670_Maglitskij_B.N._Otsenka_vlijanija_iskazhenij_i_pomekh_
.pdfБлок анализатора спектра (Spectrum Scope): Simulink – Signal Processing
– Spectrum Scope;
Блок наблюдения «глаз –диаграмм» (Discrete-Time Eye Diagram Scope):
Communications Blockset - Comm Sinks.
ВАЖНО! Формирование спектра модулированного сигнала производится при помощи блока таблицы соответствий, где задаются координаты точек «созвездия» на комплексной плоскости, блока фильтра типа «приподнятый косинус» и блока генератора случайных чисел (в режиме генератора сигнала в формате
NRZ).
Для наблюдения и регистрации сигналов используются блоки анализаторов спектра, блоки наблюдения «глаз-диаграмм» и осциллограф.
2.Проанализируйте процесс формирования сигнала с BPSK:
2.1.Установите следующие параметры блоков формирования созвездия
сигнала:
– в настройках таблицы истинности (n – D Lookup Table) необходимо указать соответствие между вектором входных символов и точками сигнального созвездия. В строке Breakpoints укажите вектор входных символов согласно позиционности созвездия. Для BPSK это: [-1+0*i, 1 + 0*i].
В строке Table data укажите точки созвездия, соответствующие входным символам (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2. – Настройки блока Lookup Table (n – D)
2.2. Установите следующие параметры формирующего фильтра (Raised Cosine Transmit Filter):
–тип фильтра (Filter Type) – корень из приподнятого косинуса (Square Root);
–групповая задержка, определяющая длину ИХ фильтра (Group Delay) – 4;
51
–параметр округления (Roll-off Factor) – 1.0;
–коэффициент повышения частоты дискретизации (Upsampling factor) –
16;
Окно настроек параметров блока Raised Cosine Transmit Filter приведено на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Окно настроек параметров блока
Raised Cosine Transmit Filter
Для исследования процессов формирования сигнала необходимо использовать блоки отображения глаз – диаграмм, блоки анализаторов спектра и осциллограф. Настройки анализаторов спектра Spectrum Scope, Discrete-Time Eye Diagram Scope, Zero – Order Hold приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Параметры блоков Spectrum Scope, Discrete-Time Eye Diagram Scope, Zero – Order Hold
.
Анализатор спектра (Spectrum Scope)
|
Spectrum units |
dBW/Herts |
|
|
|
|
Spectrum type |
Two-Sided ((- |
|
|
Fs|/2…Fs/2)) |
|
Buffer size – размер буфера |
1024 |
|
Buffer input – подтверждение необходимости |
Флажок |
|
буферизации входного сигнала |
|
|
52 |
|
|
Buffer owerlap – перекрытие буфера, число зна- |
128 |
|
|
чений для повторной буферизации |
|
|
|
Window |
Hann |
|
|
Window sampling |
Periodic |
|
|
Number of spectral averages |
16 |
|
|
Axis propereties: |
|
|
|
Inlert sample time from input |
Флажок |
|
|
Frequency display offset (Hz) |
0 |
|
|
Frequency display limits |
Auto |
|
|
Minimum Y-limit |
- 50 |
|
|
Maximum Y-limit |
10 |
|
|
Y-axis label |
Magnitude, dB |
|
|
Display Properties: |
Флажок |
|
|
Show grid |
Флажок |
|
|
Frame number |
Флажок |
|
|
Open Scope at start of Simulation |
Флажок |
|
Блок наблюдения глаз-диаграмм (Discrete-TimeEye Diagram Scope)
|
Samples per Symbol |
8 |
|
Offset (Samples) |
0 |
|
Simbel per trace |
1 |
|
Traces displayed |
400 |
|
New traces per display |
10 |
|
Блок Zero – Order Hold |
|
|
Sample – time (- 1 for inherited) |
1 |
|
Блок (Random Integer Generator): |
|
|
M - ary number |
2 |
|
Initial seed |
0 1 2 3 |
|
Sample time |
По ходу |
|
|
выполнения |
|
|
работы |
|
Output data type |
double |
2.3. Проведите анализ работы Raised Cosine Transmit Filter по времен-
ным диаграммам
2.3.1.Установите следующие параметр блока генератора Random Integer
Generator:
– M - ary number = 2;
– Simple time = 4;
– Output data type – double;
2.3.2.Установите параметры блока Scope (на вкладке General блока):
–Time range = 100;
–Number of axes – 3;
53
2.3.3.Блоки анализаторов спектра и блоки наблюдения сигнальных созвездий и глаз - диаграмм переведите в режим ожидания открытия;
2.3.4.Установите параметры модели: Start = 0.0, Stop = 100;
2.3.5.Запустите модель;
2.3.6.По осциллограммам блока Scope определите правильность соответствие действительной части огибающей модулированного сигнала на выходе формирователя огибающей заданному «созвездию» сигнальных точек Проанализируйте временную диаграмму на выходе формирующего фильтра. Зарисуйте полученные диаграммы в отчет по лабораторной работе.
2.3.7.Повторите измерения при значениях параметра округления (Rolloff Factor) – 0.5 и 0.0;
2.3.8.Закройте окно осциллографа
2.4.Проанализируйте импульсную и частотную характеристики Raised Cosine Transmit Filter
2.4.1.Откройте вкладку Visualize Filter with FVTool в окне параметров блока Raised Cosine Transmit Filter и пронаблюдайте частотную характеристику фильтра
2.4.2.Установите анализируемые параметры фильтра, щелкнув правой кнопкой мыши по изображению частотной характеристики и выберите Analysis Parametrs (рисунок 2.4). Установите значения анализируемых параметров фильтра, показанные на вкладке Analysis Parametrs;
Рисунок 2.4. – Вкладка Analysis Parametrs
2.4.3. Аналогичным образом установите параметры на вкладке
Sampling Frequency (рисунок 2.5);
54
Рисунок 2.5. – Параметры фильтра на вкладке Sampling Frequency
2.4.4.Проанализируйте частотную характеристику фильтра при Roll Off
=1.0, зафиксируйте в отчет
2.4.5.Проанализируйте импульсную характеристику фильтра, зафиксируйте в отчет
2.4.7.Определите ширину полосы пропускания фильтра;
2.4.7.Аналогичным образом получите частотные и импульсные характеристики фильтра при Roll Off = 0.5 и 0.0
2.5.Проведите анализ глаз – диаграмм
2.5.1.Установите значение Roll Off = 1.0;
2.5.2.Запустите модель;
2.5.3.Проанализируйте глаз – диаграммы сигналов на выходе формирователя комплексной огибающей и на выходе фильтра Raised Cosine Transmit Filter
2.5.4.Определите по глаз – диаграммам длительность тактового интервала цифрового сигнала и объясните полученный результат;
2.5.5.Проанализируйте глаз – диаграммы на выходе Raised Cosine Transmit Filter при значениях Roll Off = 0.5 и 0.0
2.5.6.Зарисуйте глаз – диаграммы в отчет по лабораторной работе;
2.5.7.Объясните полученные результаты;
2.5.8.Остановите работу модели;
2.6.Проанализируйте спектры сигналов
2.6.1.Установите блоки наблюдения глаз – диаграмм в режим ожидания открытия, а блоки анализаторов спектра переведите в режим открытия при запуске модели;
2.6.2.Проверьте правильность настройки параметров блоков анализаторов спектра (таблица 2.1);
2.6.3.Установите параметры модели: Start = 0.0, Stop = 10000;
2.6.4.Установите значение Roll-off Factor = 1.0;
55
2.6.5.Запустите модель и проанализируйте спектры сигналов на выходе блока Random Integer Generator, на выходе формирователя комплексной оги-
бающей и на выходе Raised Cosine Transmit Filter
2.6.6.Рассчитайте спектральную эффективность BPSK при заданных параметрах модели;
2.6.7.Объясните полученные результаты;
2.6.8.Получите и проанализируйте спектры сигнала на выходе Raised Cosine Transmit Filter при Roll Off = 0.5 и 0.0
2.6.9.Рассчитайте спектральную эффективность BPSK при Roll Off = 0.5
и0.0;
2.6.10.Объясните полученные результаты;
2.6.11.Закройте модель.
3. Соберите модель для анализа формирования спектра сигнала с QPSK (рисунок 2.6);
|
|
Spectrum |
|
|
|
Zero-Order |
Scope |
Re |
|
|
Hold |
|
|
|
Random |
|
|
Im |
|
Reised Cosine |
|
|
|
|
Integer |
|
|
|
|
Transmit |
|
Complex to |
|
|
Generator |
Filter |
B - FFT |
|
|
Real-ImagRe |
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
Im |
|
|
Lookup |
|
Complex to |
Scope |
|
Table (n-D) |
|
Real-Imag |
|
|
|
|
||
|
Discrete-Time |
|
|
|
|
Eye Diagram |
|
|
|
|
Scope |
Discrete-Time |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eye Diagram |
|
|
|
|
Scope |
|
|
Discrete-Time |
|
|
|
|
Signal Traiectory |
|
|
|
B - FFT |
|
Scope |
Discrete-Time |
|
|
|
|
|
|
|
Zero-Order |
|
Signal Traiectory |
|
|
|
Scope |
|
|
|
Hold |
|
|
|
Spectrum |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Scope |
|
|
|
|
|
Discrete-Time |
|
|
|
|
Scatter Plot |
|
|
|
|
|
Scope |
|
|
Рисунок 2.6. – Схема модели для анализа формирования спектра сигнала с QPSK
В модели используются следующие блоки:
Блок генератора случайных чисел (Random Integer Generator): Communications Blockset - Comm Sources;
Таблица соответствий (Lookup Table (n-D)): Simulink – Lookup Tabels;
Блок фильтра типа «приподнятый косинус» (Raised Cosine Transmit Filter): Communications Blockset - Comm Filters;
56
Блок выделения реальной и мнимой части комплексного числа (Complex to Real – Imag): Simulink – Math Operations;
Блок (Zero-Order Hold): Simulink – Discrete;
Блок анализатора спектра (Spectrum Scope): Simulink – Signal Processing
– Spectrum Scope;
Блок наблюдения «глаз –диаграмм» (Discrete-Time Eye Diagram Scope):
Communications Blockset - Comm Sinks.
Блок наблюдения фазовых переходов (Discrete –Time Signal Traiectory Scope): Communications Blockset - Comm Sinks.
3.1. Установите параметры блока формирователя комплексной огибающей сигнала QPSK (рисунок 2.7);
Рисунок 2.7. – Окно параметров блока Lookup Table (n-D)
Настройки анализаторов спектра Spectrum Scope, Discrete-Time Eye Diagram Scope, Zero – Order Hold и Discrete –Time Signal Traiectory Scope приведе-
ны в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Параметры блоков модели
Анализатор спектра (Spectrum Scope)
|
Spectrum units |
dBW/Herts |
|
|
|
|
|
|
Spectrum type |
Two-Sided ((- |
|
|
|
Fs|/2…Fs/2)) |
|
|
Buffer size – размер буфера |
1024 |
|
|
Buffer input – подтверждение необходимости |
Флажок |
|
|
буферизации входного сигнала |
|
|
|
57 |
|
|
|
Buffer owerlap – перекрытие буфера, число зна- |
128 |
|
|
чений для повторной буферизации |
|
|
|
Window |
Hann |
|
|
Window sampling |
Periodic |
|
|
Number of spectral averages |
16 |
|
|
Axis propereties: |
|
|
|
Inlert sample time from input |
Флажок |
|
|
Frequency display offset (Hz) |
0 |
|
|
Frequency display limits |
Auto |
|
|
Minimum Y-limit |
- 50 |
|
|
Maximum Y-limit |
10 |
|
|
Y-axis label |
Magnitude, dB |
|
|
Display Properties: |
Флажок |
|
|
Show grid |
Флажок |
|
|
Frame number |
Флажок |
|
|
Open Scope at start of Simulation |
Флажок |
|
Блок наблюдения глаз-диаграмм (Discrete-Time Eye Diagram Scope)
Samples per Symbol |
8 |
Offset (Samples) |
0 |
Simbel per trace |
1 |
Traces displayed |
400 |
New traces per display |
10 |
Блок наблюдения сигнального созвездия (Discrete-Time Scatter Plot)
Samples per Symbol |
1 |
Offset |
0 |
Points displayed |
400 |
New Points per display |
10 |
Блок наблюдения фазовых переходов (Discrete –Time Signal Traiectory
Scope)
Samples per symbol |
8 |
Symbols displayed |
400 |
New symbols per display |
10 |
Блок Zero – Order Hold |
|
Sample – time (- 1 for inherited) |
1 |
Блок (Random Integer Generator): |
|
M - ary number |
4 |
Initial seed |
0 1 2 3 |
Sample time |
4 |
Output data type |
double |
|
|
3.2. Установите параметры фильтра, показанные на рисунке 2.8;
58
Рисунок 2.8. – Окно параметров блока фильтра Raised Cosine Transmit Filter
3.3.Установите параметры конфигурации: Start = 0.0; Stop time = 100;
3.4.Запустите модель и проанализируйте работу блока формирователя комплексной огибающей сигнала по временным диаграммам
3.5.Объясните полученный результат;
3.6.Остановите работу модели;
3.7.Установите параметры конфигурации: Start = 0.0; Stop time = 10000;
3.8.Запустите модель и проанализируйте глаз – диаграмму и диаграмму фазовых переходов на выходе формирователя комплексной огибающей
3.9.Проанализируйте глаз – диаграмму и диаграмму фазовых переходов на выходе фильтра
3.10.Проанализируйте глаз – диаграмму и диаграмму фазовых переходов на выходе фильтра при Roll Off = 1.0
3.11.Проанализируйте глаз – диаграмму и диаграмму фазовых переходов на выходе фильтра при Roll Off = 0.0
3.12.Проанализируйте сигнальное созвездие QPSK на выходе фильтра при
Roll Off = 1.0; 0.5 и 0.0
3.13.Объясните полученные результаты;
3.14.Проанализируйте спектр сигнала QPSK на выходе формирователя комплексной огибающей и на выходе фильтра при Rool Off = 1.0
3.15.Проанализируйте спектр сигнала QPSK на выходе фильтра при Rool Off = 0.5 и Rool Off = 0.0
3.16.Рассчитайте спектральную эффективность QPSK при наличии фильтрации сигнала и объясните полученные результаты;
3.17.Остановите работу модели;
3.18.Закройте модель.
59
Содержание отчета по лабораторной работе:
1.Схемы исследуемых моделей;
2.Результаты выполнения работы;
3.Выводы по результатам проведенного анализа.
Контрольные вопросы:
1.Поясните алгоритм формирования сигнала BPSK.
2.Каким образом осуществляется формирование комплексной огибающей модулированного сигнала?
3.Поясните форму глаз – диаграммы сигнала BPSK.
4.Изобразите и поясните частотные характеристики формирующего фильтра при разных значениях параметра округления.
5.Изобразите и поясните характер спектра сигнала при BPSK.
6.Каким образом изменится (не изменится) спектр сигнала BPSK при изменении параметров таблицы соответствия на противоположные по отношению к установленным?
7.Поясните алгоритм формирования сигнала при QPSK.
8.Каким образом изменяется форма глаз – диаграммы при изменении параметра округления формирующего фильтра?
9.Дайте определение спектральной эффективности метода модуляции.
10.Поясните форму частотной характеристики фильтра типа «приподнятый косинус» при разных значениях параметра округления.
11.Сформулируйте теорему Найквиста о минимальной полосе частот канала связи.
2.3 Лабораторная работа №3 «Изучение принципов помехоустойчивого кодирования и скремблирования в ЦСРС»
Цель работы:
1.Изучение принципов помехоустойчивого кодирования в ЦСРС;
2.Исследование помехоустойчивости системы связи с BPSK с предварительным кодированием;
3.Изучение принципа работы скремблера;
4.Оценка эффективности скремблирования.
Подготовка к работе:
1.По указанной литературе изучить принципы помехоустойчивого кодирования в ЦСРС;
2.Изучить принципы блочного и сверточного кодирования;
3.Изучить принцип декодирования по алгоритму Витерби;
60