این فصل به بررسی سیستم شناسایی خودکار نوع مدولاسیون (نوع سیگنال) و برخی از کاربردهای مهم آن، سیر تکامل شناسایی نوع مدولاسیون، دسته بندی کلی روش­های شناسایی نوع مدولاسیون، کارهای انجام شده توسط دیگران، و هدف از انجام این پایان نامه می ­پردازد.

• • 1. 1. آشنایی با سیستم شناسایی خودکار نوع مدولاسیون و برخی از کاربردهای آن

     

     

به سیستمی که عمل تعیین نوع مدولاسیون سیگنال دریافتی را، در بین مجموعه ­ای از مدولاسیون­ها به صورت خودکار و هوشمند به عهده دارد؛ شناساگر خودکار نوع سیگنال گفته می­ شود. به سبب آنکه سیستم با تغییر شرایط کانال، خود را وفق می­دهد به این نوع سیستم­ها، سیستم هوشمند می­گویند. فرایند باز­شناخت مدولاسیون، مرحله­ قبل از دمدولاسیون است. در سیستم­های مخابراتی هوشمند، در صورت تشخیص غلط نوع و مرتبه مدولاسیون و بکارگیری یک دمدولاتور نامناسب، ممکن است محتوی اطلاعات سیگنال به­ طور کامل از دست برود ]۱[. تشخیص نوع مدولاسیون هم اکنون یکی از حوزه ­های مهم پردازش سیگنال در علم مخابرات بوده و هر ساله تلاش­ های مختلفی از سوی محققان سراسر دنیا برای ارائه سیستمی هوشمند که به طور خودکار شناسایی نوع مدولاسیون را انجام می دهد؛ صورت می­گیرد.

• • • • 1. 1. سیر تحول و توسعه سیستم­های مخابراتی دیجیتال

         

         

     

     

تلگراف به عنوان اولین سیستم مخابرات الکتریکی یک سیستم مخابراتی دیجیتال بود. تلگراف الکتریکی توسط ساموئل مورس^[۱] اختراع و در سال ۱۸۳۷ به نمایش گذاشته شد. مورس، کد دودویی با طول متغیری را که در آن حروف الفبای انگلیسی با دنباله­ای از خط­های تیره ^[۲]و نقطه­ها^[۳] (کلمه کد) نمایش داده می­شد؛ ابداع نمود. در این کد، حروف با تواتر وقوع بالاتر، با کلمات کد کوتاه و حروف با تواتر وقوع کمتر، با کلمات کد بلندتر نمایش داده می­شوند [۲].
تقریبا چهل سال بعد از آن، در سال ۱۸۷۵ امیل بودت^[۴] یک کد دودویی با طول ثابت ۵ برای تلگراف ابداع نمود. در کد بودت، اجزای کد دارای طول یکسان بوده و نقطه^[۵] و فاصله^[۶] نامیده می­ شود. هر چند مورس ابداع کننده­ اولین سیستم مخابراتی دیجیتال (تلگراف) است، اما سر آغاز آنچه ما امروز به عنوان مخابرات دیجیتال مدرن می­شناسیم به کار نایکویست^[۷] (۱۹۲۴) بر می­گردد؛ که مسئله حداکثر نرخ داده­ی قابل ارسال روی یک کانال تلگرافی با پهنای باند داده شده را بدون وقوع تداخل بین سمبل­ها بررسی نمود. نایکویست معادله­­ی (۲-۱) را برای سیستم تلگراف پیشنهاد نمود که سیگنال ارسالی آن دارای صورت عمودی زیر است[۲].

که در این معادله  بیانگر شکل پالس و  دنباله داده­ی دودویی  است که با نرخ  بر ثانیه ارسال شده است. نایکویست کار خود را با تعیین شکل پالس بهینه با پهنای باند محدود  هرتز به گونه ­ای آغاز نمود که علاوه بر عدم ایجاد تداخل بین سمبل­ها در لحظات نمونه ­برداری  ،  نرخ بیت نیز حداکثر شود. مطالعات، وی را به این نتیجه، که حداکثر نرخ ارسال  پالس بر ثانیه است رساند، که این نرخ را، نرخ نایکویست می­نامند. دستیابی به این نرخ ارسال با بهره گرفتن از شکل پالس  مقدور است. این شکل پالس امکان بازیابی داده را بدون تداخل بین سمبل­ها در لحظات نمونه­برداری فراهم می­ کند. نتیجه­ کار نایکویست معادل تفسیری از قضیه­ی نمونه­برداری برای سیگنال­های باند محدود است که بعدها توسط شانون^[۸] (۱۹۴۸) مطرح شد. قضیه­ی نمونه برداری چنین بیان می­دارد که سیگنال باند محدود  را می­توان از روی نمونه­های برداشته شده با نرخ نایکویست  نمونه در ثانیه با بهره گرفتن از فرمول درون­یابی زیر بازسازی نمود.

هارتلی^[۹] با الهام از کار نایکویست (۱۹۲۸) مسئله نرخ ارسال مطمئن داده روی یک کانال دارای پهنای باند محدود را با بهره گرفتن از سطوح دامنه­ چندگانه بررسی نمود. هارتلی از این قیاس منطقی که گیرنده با وجود نویز و تداخل می ­تواند دامنه­ سیگنال دریافتی را با دقت معینی مثلا  با اطمینان تخمین بزند استفاده کرد. بررسی­های هارتلی را به این نتیجه رهنمون ساخت که برای ارسال مطمئن اطلاعات روی یک کانال با پهنای باند محدود، وقتی که حداقل دامنه محدود به  (قید توان ثابت) و توان تفکیک دامنه سیگنال دریافتی  باشد، یک حداکثر نرخ ارسال داده وجود دارد [۳]. یک پیشرفت چشمگیر دیگر در توسعه مخابرات دیجیتال، کار وینر^[۱۰] (۱۹۴۲) بود که مسئله تخمین شکل موج یک سیگنال دلخواه را در حضور نویز تجمعی و با مشاهده سیگنال دریافتی بررسی نمود. این مسئله در وامدوله­سازی سیگنال مطرح می­ شود. وینر یک فیلتر خطی را تعیین نمود که خروجی آن بهترین تقریب سیگنال مورد ­نظر از دید متوسط مجذور است. فیلتر حاصله را، فیلتر خطی بهینه (کولموگارف^[۱۱]-وینر) گویند. نتایج هارتلی و نایکویست در مورد حداکثر نرخ ارسال اطلاعات دیجیتال بر کار شانون که به تبیین مبانی ریاضی انتقال اطلاعات و تعیین محدودیت­های پایه­ سیستم­های مخابرات دیجیتال منجر گردید مقدم بود. شانون در کار پیشگامانه­ی خود مسئله اساسی انتقال مطمئن اطلاعات را در یک قالب آماری و با بهره گرفتن از مدل­های احتمالی برای منابع اطلاعات و کانال­های مخابراتی فرمول­بندی نمود. همچنین نشان داد که اثر محدودیت توان فرستنده، محدودیت پهنای باند و نویز تجمعی را می­توان با کانال مرتبط نموده و در یک پارامتر واحد به نام ظرفیت کانال جای داد. به عنوان مثال در مورد یک نویز تجمعی گوسی سفید (طیف صاف)، ظرفیت یک کانال ایده­آل با پهنای باند محدود  برابر است با: