通訊系統/相干接收機
事實證明,如果我們知道要接收什麼型別的訊號,我們可以更好地接收這些訊號。這應該很直觀,因為如果我們不知道確切地要尋找什麼,就很難找到它。如果接收機不知道什麼才是資料,什麼才是噪聲,它如何知道?
相干傳輸是接收機知道正在傳送什麼型別資料的傳輸。相干性意味著嚴格的定時機制,因為即使是資料訊號,如果在錯誤的時間段內檢視,也會看起來像噪聲。相反,非相干接收機不完全知道它們在尋找什麼,因此非相干通訊系統需要更復雜(硬體和數學模型方面)才能正常執行。
本節將討論相干接收機,首先討論“簡單接收機”情況,然後深入探討最佳情況的理論。一旦我們從數學上了解了最佳接收機應該是什麼,我們就會討論最佳接收機的兩種實際實現。
應該注意的是,本書的其餘部分將討論最佳接收機。畢竟,為什麼通訊工程師會使用任何比最好的更差的東西呢?
簡單接收機就是這樣:簡單。一般簡單的接收機將包括一個低通濾波器(用於去除多餘的高頻噪聲),然後是一個取樣器,它將選擇波形中特定點的值,並插值這些值以形成平滑的輸出曲線。在純粹的模擬系統中,可以用通用包絡濾波器代替取樣器,尤其是在 AM 系統中。在其他系統中,可以使用不同的技巧來解調輸入訊號並獲取資料。然而,簡單的接收機雖然便宜,但並不是接收機的最佳選擇。有時它們由於其價格而被使用,但在效能是問題的情況下,應該使用更好的替代接收機。
工程師能夠從數學上預測最佳接收機的結構。再讀一遍這句話:工程師能夠設計、分析和構建針對任何給定訊號的最佳接收機。這對於幾個原因來說是一個重要的發展。首先,這意味著不應該再有研究投入到尋找更好的接收機。畢竟,最好的接收機已經被找到了。其次,這意味著任何通訊系統都不會(過多地)受到接收機的影響。
在這裡我們將嘗試展示相干接收機是如何推匯出來的。
匹配接收機是最佳接收機計算的邏輯結論。匹配接收機將訊號與其自身卷積,然後測試輸出。這是一個圖表
s(t)----->(Convolve with r(t))----->
這看起來很簡單,只是卷積模組通常很昂貴。這種方法的替代方案是使用相關接收機。
相關接收機類似於匹配接收機,只是有一個簡單的開關:首先進行乘法,然後進行積分。
這是一個通用圖表
r(t)
|
v
s(t) ----->(X)----->(Integrator)--->
在數字系統中,積分器之後將是一個門限檢測器,而在模擬接收機中,它可能被另一個檢測器(如包絡檢測器)接續。
為了最好地接收訊號,我們需要知道正在傳送的訊號的形式。畢竟,在決定如何傳送訊號之前,我們無法設計接收機。這種方法帶來了一些問題,因為接收機必須能夠將接收到的訊號與給定的參考訊號對齊才能發揮作用:如果接收到的訊號和參考訊號不同步,無論是相位誤差還是頻率誤差,則最佳接收機將無法工作。