Sisteme de procesare numerică a semnalelor

În telecomunicaţii, procesul de transport al informaţiei este inerent afectat de semnale nedorite suprapuse peste semnalul util. În marea majoritate a cazurilor aceastã suprapunere este de tip aditiv. Perturbaţiile sunt semnale aleatoare ce apar fie datoritã unor cauze naturale (perturbaţii electrice atmosferice, propagarea unor unde acustice), sau ca urmare a activitãţii omeneşti (semnale tranzitorii pe liniile de alimentare, impulsuri parazite provenite de la motoare electrice, etc). Astfel de perturbaţii afecteazã semnalele de tip Radar, semnalele ce se vehiculeazã pe cablurile de transmisie submarinã, transmiterea informaţiei pe canale de comunicaţie... . O altã denumire pentru perturbaţii este aceea de zgomote. Întotdeauna la intrarea unui receptor este prezent un amestec de semnal util şi zgomot. Pentru aprecierea părţilor de semnal util şi de zgomot din cadrul semnalului de la intrarea receptorului se foloseşte aşa-numitul raport semnal pe zgomot, RSZ. Această mărime reprezintă raportul dintre puterea semnalului util şi puterea zgomotului care compun semnalul de la intrarea în receptor.

Trebuie afirmat că şi în cazul sistemelor pur numerice se utilizează

noţiunea de RSZ. În acest caz zgomotul este asociat cu distorsiunile produse de sistemul de prelucrare considerat. În cazul în care RSZ este mic este necesară creşterea sa pentru o bună separare a semnalului util de zgomot, condiţie necesară pentru extragerea din semnalul util a informaţiei pe care o poartă. Iatã de ce lucrarea de faţã este dedicatã studiului metodelor de creştere a raportului semnal pe zgomot care se utilizeazã sau s-ar putea utiliza în sistemele de telecomunicaţii. Se încearcã o prezentare sistematicã şi unitarã a acestor tehnici. Metodele de îmbunătăţire a raportului semnal pe zgomot prezentate sunt exemplificate sugestiv. Nu se insistã asupra rezultatelor experimentale ce se pot obţine folosind aceste tehnici şi nici asupra metodelor de construcţie a sistemelor necesare implementării acestor tehnici, dar sunt citate de fiecare dată lucrări care prezintã aceste aspecte.

Nici aplicaţiile practice ale rezultatelor obţinute nu fac obiectul acestei teze. Scopul lucrării de faţă este doar analiza metodelor de îmbunătăţire a RSZ prin prisma teoriei prelucrării semnalelor. Sistemele responsabile pentru îmbunătăţirea raportului semnal pe zgomot trebuie să se comporte selectiv, nelăsând să treacă zgomotul şi lăsând să treacă semnalul util. Acesta este motivul pentru care se folosesc de obicei filtre (sisteme cu comportare selectivă în domeniul frecvenţă). Aceste filtre pot fi sisteme liniare invariante în timp, sisteme liniare variante în timp sau sisteme neliniare. Amestecul dintre semnalul util şi zgomot poate fi aditiv, multiplicativ sau de altă natură. De obicei în studiul sistemelor de telecomunicaţii se utilizează modelul aditiv. Având în vedere facilităţile de calcul ale modelului de semnal de tip zgomot alb (de bandã limitată sau nu), se va folosi pentru zgomot, preponderent, acest model. Un alt model utilizat, datoritã frecventei sale apariţii în practicã, este cel al zgomotului în impulsuri.

INTRODUCERE

Unul dintre dezideratele fundamentale în telecomunicaţii este transmiterea la o distanţă cât mai mare a informaţiei care să poată fi recepţionată corect. Dar informaţia este transportată cu ajutorul semnalelor. În procesul de transport al informaţiei apar inerent semnale nedorite suprapuse peste semnalul util, care afectează conţinutul informaţional al semnalelor utile (cele care poartă informaţia). O altã denumire pentru semnalele nedorite este aceea de zgomote. Întotdeauna la intrarea unui receptor este prezent un amestec de semnal util şi zgomot. Pentru aprecierea părţilor de semnal util şi de zgomot din cadrul semnalului de la intrarea receptorului se foloseşte aşa-numitul raport semnal pe zgomot, RSZ. Această mărime reprezintă raportul dintre puterea semnalului util şi puterea zgomotului care compun semnalul de la intrarea în receptor.

Raportul semnal pe zgomot este un indice global al calităţii semnalului de la intrarea receptorului. Este vorba de unul dintre primii indici globali utilizaţi în telecomunicaţii şi este specific transmisiilor analogice. În prezent se folosesc tot mai mult sisteme de transmisie mixte care înglobează atât subsisteme analogice cât şi subsisteme numerice. În cazul transmisiilor numerice se realizează o protecţie suplimentară la perturbaţii folosind tehnicile de codare. Eficienţa acestei protecţii este apreciată cu ajutorul unui alt indice global, definit ca raportul dintre numărul biţilor eronaţi şi numărul total de biţi, BER. În prezent se obişnuieşte ca un sistem de telecomunicaţii să fie caracterizat de dependenţa indicelui BER de la ieşire de raportul RSZ de la intrare. Iată de ce şi în cazul acestor sisteme este importantă noţiunea de raport semnal pe zgomot. Trebuie afirmat că şi în cazul sistemelor pur numerice se utilizează noţiunea de RSZ. În acest caz zgomotul este asociat cu distorsiunile produse de sistemul de prelucrare

Astfel, RSZ are toate calităţile unui indice global : simplitate, universalitate, uşurinţă de calcul,... dar şi toate defectele unui astfel de indice, dintre care cel mai mare este că nu caracterizeazã în nici un fel conţinutul informaţional al semnalului util. Oricum, în cazul în care RSZ este mic este necesară creşterea sa pentru o bună separare a semnalului util de zgomot, condiţie necesară pentru extragerea din semnalul util a informaţiei pe care o poartă.

Sistemele responsabile pentru îmbunătăţirea raportului semnal pe zgomot trebuie să se comporte selectiv, nelăsând să treacă zgomotul şi lăsând să treacă semnalul util. Acesta este motivul pentru care se folosesc de obicei filtre (sisteme cu comportare selectivă în domeniul frecvenţă). Aceste filtre pot fi sisteme liniare invariante în timp, sisteme liniare variante în timp sau sisteme neliniare. Amestecul dintre semnalul util şi zgomot poate fi aditiv, multiplicativ sau de altă natură. De obicei în studiul sistemelor de telecomunicaţii se utilizează modelul aditiv. Având în vedere facilităţile de calcul ale modelului de semnal de tip zgomot alb (de bandã limitată sau nu), se va folosi pentru zgomot, preponderent, acest model. Tehnicile de îmbunătăţire a raportului semnal pe zgomot prezentate vor fi exemplificate sugestiv. Nu se va insista asupra rezultatelor experimentale ce se pot obţine folosind aceste tehnici şi nici asupra metodelor de construcţie a sistemelor necesare implementării acestor tehnici, dar vor fi citate de fiecare dată lucrări (cu predilecţie personale) care prezintã aceste aspecte. Nici aplicaţiile practice ale rezultatelor obţinute nu fac obiectul acestei teze. Scopul lucrării de faţă este doar analiza metodelor de îmbunătăţire a RSZ prin prisma teoriei prelucrării semnalelor.

Orice sistem analogic de telecomunicaţii conţine câteva filtre analogice. Aceste sisteme sunt indispensabile în construcţia modulatoarelor, multiplexoarelor, sistemelor de eşantionare, demodulatoarelor etc. Chiar şi în cazul sistemelor mixte (analogice şi numerice) utilizarea unor filtre analogice este indispensabilă, mai ales pentru construcţia interfeţelor analogice (filtre antialiasing, filtre de reconstrucţie ).