Моделирование передающей части цифровой системы связи

Цель работы: изучение принципов формирования сигнала в системах цифровой связи.

Задачи работы: описание теоретической модели исследуемой системы передачи данных; создание модели передающего устройства цифровой сис­темы связи в Simulink; моделирование работы системы при различных на­чальных условиях; измерение основных параметров работы передающей сис­темы.

Исходные данные для работы приведены в таблице 2.1. Вариант выби­рается согласно последней цифре зачетной книжки или назначается препода­вателем.

Таблица 2.1 Исходные данные

Вариант	Вид манипуляции	Позиционность созвездия	Кратность созвездия
	BPSK
	QPSK
	8PSK
	16PSK
	32PSK
	16QAM
	32QAM
	64QAM
	128QAM
	256QAM

Для выполнения задания необходимо использовать следующие блоки:

Random Integer Generator – генератор случайных целых чисел;

1-D Lookup Table – таблица соответствий (истинности);

Raised Cosine Transmit Filter – формирующий фильтр с характеристикой корень из приподнятого косинуса;

Gain – усилитель сигнала;

Complex to Real-Imag – блок выделения реальной и мнимой части ком­плексного сигнала;

Scope – осциллограф;

Discrete-Time Eye Diagram Scope – блок отображения глазковой диа­граммы сигнала;

Discrete-Time Signal Trajectory Scope – блок отображения траектории вектора комплексной огибающей сигнала на плоскости;

Discrete-Time Scatter Plot Scope – блок отображения диаграммы рассея­ния сигнала;

Subsystem – подсистема, позволяет оформить часть модели в виде от­дельного блока;

Spectrum Scope – анализатор спектра сигнала.

Из указанных блоков необходимо собрать модель, показанную на ри­сунке 2.1. Modulator – подсистема формирователя сигнала цифрового пере­датчика (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Общий вид модели передающей системы

В настройках генератора случайных чисел необходимо задать позици­онность созвездия (M-ary number) согласно варианту и частоту дискретизации (Sample Time) 1/9600, что соответствует символьной скорости передачи дан­ных 9600 бод/сек. В настройках анализатора спектра (Spectrum Scope) необ­ходимо выставить размер окна БПФ 1024 и включить буферизацию входного сигнала с размером буфера 1024 отсчета. Входными сигналами осциллографа являются сигнал данных и составляющие выходного комплексного сигнала передатчика, которые выделяются при помощи блока Complex to Real-Imag.

На рисунке 2.2 показана модель формирователя сигнала. В настройках таблицы истинности (1-D Lookup Table) необходимо указать соответствие между вектором входных символов и точками сигнального созвездия. В стро­ке Breakpoints укажите вектор входных символов согласно позиционности со­звездия, например, для QAM16: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ]. В стро­ке Table Data укажите точки созвездия, соответствующие входным символам, для QAM16 это: [ -3+3*i -3+1*i -3-3*i -3-1*i -1+3*i -1+1*i -1-3*i -1-1*i +3+3*i +3+1*i +3-3*i +3-1*i +1+3*i +1+1*i +1-3*i +1-1*i ]. Для манипуляций высоко­го порядка необходимо использовать методы автоматической генерации век­торов в MATLAB, например [ 0: 1: 255 ] и т. п.

Рисунок 2.2 – Формирователь сигнала

Ограничение спектра сигнала выполняется при помощи формирующего фильтра с характеристикой корень из приподнятого косинуса (рис. 2.3) со следующими настройками: тип фильтра (Filter Type) – корень из приподнято­го косинуса (Square Root); групповая задержка, определяющая длину ИХ фильтра, (Group Delay) – 5 символов; коэффициент скругления (Rolloff Factor) – 0.8; коэффициент повышения частоты дискретизации (Upsampling factor) – 8; характер обработки сигнала (Input Processing) – sample based.

Комплексный сигнал с выхода формирующего фильтра поступает на усилитель, в котором выполняется его нормировка. Коэффициент передачи усилителя равен 1/ K, где

где N – позиционность созвездия.

Для исследования процессов формирования сигнала необходимо ис­пользовать блоки отображения глазковых диаграмм, блоки отображения тра­ектории вектора комплексной огибающей и блоки отображения диаграммы рассеяния (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Блоки отображения информации о сигналах

На рисунке 2.5 показан пример работы анализатора спектра.

При помощи трехканального осциллографа имеется возможность со­поставить сигнал данных и компоненты сигнала комплексной огибающей (рис. 2.6).

Рисунок 2.5 – Спектр формируемого сигнала

Рисунок 2.6 – Осциллограммы шины данных и комплексной огибающей сформированного сигнала

Порядок выполнения работы:

1) Согласно приведенным выше рисункам, создайте модель передатчи­ка в Simulink, убедитесь в ее работоспособности.

2) Установите коэффициент скругления формирующего фильтра рав­ным 0 и запустите модель. Сохраните для отчета все графики, полученные в ходе моделирования. Произведите оценку ширины спектра сигнала, крутизны скатов, уровня первого бокового лепестка и занесите эти данные в таблицу. При помощи осциллографа оцените амплитуду квадратурных составляющих для внешних точек сигнального созвездия (точек с максимальной амплиту­дой) и для внутренних (точек с минимальной амплитудой). Занесите полу­ченные данные в таблицу, найдите отношение максимального значения к ми­нимальному.

3) Повторите задание пункта 2 для коэффициентов скругления фильтра 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 и 1.

4) По результатам выполнения моделирования составьте отчет, который должен содержать: цели и задачи работы, вид модели в Simulink, графики, полученные при выполнении пунктов 2 и 3, выводы по результатам модели­рования.

…