TCI CURS 5 2018. 6. 14.¢  Efectul Doppler-Fizeau modificarea lungimii de...

Click here to load reader

download TCI CURS 5 2018. 6. 14.¢  Efectul Doppler-Fizeau modificarea lungimii de und¤’, dac¤’ sursa se dep¤’rteaz¤’,

of 16

  • date post

    29-Jan-2021
  • Category

    Documents

  • view

    4
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of TCI CURS 5 2018. 6. 14.¢  Efectul Doppler-Fizeau modificarea lungimii de...

  • TCI CURS 8

    Efectul Doppler-Fizeau

  • Efectul Doppler-Fizeau

     Efectul Doppler a fost descoperit în secolul XIX de fizicianul austriac Christian Doppler şi de francezul Fizeau şi e cunoscut ca efect Doppler-Fizeau.

     El apare atunci când între sursă şi observator există o mişcare relativă.

     Ca urmare, lungimea de undă a semnalului emis , ţinând cont de această apropiere, devine aparent mai mică .

  • Efectul Doppler-Fizeau

     Să notăm cu c - viteza de propagare a undelor emise v - viteza sursei faţă de observator.

     modificarea lungimii de undă, dacă sursa se apropie, este:

    fvTvd /

    f

    v d   '

    Frecvenţa modificată f’ ce corespunde lui λ’ este dată de

    ' '

    c c c f f

    v c v

    f

     

       

    fc unde

  • Efectul Doppler-Fizeau

     modificarea lungimii de undă, dacă sursa se depărtează, este:

    Ca urmare a efectului Doppler, între emiţător şi receptor apare o diferenţă de frecvenţă

    vc

    c ff

     '

    vc

    v ffff

      '

    Componentele spectrale ale semnalului recepţionat sunt translatate cu Δf. Acest proces afectează detecţia semnalului şi introduce erori.

  • Efectul Doppler-Fizeau

     Dacă mişcarea sursei sau observatorului are loc pe o direcţie ce face un unghi cu linia ce uneşte sursa cu observatorul, relaţia de calcul a frecvenţei se schimbă.

     Considerând un mobil ce se mişcă din A spre B cu o viteză v pe o direcţie ce face unghiul θ cu direcţia de propagare a undelor iar sursa la o distanţă suficient de mare pentru a putea considera căile SA şi SB paralele, diferenţa de fază ce apare poate fi scrisă ca

    • frecvenţa instantanee sau deviaţia de frecvenţă produsă prin efect Doppler este derivata fazei

     

     cos

    22 tvd  

     

    coscos 2

    1 f

    c

    vv

    t f 

     

  • Efectul Doppler-Fizeau

     Acest proces afectează detecţia semnalului şi introduce erori.

     Presupunând că la emisie frecvenţa de bit şi frecvenţa purtoare sunt legate armonic

    ,/ nffbit  bitfnf /'

     Pentru eliminarea efectului Doppler se poate recurge la o tehnică de transmisie cu semnale pilot

  • Efectul Doppler-Fizeau

     cele două semnale pe frecvenţele f1 şi f2 sunt afectate cu aceeaşi cantitate Δf , astfel că dacă la emisie avem:

     la recepţie vom avea:

     Pentru plasarea semnalelor pilot în spectrul semnalului transmis, trebuie create nuluri spectrale la frecvenţe adecvate, ceea ce se poate realiza printr-o codare de linie corespunzătoare.

    bitfff  21

    bitfffffff  2121 ()(''

  • Codarea informaţiei

     Se cunoaşte faptul că pe durate de timp mai lungi, proprietăţile statistice ale zgomotului se manifestă mai bine, putând cunoaşte cu mai multă precizie anumite proprietăţi statistice ale acestuia, de exemplu puterea.

     Aceasta înseamnă fie o comunicaţie digitală binară cu viteză mai mică de transmisie, cu avantajul evident al simplităţii echipamentului şi dezavantajul debitului mic de transmitere a informaţiei, fie o transmisie cu mai multe nivele, caz în care se măreşte durata semnalului în detrimentul simplităţii echipamentului

     În cazul transmisiei digitale cu mai multe nivele (polibinare), biţii din secvenţa de date se grupează câte 2 pentru a forma dibiţi, sau câte 3 obţinând tribiţi, cărora le corespund respectiv stări distincte şi, generalizând, prin gruparea biţilor câte k se obţin 2k stări

  • Codarea informaţiei

     Viteza de transmisie rămânând aceeaşi, dar în intervalul elementar transmiţându-se k biţi în loc de un bit, durata intervalului elementar a crescut de k ori.

    staristari 32 2

    111

    110

    101

    100

    011

    010

    001

    000

    2

    11

    10

    01

    00

        

        

     

     

  • Codarea informaţiei

     La momentele de sondare , datorită distorsiunilor de atenuare şi de fază precum şi zgomotelor, nivelul semnalului este falsificat, astfel încât la interpretarea formei de undă se poate face o eroare.

     De exemplu, valoarea eşantionului din forma de undă poate fi interpretată ca reprezentând fie nivelul 3, fie nivelul 4. În codul binar natural avem: 3->011; 4->100.

     Eroarea introdusă afectează toţi cei 3 biţi ai tribitului iar efectul ei asupra transmisiei este maxim.

     Pentru a minimiza efectul erorii ar trebui ca cele două nivele particulare alăturate (adiacente) să difere printr-un singur bit, ceea ce conduce la asocierea nivelelor de tensiune cu tribiţii scrişi în codul Gray, în care două elemente alăturate diferă printr-un singur bit.

  • Codarea informaţiei

     cu creşterea lui k, avem un număr de de forme de undă particulare, cărora le sunt alocate secvenţe de date formate din k biţi, iar complexitatea echipamentului creşte

     Consideram doua cazuri de transmisie cu dibiti, cu 4 nivele echiprobabile si egal distantate:

     Transmisie cu modulatie digitala in amplitudine

     Transmisie cu modulatie digitala de faza

  • Codarea informaţiei

     Asociind cele 4 nivele cu dibiţii scrişi în codul binar natural, ei vin în ordinea 00, 0,1, 10, 11, de jos în sus.

     În cazul transmiterii simbolului +A asociat dibitului 10 în prezenţa interferenţei intersimboluri, a distorsiunilor şi zgomotelor de tip aditiv, cea mai probabilă eroare apare cu decizia eronată că în loc de +A s-a recepţionat +3A sau –A.

     În acest caz, în locul dibitului 10 se obţine 01, ceea ce afectează ambii biţi ai dibitului, iar probabilitatea de eroare este crescută.

     Dacă asocierea nivelelor cu dibiţii se face în codul Gray sau binar reflectat, adică în ordinea 00, 01,11,10 vedem că 10 ar putea fi confundat fie cu 11, fie cu 01, adică în cazul erorii este afectat un singur bit din cadrul dibitului

  • Codarea informaţiei

  • Codarea informaţiei

     Acelaşi lucru poate fi observat din figura urmatoare unde este reprezentată constelaţia de fază a unui semnal QPSK, având 4 valori ale fazei ( +π/4 şi +3π/4 ).

     În paranteze sunt trecute valorile dibiţilor scrise în codul binar natural.

     Posibilitatea unei erori duble, in cazul asocierii valorilor fazei cu codul binar natural apare la confuzia lui 00 cu 11 şi viceversa sau 01 cu 10 şi invers.

     În cazul folosirii codului Gray nu mai există posibilitatea unei erori duble, decât în cazul excepţional al unei perturbaţii foarte puternice.

     Din această cauză în transmisiile digitale se asociază întotdeauna nivelele sau valorile aferente semnalului transmis cu multibiţii sau polibiţii scrişi în codul Gray

  • Codarea informaţiei

  • Codarea informaţiei

     Pentru a face sistemul de TD mai puţin vulnerabil la erori, se recurge la introducerea de redundanţă, alocând la k biţi un număr mai mare de intervale n, cu n > k, procedeu denumit codare.

     Dacă nu avem codare, la k biţi corespund k intervale, şi dacă unul din biţii mesajului este recepţionat eronat, acest lucru este echivalent cu recepţionarea unui mesaj eronat, întrucât în locul combinaţiei de k biţi transmişi am obţinut altă combinaţie valabilă.

     Dacă la k biţi corespund n intervale şi unul din biţi e recepţionat eronat, secvenţa recepţionată nu mai corespunde cu una din cele transmise, întrucât numai din cele posibile secvenţe constituie mesaje.

     Prin codare înţelegem deci procedeul de asociere a unui mesaj de k biţi cu unul de n biţi. La receptor are loc operaţia inversă, de decodare