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.
…