В электронике и телекоммуникациях , формирование импульсов представляет собой процесс изменения формы волны передаваемых импульсов. Его цель состоит в том, чтобы сделать передаваемый сигнал более подходящим для своей цели или канала связи , обычно путем ограничения эффективной полосы пропускания передачи. Путем фильтрации передаваемых импульсов таким образом можно контролировать межсимвольные помехи, создаваемые каналом. В радиочастотной связи формирование импульса необходимо для того, чтобы сигнал соответствовал его частотной полосе.
Обычно формирование импульса происходит после линейного кодирования и модуляции .
Необходимость формирования импульса [ править ]
Передача сигнала с высокой скоростью модуляции через канал с ограниченной полосой пропускания может создавать межсимвольные помехи . По мере увеличения скорости модуляции ширина полосы сигнала увеличивается. Когда ширина полосы сигнала становится больше полосы пропускания канала, канал начинает вносить искажения в сигнал. Это искажение обычно проявляется в виде межсимвольной интерференции.
Спектр сигнала определяется схемой модуляции и скоростью передачи данных, используемой передатчиком, но может быть изменен с помощью фильтра формирования импульсов. Обычно передаваемые символы представляют собой временную последовательность дельта- импульсов Дирака . Этот теоретический сигнал затем фильтруется с помощью фильтра формирования импульсов, создавая передаваемый сигнал.
Во многих системах связи в основной полосе частот фильтр формирования импульсов неявно является фильтром периодичности . Его преобразование Фурье имеет форму sin (x) / x и имеет значительную мощность сигнала на частотах выше, чем скорость передачи символов. Это не большая проблема, когда в качестве канала связи используется оптическое волокно или даже витая пара. Однако в радиочастотной связи это приведет к потере полосы пропускания, и для одиночных передач используются только строго определенные полосы частот. Другими словами, канал для сигнала ограничен по полосе. Поэтому были разработаны более совершенные фильтры, которые пытаются минимизировать полосу пропускания, необходимую для определенной скорости передачи символов.
Примером в других областях электроники является генерация импульсов, когда время нарастания должно быть коротким; один из способов сделать это - начать с более медленного нарастания импульса и уменьшить время нарастания, например, с помощью диодной схемы ступенчатого восстановления .
Фильтры формирования импульсов [ править ]
Не каждый фильтр можно использовать в качестве фильтра формирования импульсов. Сам фильтр не должен создавать межсимвольных помех - он должен удовлетворять определенным критериям. Критерием Найквиста МСИ является широко используемым критерием оценки, поскольку оно относится частотный спектр сигнала передатчика к межсимвольной интерференции.
Примеры фильтров формирования импульсов, которые обычно используются в системах связи:
- Sinc- образный фильтр
- Фильтр с приподнятым косинусом
- Гауссов фильтр
Формирование импульсов на стороне отправителя часто комбинируется с согласованным фильтром на стороне получателя для достижения оптимальной устойчивости к шумам в системе. В этом случае формирование импульса равномерно распределяется между фильтрами отправителя и получателя. Таким образом, амплитудные характеристики фильтров представляют собой точечные квадратные корни системных фильтров.
Были изобретены другие подходы, устраняющие сложные фильтры формирования импульсов. В OFDM несущие модулируются так медленно, что на каждую несущую практически не влияет ограничение полосы пропускания канала.
Sinc filter [ править ]
Его также называют прямоугольным фильтром, поскольку его эквивалент в частотной области имеет прямоугольную форму. Теоретически лучшим фильтром формирования импульсов был бы синк-фильтр, но он не может быть реализован точно. Это беспричинный фильтр с относительно медленно затухающими хвостами. Это также проблематично с точки зрения синхронизации, поскольку любая фазовая ошибка приводит к резкому увеличению межсимвольных помех.
Фильтр с приподнятым косинусом [ править ]
Поднятый косинус похож на sinc, но с меньшими боковыми лепестками и чуть большей спектральной шириной. Фильтры с приподнятым косинусом практичны в реализации и широко используются. Они имеют настраиваемую избыточную полосу пропускания, поэтому системы связи могут выбирать компромисс между более простым фильтром и спектральной эффективностью.
Гауссов фильтр [ править ]
Это дает выходной импульс, имеющий форму функции Гаусса .
См. Также [ править ]
- Критерий Найквиста ISI
- Фильтр с приподнятым косинусом
- Соответствующий фильтр
- Формирование фемтосекундных импульсов
- Импульсный (обработка сигнала)
Ссылки [ править ]
- Джон Г. Проакис , « Цифровые коммуникации, 3-е издание », глава 9, McGraw-Hill Book Co., 1995 . ISBN 0-07-113814-5
- Учебное пособие по генератору сигналов National Instruments, формирование импульса для повышения спектральной эффективности
- Учебное пособие по основам измерений National Instruments, Фильтрация формы импульса в системах связи
- Косинусные фильтры с приподнятым корнем и формирование импульсов в системах связи , Эркин Кубукку (ntrs.nasa.gov).
