Differentiële codering - Differential coding

Bij digitale communicatie is differentiële codering een techniek die wordt gebruikt om ondubbelzinnige signaalontvangst te verschaffen bij gebruik van bepaalde soorten modulatie . Het zorgt ervoor dat de te verzenden gegevens niet alleen afhankelijk zijn van de huidige signaalstatus (of symbool), maar ook van de vorige.

De gebruikelijke typen modulatie die differentiële codering vereisen, zijn onder meer phase-shift keying en quadratuur-amplitudemodulatie .

Doelen van differentiële codering

Wanneer gegevens over getwiste draden worden verzonden, is het gemakkelijk om per ongeluk een extra halve twist in de kabel tussen de zender en de ontvanger te steken. Wanneer dit gebeurt, wordt het ontvangen signaal geïnverteerd.

Zo ook voor BPSK . Om BPSK te demoduleren, moet men een lokale oscillator synchroon maken met de externe. Dit wordt bereikt door een dragerherstelcircuit . Het gehele deel van de herstelde drager is echter dubbelzinnig. Er zijn n geldige maar niet equivalente faseverschuivingen tussen de twee oscillatoren. Voor BPSK, n = 2; de symbolen verschijnen omgekeerd of niet.

Differentiële codering voorkomt dat inversie van respectievelijk het signaal en symbolen de gegevens beïnvloedt.

Ervan uitgaande dat dit een bit is dat bedoeld is voor verzending en dat het symbool zojuist is verzonden, dan is het symbool waarvoor moet worden verzonden : ${\displaystyle x_{i}}$${\displaystyle y_{i-1}}$${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle y_{i}=y_{i-1}\oplus x_{i},}$

( 1 )

waarbij binaire of modulo-2- optelling aangeeft . Aan de decoderingskant wordt hersteld als: ${\displaystyle \oplus {}}$${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}=y_{i}\oplus y_{i-1}.}$

( 2 )

D.w.z. alleen afhangt van een verschil tussen de symbolen en en niet op hun waarden (geïnverteerd of niet). ${\displaystyle x_{i}}$${\displaystyle y_{i}}$${\displaystyle y_{i-1}}$

Er zijn verschillende lijncodes die ontworpen zijn om polariteitsongevoelig te zijn -- of de datastroom nu geïnverteerd is of niet, de gedecodeerde data zullen altijd correct zijn. De lijncodes met deze eigenschap omvatten differentiële Manchester-codering , Alternate Mark Inversion , NRZI , biphase mark code , gecodeerd merkteken inversie en MLT-3 coderen .

Conventionele differentiële codering

Een hierboven geïllustreerde methode kan omgaan met een datastroominversie (dit wordt 180° ambiguïteit genoemd ). Soms is het voldoende (bijvoorbeeld als BPSK wordt gebruikt of als andere dubbelzinnigheden worden gedetecteerd door andere circuits, zoals een Viterbi-decoder of een framesynchronizer ) en soms niet.

Over het algemeen geldt voor symbolen een differentiële codering (dit zijn niet noodzakelijk dezelfde symbolen als in de modulator). Om alleen 180° ambiguïteit op te lossen , worden bits gebruikt als deze symbolen. Bij ambiguïteit van 90 ° worden bitparen gebruikt en worden tripletten van bits gebruikt om ambiguïteit van 45 ° op te lossen (bijvoorbeeld in 8PSK ).

Een differentiële encoder zorgt voor de ( 1 ) operatie, een differentiële decoder - de ( 2 ) operatie.

Zowel differentiële encoder als differentiële decoder zijn discrete lineaire tijdinvariante systemen . De eerste is recursief en IIR , de laatste is niet-recursief en dus FIR . Ze kunnen worden geanalyseerd als digitale filters .

Een differentiële encoder is vergelijkbaar met een analoge integrator . Het heeft een impulsrespons

${\displaystyle h(k)={\begin{cases}1,&{\mbox{if }}k\geq 0\\0,&{\mbox{if }}k<0\end{cases}}}$

en een overdrachtsfunctie

${\displaystyle H(z)={\frac {1}{1-z^{-1}}}.}$

Een differentiële decoder is dus vergelijkbaar met een analoge differentiator , zijn impulsrespons is:

${\displaystyle h(k)={\begin{cases}1,&{\mbox{if }}k=0\\-1,&{\mbox{if }}k=1\\0,&{\ mbox{anders}}\end{cases}}}$

en zijn overdrachtsfunctie

${\displaystyle H(z)=1-z^{-1}.}$

Merk op dat in binaire (modulo-2) rekenkunde, optellen en aftrekken (en positieve en negatieve getallen) equivalent zijn.

Gegeneraliseerde differentiële codering

Het gebruik van de relatie is niet de enige manier om differentiële codering uit te voeren. Meer in het algemeen kan het elke functie zijn, op voorwaarde dat een vergelijking één en slechts één oplossing heeft voor en . ${\displaystyle y_{i-1}\oplus x_{i}=y_{i}}$${\displaystyle u=F(y,x)}$${\displaystyle u_{0}=F(y_{0},x)}$${\displaystyle y_{0}}$${\displaystyle u_{0}}$

Toepassingen

Differentiële codering wordt veel gebruikt in satelliet- en radiorelaiscommunicatie , samen met PSK- en QAM- modulaties.

nadelen

Differentiële codering heeft één belangrijk nadeel: het leidt tot foutenvermenigvuldiging. Dat wil zeggen, als een symbool zoals verkeerd werd ontvangen, twee onjuiste symbolen en aan de uitgang van de differentiële decoder zouden zijn, zie: en . Dit verdubbelt ongeveer de BER bij signaal-ruisverhoudingen waarbij fouten zelden voorkomen in opeenvolgende symbolen. ${\displaystyle y_{i}}$${\displaystyle x_{i}}$${\displaystyle x_{i+1}}$${\displaystyle x_{i}=y_{i}\oplus y_{i-1}}$${\displaystyle x_{i+1}=y_{i+1}\oplus y_{i}}$

Andere technieken om een ​​fase-ambiguïteit op te lossen

Differentiële codering is niet de enige manier om met een fase-ambiguïteit om te gaan. De andere populaire techniek is om hiervoor syncwords te gebruiken . Namelijk als een gestel synchronizer detecteert herhaalde omgekeerde sync-woorden, inverteert de gehele stroom. Deze methode wordt gebruikt in DVB-S .

Zie ook

• Faseverschuivingstoetsen
• Satellietmodem

Externe links en referenties

• INTELSAT Grondstation Standaard IESS-308
• DVB- framestructuur, kanaalcodering en modulatie voor 11/12 GHz-satellietdiensten (EN 300 421)