda přijímá „úroveň 4“ nebo „úroveň 7“ v amplitudové nosné, pokud napětí oslabila?

Např. Vysílač vysílá napětí mezi 2-10 volty (rozdíl 1 voltů na úroveň pro 64 QAM). Přijímač však může číst jakékoli napětí v závislosti na jeho vzdálenosti od vysílače, např. 0,1-0,5 V nebo dokonce 0,002-0,01V. Jak by přijímač věděl, který symbol čte?

Ahoj a vítejte na ham.stackexchange.com!
Dva odpovědi:
Marcus Müller
2020-08-27 13:08:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ptáte se přesně na správnou otázku - můj přijímač nemůže znát tuto vlastnost přenosu, jak na to spolehlivě přijdu - a tento způsob myšlení přispívá k dobrým návrhům přijímače: )

K vyřešení existují dvě třídy metod:

  1. metody založené na statistikách
  2. metody podporující data vysílače

V designu přijímače je velmi běžné, že máte automatické řízení zisku (AGC), které zesiluje váš přijímaný signál na pevný průměrný výkon. To má z hlediska analogového hardwaru velký smysl, protože žádný zesilovač není skutečně lineární v celém jeho rozsahu, a pokud je to možné, vždy byste chtěli pracovat se svými zesilovači zhruba stejná oblast výkonu.

Nalezení průměrné síly a změna měřítka, aby výsledek byl vždy stejný, funguje, protože si můžete být jisti, že všechny symboly ve vašem přenosu jsou stejně pravděpodobné; pokud tomu tak není, mohli jste lépe komprimovat zdrojová data (pomocí zdrojového kódování, tj. bezztrátové kódování entropie). Dále, jak Kevin ilustroval pro binární drátové systémy, využíváte techniky, abyste zabránili tomu, aby signál měl odlišný vzor (např. Konstantní nebo pouze střídavý mezi rohovými body QAM nebo .. :).

V bezdrátové systémy, bitové plnění není běžné, protože problém, který řeší („po sobě jdoucí běhy stejného symbolu“), je jen podtřídou problému, který musíte vyřešit v bezdrátových komunikacích, konkrétně že potřebujete, aby vaše datové symboly vypadaly nesouvisí, takže jejich spektrum je bílé. To je důležité, abyste mohli co nejlépe využít šířku pásma, kterou jste dostali1, ale také kvůli statistickým metodám v přijímači².

Místo toho se používají kódovače . Často to není nic jiného než jednoduchý pseudonáhodný bitový generátor, který je po kódování kanálu nebo před dekódováním kanálu XORed jak na straně vysílače, tak na straně přijímače.

Vyzbrojeni tím je velmi nepravděpodobné, že by se průměrná síla vašeho signálu (řekněme v průměru přes sto symbolů) značně lišila. Amplitudu svého signálu tedy můžete škálovat pomocí inverzní odmocniny přijaté energie.

To pro QAM často nestačí, protože jsou velmi pravděpodobné malé fluktuace a protože QAM je opravdu docela citlivá na variace amplitudy.

Takže, alternativně, ale častěji, v kombinaci s tím, je vysílač navržen tak, aby zahrnoval pilotní symboly nebo sekvence, které lze snadno detekovat: buď na rámci spusťte něco jako pevnou preambuli, která lze je najít pomocí korelace nebo jednoduše na známých pozicích v rámci.

Nejedná se o data, ale o pevné hodnoty, které definuje některý standard. Příjemce je pozoruje a říká: „Aha, měli by to být, ale jsou to oni, takže musíme odpovídajícím způsobem škálovat“. Takto se nazývá Data-aided recovery amplitdue.

U některých kanálů lze předpokládat, že zůstanou konstantní po dobu trvání jednoho snímku³. Pak by mohla stačit jedna pilotní sekvence nebo symbol. Pokud se kanál změní, budete občas potřebovat nového pilota, abyste měli přehled o věcech. Samozřejmě, pokud máte dostatečně jemný rozlišovací přijímač a dostatečnou korekci chyb, můžete také sledovat, jak se amplitudy mění ve vašich symbolech, rekonstruováním toho, co byste měli obdržet podle aktuálních informací o stavu kanálu, a průběžně to porovnávat s tím, co ve skutečnosti jste obdrželi a všimli jste si driftu brzy. Pak dokonce zpětně získáváte zpětnou vazbu amplitudu signálu.

V praxi používáte QAM, když potřebujete vysokou rychlost dat, což nejčastěji znamená, že používá velkou šířka pásma, a kanál je tedy širokopásmový kanál a potřebuje ekvalizér, aby vypadal plochý. V tomto běžném případě nedojde k obnovení amplitudy pomocí datové podpory nebo zpětné vazby rozhodování jako jeho vlastní krok, ale jako součást ekvalizéru.


¹ Pokud máte šířku pásma 20 MHz a špičkový výkon přes jakýkoli pás 1 kHz v rozsahu, který můžete legálně použít, sakra si budete jisti, že vaše datové spektrum je ploché a na žádné frekvenci nemá hroty, protože to by znamenalo, že musíte celkově snížit svůj vysílací výkon.

² nejen pro obnovení amplitudy, ale také pro obnovení fáze a frekvence. Stejný problém, který jste si všimli na úrovních, platí i pro rotace!

³ to je vlastně inverze reality: měl jsem říci „některé systémy byly navrženy tak, aby rámy byly dostatečně krátké, takže neustále se měnící kanál lze považovat za nezměněnou během trvání rámce. Ale když to dáte takhle, budete mít všechny bolesti hlavy designéra celého systému, když byste právě měli vyvíjet přijímač.

⁴ ne vždy; některé kanály, například satelitní komunikace, obvykle tvoří výjimku. U kanálu satcom často upřednostňujete použití vysokého počtu bodů PSK přes QAM, protože máte dobrou fázovou obnovu, ale nepotřebujete ekvalizér bojovat s více cestami, a proto se chcete vyhnout dalšímu úsilí o obnovení amplitudy, zejména proto, že vám to nebude usnadňovat ani atmosféra, ani LNA s velmi vysokým ziskem.

Počítá se [varicode] (https://en.wikipedia.org/wiki/Varicode), který používá psk31, jako bit-stuffing? Souhlasím s vašimi názory na to, o co by měl dobře navržený systém usilovat, avšak v amatérském světě rádia věci nejsou vždy dobře navržené.
@PhilFrost-W8II možná, ne hluboko do varicode, ale je to něco pro kódování anglických textových informací a nemyslím si, že by to někdo použil při navrhování systému QAM; Očekával bych, že lidé v dnešní době jednoduše použijí LZW na svůj datový proud. V každém případě chápu varikodu v tom, že jde o zdrojový kód (podobný Morseovi), který minimalizuje délku průměrného anglického textu, přičemž je omezen w.r.t. délka běhu stejných bitů.
@PhilFrost-W8II uff, právě jsem četl na varicode. Ne, je si jistý, že by to nikdo s QAM nepoužil - neposkytuje vyváženost, ani není příliš dobrý w.r.t k potlačení 1s (pouze 0s); to dává smysl pro lidi, kteří čtou papírový tiket a snaží se rozdělit písmena, ne pro nic jiného. (Mýlil jsem se v tom, že jde o zdrojový kód, to není. Je to hrozné, protože je to v průměru o 7 bitových znaků ASCII v průměru delší). Ústřední myšlenkou varikody je, že jediné místo, kde mohou nastat dvě nuly za druhou, je mezi znaky, takže je snadné „synchronizovat“ s přenášeným bitem
@PhilFrost-W8II ... stream. Nyní, pokud posíláte QAM, již posíláte alespoň 2 bity najednou (4-QAM, také známé jako QPSK), ale pravděpodobněji 4 nebo více bitů najednou. Takzvaná samo-synchronizační vlastnost varicode vám tam vůbec nepomůže; váš systém již pracuje s bity jednoduše jako s „přísadami“ symbolů s různorodými bity a budete potřebovat nějaký jiný způsob synchronizace vašeho bitového toku (žádný problém, něco ve skutečném světě má nějakou preambuli nebo nějaký pravidelný maják nebo něco).
@PhilFrost-W8II jediná věc na varikádě, která je zdrojovým kódováním, je ta, že podle (zvláštního) požadavku, že 00 se vyskytuje pouze mezi znaky, je to trochu optimalizováno pro běžné znaky v angličtině, které jsou kratší. Ale: Existuje věta, která říká „Pokud existuje kód, který dosahuje průměrné délky slova x, pak existuje také kód předpony, tj. Kód, ve kterém žádné slovo není začátkem jiného slova stejné délky“; a pokud víte, že žádné kódové slovo není začátkem jiného kódového slova, potřebujete pouze vědět, kde váš přenos začal, a poté můžete pouze dekódovat bez
Symbol „čárky“ @PhilFrost-W8II (například „00“ pro varikádu). Jeden účel varicody tedy není třeba začínat - a tyto znalosti publikovaly Kraft 1949 a MacMillan 1956 a velmi rychle si je osvojili počítačoví designéři a komunikační inženýři poté, protože jsou tak zásadně užitečné. Varicode je tedy nejméně 65 let zastaralá;) a opravdu je to hrozný systém.
Pánové, i když některé z těchto komentářů jsou užitečné, většina z nich nesouvisí s chit-chatem a proti Stack Exchange [pravidla pro komentování] (https://ham.stackexchange.com/help/privileges/comment). Vyzývám vás všechny, abyste k tomu použili [naši chatovací místnost, * Ham Shack *] (https://chat.stackexchange.com/rooms/11162/ham-shack). :-)
Komentáře nejsou určeny pro rozšířenou diskusi; tato konverzace byla [přesunuta do chatu] (https://chat.stackexchange.com/rooms/112367/discussion-on-answer-by-marcus-muller-how-does-a-digital-demodulator-know-which) .
Obnovil jsem některé z výše uvedených komentářů.
Kevin Reid AG6YO
2020-08-27 05:55:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Stejný problém diskriminačních symbolů se může objevit v tak jednoduchém systému, jako je přenos „nemodulovaného“ binárního kódu (2 symboly) po kabelu propojeném střídavým proudem (například v Ethernetu). Pokud má vaše zpráva dlouhý řetězec 1 s nebo 0 s, jak je příjemce odlišuje?

Řešením v obou případech je použití kódování, které zajistí, že všechny symboly se ve zprávě vyskytnou

V binárním případě se to nazývá bitové plnění; a lze to provést tak jednoduchým pravidlem, jako je například „pokud byste vysílali 000000, vysílali místo toho 0000001; pokud byste vysílali 111111, vysílajte 1111110“. Přijímač zná používané pravidlo, a proto může odstranit další symboly, a toto pravidlo zajišťuje, že každá zpráva delší než šest bitů obsahuje přechod.

A každá zpráva bude alespoň tak dlouhá, protože (zejména v QAM) chcete také použít preambulu, abyste zajistili, že každá zpráva není jen dostatečně dlouhá na to, aby měla přechod symbolu, ale dostatečně dlouhá, aby se synchronizace přijímače uzamkla na časování, amplitudu a fázi signálu - měl by obsahovat mnoho přechodů symbolů.

Nevím, jaké metody se v praxi používají pro QAM.



Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 4.0, pod kterou je distribuován.
Loading...