¿Qué es la “potencia de señal recibida promedio sobre el ancho de banda”?

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Me encontré con la fórmula de Shannon para calcular la capacidad del canal y no entiendo bien por qué calculamos la potencia de señal promedio ... "sobre el ancho de banda". ¿Por qué sobre ese "dominio de interés"?

Aquí está mi interpretación de por qué, pero no estoy seguro de si lo entendí bien.

Imagina que estamos enviando una señal f (t) desde el punto A al punto B. Tomamos FT (transformada de Fourier) de la señal f (t) en el punto A, y obtenemos todas las componentes sinusoides de esa señal. Para cada componente de esa señal en el dominio de la frecuencia tenemos un valor particular de amplitud. Ahora, no estoy seguro de si se puede hacer esto, pero aquí está mi interpretación de "potencia sobre el ancho de banda": "Dentro del dominio de frecuencia" calculamos prom. la potencia de la señal de tal manera que calculamos la potencia de cada componente de la señal y al realizar algunas manipulaciones con todas esas "potencias" calculadas (¿la suma de ellas es igual a la potencia de la señal en el dominio del tiempo?) podemos calcular la potencia promedio de la señal en frecuencia dominio.

Así que tenemos avg. potencia de "señal clara / no distorsionada" de valor, por ejemplo, 40 [W] "sobre ancho de banda" que nos interesa (ancho de banda de nuestra señal).

La señal que se desplaza desde el punto A al lado receptor B se distorsiona. En el punto B tomamos FT de esa señal distorsionada. Ahora, tal vez tenemos algunos componentes de señal que se agregan dentro de nuestra señal, por lo que todos esos componentes representan "señal de ruido". "Separamos" los componentes de ruido y nuestros componentes de señal (en nuestra cabeza). Dado que la señal está distorsionada, es posible que algunas de las amplitudes de los componentes de la señal se modifiquen ahora, por lo que nuevamente calculamos (de la misma manera que uno arriba) la potencia promedio de esos componentes y obtenemos ... tal vez una potencia promedio diferente, que por ejemplo podría ser menor que uno en el punto A.

Entonces, ¿de acuerdo con esta interpretación, con ese promedio de potencia de señal “sobre el ancho de banda” (“sobre el ancho de banda de algo que nos interesa, sobre nuestro ancho de banda para ver si algo ha cambiado”)?

    
pregunta Krushe

1 respuesta

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Primero a su pregunta: el término "Promedio de potencia de señal recibida sobre el ancho de banda" es la densidad espectral de potencia ( PSD), generalmente en unidades dBm / Hz o W / Hz. No se puede utilizar directamente para calcular la capacidad del canal, su uso principal es calcular interferencia .

Para discutir la capacidad del canal, es importante que no estemos tratando con la "distorsión" (que sería contrarrestada por la distorsión previa y la codificación de línea), sino por un ruido adicional. Hay diferentes fuentes de ruido con diferentes espectros, pero para discutir la codificación del canal es suficiente mirar ruido gaussiano blanco adicional (AWGN), un proceso estocástico sin memoria totalmente sin correlación con su señal.

AWGN tiene un ancho de banda infinito, pero la intensidad radiante está limitada. Esto abre la puerta a la reducción de la potencia total de ruido recibida mientras se mantiene la potencia total de la señal recibida, mejorando así la SNR.

  • Su señal será recibida desde cierta dirección. Al usar antenas directivas, reduce el ángulo sólido para el ruido mientras retiene toda la señal (ganancia de antena)
  • Su señal solo ocupará un ancho de banda limitado. Al filtrar, reduce la potencia total de ruido recibida mientras retiene toda la potencia de señal recibida. La densidad espectral de ruido sobre el "ancho de banda de interés" determinará la potencia de ruido
  • Algunos procesos / componentes en su receptor agregarán más ruido que amplifican su señal. Esto se expresa como figura de ruido de este proceso / componente.
  • La densidad espectral del ruido depende de la temperatura, el enfriamiento disminuye la densidad y, por lo tanto, también la potencia total.
  • Algunos trucos le permiten reducir el ancho de banda ocupado por las señales mientras conserva su potencia, lo que hace que el filtrado de ancho de banda sea aún más eficiente (ganancia de procesamiento de espectro expandido).

En cada punto de referencia de su receptor, puede dividir la señal total por la potencia de ruido y decirle a relación señal / ruido (SNR), generalmente en decibelios. Importante para la capacidad del canal es la SNR antes de la decodificación del canal. Ahora Shannon entra en juego.

Afirma que la información se puede transferir siempre que la SNR (en dB) sea \ $ > - \ infty \ $. Un malentendido común es que SNR > Se requiere 0, pero este es solo el punto donde la detección y demodulación de la señal se vuelve muy fácil. La detección es más difícil para SNR < 0 pero todavía es detectable cualquier desviación de un proceso estocástico puro. El razonamiento de que la transferencia de información con una tasa de error de bits arbitraria baja es posible para cada SNR es bastante sorprendente y hace que el artículo original de Shannons sea una lectura interesante.

Sin embargo, la velocidad a la que se puede transferir la información es limitada y Shannon puede obtener un límite superior para esta velocidad. Depende del ancho de banda ocupado, que está relacionado con la velocidad de desplazamiento máxima (piense en descomposición de Fourier ) y el espacio temporal mínimo de Los símbolos y la SNR, que requieren una distinción de símbolos mínima y bits de limitación por símbolo.

El límite de Shannon es un límite superior teórico, los códigos de canal con un rendimiento casi máximo siguen siendo un campo de investigación activo. Códigos LPDC y Turbo-Codes son las soluciones más conocidas.

    
respondido por el Andreas

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