通信系统/相干接收机
事实证明,如果我们知道要接收什么类型的信号,我们可以更好地接收这些信号。这应该很直观,因为如果我们不知道确切地要寻找什么,就很难找到它。如果接收机不知道什么才是数据,什么才是噪声,它如何知道?
相干传输是接收机知道正在发送什么类型数据的传输。相干性意味着严格的定时机制,因为即使是数据信号,如果在错误的时间段内查看,也会看起来像噪声。相反,非相干接收机不完全知道它们在寻找什么,因此非相干通信系统需要更复杂(硬件和数学模型方面)才能正常运行。
本节将讨论相干接收机,首先讨论“简单接收机”情况,然后深入探讨最佳情况的理论。一旦我们从数学上了解了最佳接收机应该是什么,我们就会讨论最佳接收机的两种实际实现。
应该注意的是,本书的其余部分将讨论最佳接收机。毕竟,为什么通信工程师会使用任何比最好的更差的东西呢?
简单接收机就是这样:简单。一般简单的接收机将包括一个低通滤波器(用于去除多余的高频噪声),然后是一个采样器,它将选择波形中特定点的值,并插值这些值以形成平滑的输出曲线。在纯粹的模拟系统中,可以用通用包络滤波器代替采样器,尤其是在 AM 系统中。在其他系统中,可以使用不同的技巧来解调输入信号并获取数据。然而,简单的接收机虽然便宜,但并不是接收机的最佳选择。有时它们由于其价格而被使用,但在性能是问题的情况下,应该使用更好的替代接收机。
工程师能够从数学上预测最佳接收机的结构。再读一遍这句话:工程师能够设计、分析和构建针对任何给定信号的最佳接收机。这对于几个原因来说是一个重要的发展。首先,这意味着不应该再有研究投入到寻找更好的接收机。毕竟,最好的接收机已经被找到了。其次,这意味着任何通信系统都不会(过多地)受到接收机的影响。
在这里我们将尝试展示相干接收机是如何推导出来的。
匹配接收机是最佳接收机计算的逻辑结论。匹配接收机将信号与其自身卷积,然后测试输出。这是一个图表
s(t)----->(Convolve with r(t))----->
这看起来很简单,只是卷积模块通常很昂贵。这种方法的替代方案是使用相关接收机。
相关接收机类似于匹配接收机,只是有一个简单的开关:首先进行乘法,然后进行积分。
这是一个通用图表
r(t) | v s(t) ----->(X)----->(Integrator)--->
在数字系统中,积分器之后将是一个门限检测器,而在模拟接收机中,它可能被另一个检测器(如包络检测器)接续。
为了最好地接收信号,我们需要知道正在发送的信号的形式。毕竟,在决定如何发送信号之前,我们无法设计接收机。这种方法带来了一些问题,因为接收机必须能够将接收到的信号与给定的参考信号对齐才能发挥作用:如果接收到的信号和参考信号不同步,无论是相位误差还是频率误差,则最佳接收机将无法工作。