interferência entre símbolos e equalização
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APS Comunicações Digitais
Interferência entre Símbolos e Equalização
Prof.: Richard D. Souza
Alunos: Fernando A. WittThomaz W. Shiohara
Canal Seletivo em Frequência
● Um canal seletivo em frequência causa em um sinal:○ Alterações em diferentes componentes espectrais:
● Características:
○ Em amplitude:■ diferentes ganhos em frequência;
○ Em fase:■ fase não linear na frequência.
Canal Seletivo em Frequência
● Exemplo de canal seletivo em frequência:
○ Canal para Comunicações sem fio, pois:
■ Reflexão devido à obstáculos (prédios, casas);■ Propagação multipath;■ Diferentes níveis de atenuação e mudança de
fase às frequências (Seletivo em frequência);■ Mobilidade relativa do Tx e Rx.
Canal Seletivo em Frequência
● A natureza seletiva em frequência é um elemento críticos para a qualidade da conexão.
● Uma das técnicas para a atenuação desse
problema é a equalização. ● Largura de Banda Coerente:
○ É a faixa de freqüências na qual um canal atua como não seletivo em frequência.
Canal Seletivo em Frequência
● Se Largura de Banda >> Banda Coerente:
○ Frequency-selective.
● Se Largura de Banda << Banda Coerente:
○ CoerenteFrequency-non-selective, frequency-flat.
Resposta em Frequência Canal Telefônico
● Muitos canais telefônicos podem ser caracterizados como filtros lineares de banda limitada e decrito na frequência como:
C(f)=A(f)e^(jθ(f)) ● Atraso de envoltória ou atraso de grupo é
uma característica frequentemente usada no lugar da resposta em fase, e é definido como:
τ(f)=-(1/2π)*d θ(f)/df
Resposta em Frequência Canal Telefônico
● Canal sem distorção ou ideal: Se A(f) for constante e θ(f) for linear na frequência, dentro da largura de banda W, a qual é ocupada pelo sinal transmitido.
● Caso contrario, o canal distorce o sinal. ○ Se A(f) não for constante a distorção é chamada
Distorção em Amplitude;○ Se τ(f) não for constante é chamada Distorção em
atraso.○ Assim ocorre o espalhamento no tempo dos pulsos,
de forma que eles não podem ser identificados separadamente no receptor.
Interferencia Entre Simbolos (IES)Inter Symbol Interference (ISI)
● Os filtros do TX, RX e o canal podem ser unidos em H
(f)
Interferencia Entre Simbolos (IES)Inter Symbol Interference (ISI)
● Caso a função resultante H(f) tenha caracteristicas de seletiva em frequência:○ Ocorre Interferência entre simbolos
● IES: Interferência de um pulso em outro;● Atrapalha o processo de detecção;● Aumenta a probabilidade de erro;● Inevitáveis em um sistema de comunicação
real, porém tratáveis.
Efeito da IES em comunicações digitais
● Os efeitos da degradação de performance de erro em sistemas de comunicações digitais são principalmente:
○ Degradação da potência do sinal recebido, aumento
da potência de ruído ou interferência (diminuição de Eb/N0);
○ Distorção do sinal, como as geradas por IES.
Efeito da IES em comunicações digitais
● Primeiro caso (Degradação de potência, aumento de ruído, interferência):○ Para contornar o problema é possível aumentar a
potência do sistema.
● Segundo caso (IES):○ Para uma probabilidade de erro de bit (Pb)
específica seria necessário um aumento infinito na relação sinal ruído (Eb/N0).
○ Pode ser resolvido usando a técnica de equailzadores.
Diagrama de Olho
● Ferramenta para optimizar a performance de um sistema de transmissão.
● Engloba o efeito combinado de IES e ruído em um canal de comunicação.
Exemplo binário antipodal:
Diagrama de Olho
● Linha vertical: Sinal aleatório● Linha Horizontal: Base de tempo (0, T) ● O diagrama provê informações úteis sobre a
performance de uma transmissão de dados.○ DA: Distorção causada por IES (ISI);○ JT: Jitter (variação do instante de amostragem);○ MN: Margem de ruído;○ ST: Sensibilidade ao erro no tempo de amostragem.
Diagrama de Olho
● Quando o efeito da IES é intenso traços da parte superior do olho se sobrepõe à traços da parte inferior, deixando o olho "fechado", nessa situação é impossível evitar erros devido a presença combinada de ruído e IES no sistema.
Equalizador
● Um canal de comunicação que não causa distorção no sinal transmitido tem que respeitar algumas características.○ Sua resposta de amplitude deve ser constante.○ Sua resposta de fase deve ser linear com a
freqüência na banda de interesse do sinal.● Caso esse canal não respeite essas
características ocorre a Interferência Entre Símbolos (IES).
● Uma solução para amenizar os efeitos da IES é a Equalização.
Equalizador
● O Equalizador é acoplado ao receptor. ● Os procedimentos de equalização podem
ser classificados como:
○ MLSE (Maximum-likelihood sequence estimation) . ○ Equalização com filtros.
Equalizador (MLSE)
● No equalizador MLSE, o objetivo do receptor não é zerar a IES através da mudança da forma dos pulsos, mas sim se ajustar de acordo com a sequência recebida.
Equalizador (Filtros)
● No equalizador por filtros o receptor procura cancelar os efeitos do canal.
● Sua saída é uma sequência de pulsos praticamente livres de IES.
● Os filtros de equalização podem ser classificados como:○ Equalizadores transversais;○ Equalizadores com realimentação.
Equalizador Transversal
● Caracteriza-se por:
○ Uma sequência de amostras defasadas em T s; ○ Cada amostra é multiplicada por um coeficiente; ○ Estes coeficientes são configurados durante um
processo de aprendizagem; ○ Este processo consiste na inserção de um pulso ao
sistema e a recepção de um esperado RC.
Equalizador de realimentação
● Decision Feedback Equalizer (DFE) é um equalizador não linear que usa a detecção e decisão anterior para eliminar a IES no pulso atualmente demodulado.
● A origem da IES é devido a "caudas" de pulsos anteriores, ou seja a distorção que foi removida de um pulso atual é devido à um pulso anterior.
Equalizador de realimentação
● Forward e feedback filters são lineares.● O DFE tem uma característica não linear devido a não-
linearidade do detector que fornece a entrada ao feedback filter.
● A idéia básica do DFE é que: se os valores dos símbolos detectados préviamente são conhecidos, então a IES alimentada por esses símbolos pode ser cancelada na saida do forward filter subtraindo os símbolos passados, respeitando os seus devidos pesos,
Equalizador (Filtros)
● Os filtros equalizadores forçam a função de transferência do sistema a respeitar os criterios de Nyquist, cancelando as caracteristicas de seletividade em frequência, como descrito abaixo:
Referências
● Sklar, B. Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2nd Ed.
● Haykin, S. Communication Systems, 4th Ed. ● http://www.edx.com/files/direct_calc.pdf ● http://bruce.cs.tut.fi/invocom/p3-
7/fading_channel/index.htm
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