Helsinki University of Technology Laboratory of Telecommunications Technology

Samankaltaiset tiedostot
Helsinki University of Technology

1 Määrittele lyhyesti seuraavat käsitteet. a) Kvantisointivirhe. b) Näytetaajuuden interpolointi. c) Adaptiivinen suodatus.

DIGITAALISET PULSSIMODULAATIOT M JA PCM A Tietoliikennetekniikka I Osa 21 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

DIGITAALISET PULSSIMODULAATIOT M JA PCM

ANALOGISET PULSSIMODULAATIOT PAM, PWM JA PPM

S Piirianalyysi 2 2. välikoe

Suodatus ja näytteistys, kertaus

X 2 = k 21X 1 + U 2 s + k 02 + k 12. (s + k 02 + k 12 )U 1 + k 12 U 2. s 2 + (k 01 + k 21 + k 02 + k 12 ) s + k

Luento 5: Kantataajuusvastaanotin AWGNkanavassa I: Suodatus ja näytteistys a. Kuvaa diskreetin ajan signaaliavaruussymbolit jatkuvaan aikaan

TL5362DSK-algoritmit (J. Laitinen) TTE2SN4X/4Z, TTE2SN5X/5Z Välikoe 1, ratkaisut

BINÄÄRINEN SYNKRONINEN TIEDONSIIRTO KAISTARAJOITTAMATTOMILLA MIELIVALTAISILLA PULSSIMUODOILLA SOVITETTU SUODATIN JA SEN SUORITUSKYKY AWGN-KANAVASSA

PD-säädin PID PID-säädin

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

RATKAISUT: 8. Momentti ja tasapaino

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 5: Navat ja nollat, systeemin nopeus, stabiilisuus ja värähtelyt, Routh-Hurwitz-kriteeri

S Piirianalyysi 2 Tentti

MS-C1350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoitukset 5, syksy Mallivastaukset

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu

ANALOGISET PULSSIMODULAATIOT PAM, PWM JA PPM

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotuksia. Tehtäväsarja I

Helsinki University of Technology

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 4: Lohkokaaviomuunnokset, PID-säädin ja kompensaattorit,

SATE1150 Piirianalyysi, osa 2 syksy /10 Laskuharjoitus 1: RL- ja RC-piirit

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 10: Digitaalinen säätö, perusteet, jatkuu

S Piirianalyysi 2 Tentti

A! Modulaatioiden luokittelu. Luento 4: Digitaaliset modulaatiokonstellaatiot, symbolijonolähetteet. ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

Helsinki University of Technology

Viivakuormituksen potentiaalienergia saadaan summaamalla viivan pituuden yli

( ) ( ) 14 HARJOITUSTEHTÄVIÄ SÄHKÖISET PERUSSUUREET SÄHKÖVERKON PIIRIKOMPONENTIT

BINÄÄRISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 11 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

ELEC-C4120 Piirianalyysi II 2. välikoe

S Piirianalyysi 2 1. Välikoe

Laplace-muunnoksesta ja differentiaaliyhtälöiden ratkaisemisesta sen avulla

Radioamatöörikurssi 2015

RATKAISUT: 3. Voimakuvio ja liikeyhtälö

4. Fourier-analyysin sovelletuksia. Funktion (signaalin) f(t) näytteistäminen tapahtuu kertomalla funktio näytteenottosignaalilla

KUINKA PALJON VAROISTA OSAKKEISIIN? Mika Vaihekoski, professori. Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Spektrin ekvalisointi on yksi äänisignaalinkäsittelyn. Vastekorjaimia eli ekvalisaattoreita on sekä ammattikäytössä että kuluttajilla

S Fysiikka III (Est) Tentti

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

POSITIIVISEN LINSSIN POLTTOVÄLI

Numeeriset menetelmät

Intensiteettitaso ja Doplerin ilmiö

SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Harjoituksen 1 ratkaisuehdotukset

RATKAISUT: 17. Tasavirtapiirit

C B A. Kolmessa ensimmäisessä laskussa sovelletaan Newtonin 2. ja 3. lakia.

spektri taajuus f c f c W f c f c + W

Helsinki University of Technology

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa I

Raitiotien varikkoalueen asemakaavan nro 8600 viitesuunnitelma

6.2.3 Spektrikertymäfunktio

Derivoimalla ensimmäinen komponentti, sijoittamalla jälkimmäisen derivaatta siihen ja eliminoimalla x. saadaan

y x1 σ t 1 = c y x 1 σ t 1 = y x 2 σ t 2 y x 2 x 1 y = σ(t 2 t 1 ) x 2 x 1 y t 2 t 1

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

CLEAR Virta 1 A ka Teksti X-akseli Virta A. Muuta kaikki Kaavio selitysosio Verkon jännite U1 = 1 kv U2 = 1 kv U2

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Missä mennään. systeemi. identifiointi. mallikandidaatti. validointi. malli. (fysikaalinen) mallintaminen. mallin mallin käyttötarkoitus, reunaehdot

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

Signaalien generointi

Dynaamisten systeemien identifiointi 1/2

Kertausosa. 2. Kuvaan merkityt kulmat ovat samankohtaisia kulmia. Koska suorat s ja t ovat yhdensuuntaisia, kulmat ovat yhtä suuria.

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

Signaalimallit: sisältö

KUITUKAAPELOINTI KUITUKAAPELOINTI KAAPELIRAKENTEET KUITUKAAPELIVERKKO

Osa VII. Laplace muunnos. Laplace-muunnos. Laplace-muunnos

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

LCL-suodattimella varustetun verkkosuuntaajan virtasäätö tilasäädintä ja havaitsijaa käyttäen

S Piirianalyysi 2 Tentti

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

4.3 Liikemäärän säilyminen

Kompleksianalyysi, viikko 6

7. Pyörivät sähkökoneet

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

4.0.2 Kuinka hyvä ennuste on?

Ominaisarvot ja ominaisvektorit 140 / 170

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

x + 1 πx + 2y = 6 2y = 6 x 1 2 πx y = x 1 4 πx Ikkunan pinta-ala on suorakulmion ja puoliympyrän pinta-alojen summa, eli

LUKU 10. Yhdensuuntaissiirto

Investointimahdollisuudet ja investoinnin ajoittaminen

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

Osittaisdifferentiaaliyhtälöt

ELEKTRONISET TOIMINNOT

T DSP: GSM codec

a(t) = v (t) = 3 2 t a(t) = 3 2 t < t 1 2 < 69 t 1 2 < 46 t < 46 2 = 2116 a(t) = v (t) = 50

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 2

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. 2 ov

S Signaalit ja järjestelmät

e ax, kun x > 0 f(x) = 0, kun x < 0, 0, kun x > 0 e ax, kun x < 0 e (a iω)x dx = a+iω = 1 a 2 +ω 2. e ax, x > 0 e ax, x < 0,

12. ARKISIA SOVELLUKSIA

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

Dynaamiset regressiomallit

Reaalilukuvälit, leikkaus ja unioni (1/2)

Oletetaan, että funktio f on määritelty jollakin välillä ]x 0 δ, x 0 + δ[. Sen derivaatta pisteessä x 0 on

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Datan käsittely. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

Signaalit ja järjestelmät aika- ja taajuusalueissa

Transkriptio:

Helinki Univerity of echnology Laboratory of elecommunication echnology Digitaalinen iirtojärjetelmä S-38. Signaalinkäittely tietoliikenteeä I Signal Proceing in Communication ( ov) Syky 998. Luento: Pulinmuokkauuodatu prof. imo Laako Vataanotto tortaiin klo - Huone G, puh. 45 473 Sähköpoti: timo.laako@hut.fi Lähetin Kanava Vataanotin avoite: digitaalien informaation iirto minimivirhein Lähetettävä ignaali pitää valita kanavan ominaiuudet huomioiden ärkeimmät kanavaparametrit: kaitanlevey ignaalin vaimennu ja vääritymä (iirtofunktio) kohina ja häiriöt 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu Käytännön iirtokanavia Kanavan ominaiuukia Kupariparikaapeli (puhelinjohdot) Koakiaalikaapelit Optiet kuidut Maanpäälliet radioyhteydet kiinteät matkapuhelinjärjetelmät Satelliittiradioyhteydet Yhditelmäkanavat (eri kanavien yhditelmät eim. yhdellä puhelinyhteydellä) KAISAAJOIUS: käytännön kanavien vaimennu riippuu yleenä taajuudeta aiheuttaa aaltomuodon diperiota ( = uodatu) käytännön järjetelmiä käytetty kaita määritelty tandardein Vahvitu aajuu 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 4

Kanavan ominaiuukia SUMMAUUVA KOHIA: lämpökohina (elektroniikan vatukomponentit) muiden käyttäjien ja järjetelmien häiriöt muut häiriöt (teholähteet, impulihäiriöt releitä, alamat, radiokanavan häiriöt, moottorit jne.) malli: ummautuva normaalijakautunut eli Gauin kohina (additive white Gauian noie, AG), kaitarajoitettu välille [-B, B] ehotihey / Kaitarajoitettujen lähetypulien uunnittelu arkatellaan euraavaa ykinkertaita iirtojärjetelmää: akδ ( t k) a k Lähetettävät dataymbolit {, } h (t) Analoginen lähetypuli Kanavan kohina Σ n(t) t=k äytteyty / ymboli a k δ k Vataanotetut dataymbolit -B B aajuu 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 5 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 6 3... Kaitarajoitettujen lähetypulien uunnittelu Jotta iirtokanavan kapaiteetti aadaan käytettyä tarkkaan hyväki, lähetyteho kannattaa jakaa taaieti eri taajuukille (tarkempi tarkatelu myöhemmin kuria!) Ideaalinen lähetyignaalin tehopektri (kantataajuudella):... Kaitarajoitettujen lähetypulien uunnittelu Ideaalinen aika-alueen pulimuoto: jπft ht H f e df e jπft () = ( ) = df = inc( t ) H f rect f ( ) = H(f) h(t) =/ ( ) / ( ) - f 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 7 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 8 4

... Kaitarajoitettujen lähetypulien uunnittelu Ideaaliella inc-funktiolla inc(x)=in(πx)/(πx) on nollat kohdia t=k paiti kun k= (pulin huippu) Siirtonopeudella =/ = ei pulien kekinäivaikututa (interymbol interference, ISI) kun näytteet otetaan tarkati nollakohdita! Ongelmia: jyrkkä taajuuvate hankala toteuttaa hitaati vaimeneva pulimuoto => herkkyy ajatuvirheille => katkaiuvirheet käytännön toteutukia... Kaitarajoitettujen lähetypulien uunnittelu Käytännölliempi aaltomuoto: allitaan liäkaitaa (exce bandwidth) pulipektrille jotta päätään vähemmän jyrkkään pektriin ja nopeammin vaimenevaan aaltomuotoon Ongelma: kuinka pulipektri H(f) on valittava jotta kekinäivaikutu aadaan nollaki? atkaiu: yquitin kriteeri! 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 9 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 5 yquitin kriteeri avoitteena nolla-isi Vaatimu lähetettävälle pulimuodolle:, k = hk ( ) =, k Yhtäpitävä formulointi: ht () δ( t k) = δ() t k =...yquitin kriteeri Otetaan puolittain Fourier-muunno aika-alueen kriteeritä: ht () δ( t k) = δ() t k = H( f ) δ ( f m/ ) = m= H( f m/ ) = m= 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 6

...yquitin kriteeri otettu koinipektri Kun pektri on kaitarajoitettu < = /, aadaan H(f) =/ ( ) H( f ) + H( f / ) = H(f-/ ) f =/ yquitin kriteeri ei määrittele pulimuotoa ykikäitteieti => toteutunäkökohdat voidaan huomioida uunnittelua Standardivalinta: notettu koinipektri (raied-coine pectrum): /( ), f < f π( f f) H( f ) = + co, f f B f f < < 4, f > f miä f = ( α) 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 4 7... otettu koinipektri α on liäkaitakerroin (rolloff factor) joka määrittää liäkaitan (exce bandwidth) uuruuden H(f) otetun koinipektrin aaltomuoto Kuten inc-pulille, aika-alueen aaltomuoto aadaan käänteiellä Fourier-muunnokella (IF): t ht () t) co( πα ) = inc( ( 4αt) / ( ) f =(-α) (+α) α=.9 α = liäkaita f α=. α=.5-6 -4-4 6 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 5 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 6 8

Havaintoja not.koinipektrin pulimuodota Sovitettu uodatin Puli vaimenee verrannolliena /t 3 ja /α Liäkaitakertoimen α uurentaminen käyttää enemmän pektriä nopeuttaa pulin vaimenemita (α = : inc-puli) yypilliiä arvoja: α =..5 Käytännön toteutu: otetaan pulita L näytettä ymbolia kohden (L>, L kokonailuku) katkaitaan puliuodin kekeltä opivaan pituuteen ja kaualoidaan viiveellä (=> pektri muuttuu, nolla-isi-ominaiuu pyyy) Parannetaan iirtoyhteyden mallia: otetaan mukaan vataanottouodatin h (t) Mahdollitaa kohinan ym. häiriöiden uodattamien vataanottopäää n(t) a k δ(t-k ) h (t) Lähtevä aaltomuoto Σ h (t) t=k Vataanotettu aaltomuoto a k δ k 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 7 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 8 9... Sovitettu uodatin Vataanottimen bittivirheuhde (bit error rate, BE) riippuu uoraan ignaali-kohinauhteeta (ignal-to-noie ratio, S) (olettaen G-kanava, ei ISIä): Pe = Q( S) BE voidaan minimoida makimoimalla S näytehetkellä Sovitettu uodin (Matched filter, MF) makimoi S:n annetulle lähetypulimuodolle näytehetkellä... Sovitettu uodatin Suunnitellaan optimaalinen vataanottouodin h (t) annetulle lähetyuotimelle h (t) Vataanotettu aaltomuoto (ilman kohinaa): jπft ht () = h() t h() t = H( f) H ( f) e df Symbolienergia näytehetkellä t=: h( ) = H ( f ) H ( f ) df H ( f ) df H ( f ) df käytetään Schwarzin epäyhtälöä! 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 9 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu

... Sovitettu uodatin Kekimääräinen kohinateho vataanottimen lähdöä: En [ ( t)] = Φn( f) df= H( f ) df Signaali-kohinauhde (S):... Sovitettu uodatin Makimi-S aavutetaan kun H ( f ) = H ( f ) h () t = h ( t) Kauaalinen toteutu: h () t = h ( t t) d h( ) S = En [ ( t)] H ( f ) df H ( f ) df H ( f ) df = H( f ) df = S MAX Amplitudi t d Lähetyuodin Aika Amplitudi Aika SOVIEU vataanottouodin 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu Oletetaan AG-kanava Miki ovitettu uodatin? ) Lähetetään yki puli jonka energia E, ei vataanottouodatuta: E S = ) Lähetetään puli jonka energia on E ja käytetään ovitettua uodatinta vataanotoa: E S = H f df = ( ) Sovitettu uodatin kakinkertaitaa S:n! Lähety- ja vataanottopulien valinta Vataanotettu kokonaipuli: ht () = h() t h() t = h() t h( t) * H( f) = H ( f) H ( f) = H ( f) Suotimen jako lähettimen ja vataanottimen keken: ) Valitaan poitiivinen ja ymmetrinen H(f ) ) Määritetään H( f ) = H( f ) = H( f ) 3) Laketaan h (t) = h (t) IF:n avulla 4) äytteytetään, katkaitaan ja kaualoidaan (digitaalinen toteutu!) 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 4

Juuri-yquit-uodin Juuri-yquit (tai Puoli-yquit; oot-yquit/half-yquit) uodin yhditää yquit-aaltomuodon (nolla-isi) ovitetun uotimen (makimi-s) Oitu amanlaiiin uotimiin lähety- ja vataanottopäähän Eimerkki: juurikoiniuodin (oot-aied-coine, C) Juurikoiniuodin Juurikoiniuotimen pektri: otetaan neliöjuuri notetuta koinipektritä: /, f < f π( f f) H ( f ) = + co, f 4, f > f miä f = ( α) f < f < B f 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 5 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 6 3...Juurikoiniuodin Juurikoiniuotimen aaltomuoto aadaan jälleen IF:n avulla (työlä lakettava!):...juurikoiniuodin Juurikoiniuotimen aaltomuotoja eri α:n arvoilla: rt () = in ( π( α) t ) πt + (4πt)in ( ) π ( πt) ( 4α ) π ( α ) co ( πα ( + ) t ) [ ( π α t) ].. α=.9 α=.5 α=. -6-4 - 4 6 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 7 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 8 4

...Juurikoiniuodin Sovitettu uodatin lineaariea kanavaa HUOMAA: Juurikoiniuotimella ei yleieti ole nollakohtia ymbolivälein t=k! Käytännön toteutu: näytteytä, katkaie, kaualoi opleemi: katkaiuvirheet aiheuttavat ISIä (konvoluutio!) => Suotimen pituu valittava riittävän uureki MF-uodin makimoi ignaali-kohinauhteen annetulle lähetypulille AG-kanavaa Käytännön kanava kuitenkin iältää yleenä lineaarita vääritymää! AG-kanavaa johdettu ovitettu uodatin voidaan yleitää lineaarieen kanavaan (joa myö ummautuvaa valkoita Gauin kohinaa) 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 9 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3 5...Sovitettu uodatin lineaariea kanavaa äydennetty iirtojärjetelmän malli Siältää lineaarien aikainvariantin kanavan jonka impulivate on c(t) ja taajuuvate C(f) a k δ(t-k ) h (t) Lähtevä aaltomuoto c(t) Kanava n(t) Σ h (t) t=k Vataanotettu aaltomuoto a δ ( t k ) k... Sovitettu uodatin lineaariea kanavaa Vataanotettu aaltomuoto: jπft ht () = h() t ct () h() t = H ( f) C( f) H ( f) e df Symbolienergia näytehetkellä t=: h( ) = H ( f ) C( f ) H ( f ) df H ( f ) C( f ) df H ( f ) df Kanava voidaan ajatella yhditetyki lähetyuotimeen: H '( f ) = H ( f ) C( f ) eli h '() t = h () t c() t 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 3 6

... Sovitettu uodatin lineaariea kanavaa Vataavaan tapaan kuin AG-kanavaa aadaan S:n makimoiva ratkaiu H ( f ) = H ( f ) C ( f ) h () t = h ( t) c( t) Kauaalinen toteutu: hcau, () t = h( t td)... Sovitettu uodatin lineaariea kanavaa Ongelmia: Yleenä lineaarinen kanava ei ole tunnettu vataanottimea => uodinta vaikea uunnitella etukäteen Sovitettu uodin makimoi yhden pulin S:n mutta ei huomioi lineaarien kanavan aiheuttamaa pulien kekinäivaikututa (ISIä) => ei johda hyvään (aati itten optimaalieen!) BEriin jatkuvaa iirtoyhteydeä! 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 33 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 34 7 Lineaarien kanavan vataanottouodatu ulevia luennoia perehdytään tarkemmin optimaaliiin vataanottimiin lineaariea kanavaa, mm.: Optimaalinen lineaarinen vataanotin: minimoidaan ISIn ja kohinan teholliarvo (MMSE-korjaimet ja niiden adaptiiviet toteutuket) Optimaalinen vataanotin lin. kanavaa (min BE) on epälineaarinen ja voidaan toteuttaa Viterbi-algoritmilla Viterbi-algoritmi vaatii valkoien kohinan proein => määritellään valkaitu ovitettu uodatin (whitened matched filter, MF) 3.9.998 eletekniikan laboratorio Sivu 35 8