634_Nosov_V.I._Modelirovanie_sistem_svjazi_v_Matlab_

4 Изучение влияния аддитивного белого Гауссовского шума (AWGN) на помехоустойчивость приёма

4.a В настройках спектрографа уберите флажок «Open Scope at start of simulation» (аналогично п. 3.а)

4.b Задайте величину Eb N0 = 20 дБСравните вектограммы сигнала 8-

PSK до и после воздействия белого шума

4.c Измените установленный уровень шума в канале ( Eb N0 ) на

значение 10дБ и пронаблюдайте его влияние на сигнал. Сравните с предыдущим пунктом

4.d Пронаблюдайте влияние БГШ разного уровня на ФМ сигнал различной позиционности, меняя параметры М и Eb N0 .

5 Построение зависимостей коэффициента ошибок (BER) от отношения Eb N0

5.a Закройте окно модели

5.b В командной строке основного окна программы наберите команду «bertool»; в появившемся окне выберите вкладку «Monte Carlo», и с помощью кнопки Browse укажите программе путь к исследуемой модели (модель находится по адресу “С:\Matlab7\work\labs\Лаб 1\awgn_PSK_BER ”).

5.c Измените значение поля BER variable name на “BER”.

5.d Задайте исследуемый диапазон отношения Eb N0 от 0 до 20 дБ и шаг изменения 4 дБ. Для этого в поле Eb N0 range запишите значения

“0:4:20”.

5.e Откройте модель “С:\Matlab7\work\labs\Лаб1\awgn_PSK_BER” с

помощью основного окна программы.

5.f Запустите анализ нажав кнопку Run на панели Bertool (анализ займет некоторое время). По окончанию анализа зарисуйте полученный график.

5.g Постройте и зарисуйте аналогичные графики для сигналов модулированных 2,4,8,16-PSK. Сделайте вывод о влиянии шума на помехоустойчивость различных видов модуляции.

Содержание отчета

Отчет к лабораторной работе должен содержать:

Вектограммы для 2,4,8-PSK, осциллограммы 2-PSK и 4-PSK; График зависимости полосы частот, занимаемой модулированным

сигналом от позиционности модуляции (М);

Графики зависимости коэффициента ошибок от отношения Eb N0 ;

141

Вывод о влиянии шума на помехоустойчивость различных видов модуляции

Контрольные вопросы

1.Поясните значение терминов, «цифровой сигнал», «скорость передачи данных», «модуляция». Чем скорость модуляции отличается от скорости передачи информации?

2.Где и почему в цифровых системах связи применяют модулированные сигналы? В чём их преимущества перед прямоугольными импульсами?

3.Какие параметры сигнала используются для переноса информации

вмодуляции M-PSK? Поясните значение параметра М.

4.Что такое DPSK модуляция? В чем её отличие от PSK?

5.Смысл когерентного и некогерентного методов приема, недостатки и преимущества каждого метода.

6.Многофазные сигналы M-PSK и их векторное представление.

7.Опираясь на результаты лабораторной работы дайте сравнительную характеристику типам модуляции 2-PSK и 8-PSK.

8.Сколько значений амплитуды и фазы используется для передачи информации в 8-PSK, DPSK, BPSK?

8.2 Лабораторная работа №2 «Исследование многопозиционной квадратурной амплитудно-

фазовой модуляции»

Цель работы

1.1Освоение основных принципов моделирования в среде MATLAB

1.2Знакомство с многопозиционными методами модуляции

1.3Приобретение навыков по исследованию характеристик модулированного сигнала M-QAM

Подготовка к работе

1.4 Изучить принципы моделирования в среде MATLAB (разделы 3.1

– 3.4)

1.5 Изучить принципы многопозиционной квадратурной модуляции (M-QAM) и её характеристики

Описание лабораторной модели

142

Лабораторная модель представленная на рисунке 1 представляет собой совокупность элементов, образующих упрощенную модель системы радиосвязи.

Элементы лабораторной модели:

Генератор псевдослучайной последовательности Бернулли

(Bernoulli binary generator);

Квадратурный амплитудный модулятор (Modulator);

Канал с аддитивным белым Гауссовским шумом (additive white gauss noise channel, AWGN channel);

Квадратурный амплитудный демодулятор (Demodulator);

Счетчик ошибок (блок Error rate Calculation);

Осциллограф (Scope);

Спектроскоп (Spectrum scope); Вектограф (Scatter Plot);

Дисплеи для отображения параметров модели ( Eb N0 , M, Speed,

Carrier);

Блок задержки нулевого порядка (Zero order hold).

Рисунок 8.2 – Лабораторная модель

143

Принцип работы лабораторной модели:

Цифровой сигнал в коде NRZ , генерируемый блоком Bernoulli binary generator поступает на вход фазового модулятора со скоростью 0,1 Мбод/с. Там он модулирует несущую частоту 200 КГц согласно принципам М- позиционной квадратурной амплитудной модуляции. Модулированный сигнал поступает в канал, где на него накладывается аддитивный белый гауссовский шум (AWGN). Уровень шума в канале регулируется параметром Eb N0 . После прохождения канала AWGN сигнал подается на вход QAM

демодулятора, где происходит обратное преобразование из аналогового сигнала в цифровой; после чего производится подсчет ошибок приема. Количество ошибок определяется путем сравнения двух цифровых сигналов: исходного и прошедшего через канал связи. Цель этой процедуры – определить степень мешающего влияния белого шума на помехоустойчивость приёма. Информация о количестве неверно принятых бит, общем числе переданных бит и коэффициенте ошибок по битам (Bit error rate – BER) обрабатывается блоком подсчета ошибок и отображается на дисплее.

Четыре других дисплея, размещенных в левой нижней части экрана, отображают текущее состояние настроек модели:

Eb N0 – отношение сигнал/шум в канале;

М – позиционность модуляции;

Speed – скорость символов генератора; Carrier – несущая частота.

Для наблюдения за сигналом в различных точках модели используются блоки графического отображения: осциллограф Scope, спектроскоп Spectrum Scope и вектографы Scatter plote scope 1 и 2.

Основные сведения для работы с моделью

Запуск и остановка работы модели осуществляется кнопками Start

simulation и Stop simulation , расположенными на рабочей панели

Simulink.

Изменение позиционности модуляции производится из командной строки основного окна программы. Например, чтобы установить кратность модуляции равной 16 в командной строке главного окна программы нужно ввести М = 16. Аналогично изменяется и отношение сигнал/шум в канале с AWGN (имя параметра – « Eb N0 »).

Просмотр осциллограмм осуществляется двойным щелчком на иконке осциллографа после остановки симуляции. В окне просмотра осциллограмм доступны функции изменения масштаба:

144

o увеличение масштаба по оси X – кнопка Zoom X axis ; o увеличение масштаба по оси Y – кнопка Zoom Y axis ;

oуменьшение масштаба – команды Zoom Out или Autoscale контекстного меню (вызывается правой кнопкой мыши).

Окна вектограмм появляются на экране автоматически после запуска модели.

Окно спектрограммы появляется при установленном флажке Open scope at start of simulation на вкладке Display properties настроек спектрографа.

Начало работы

Введение В начале работы следует запустить основное окно программы MATLAB 7, щелкнув на ярлыке MATLAB 7 из каталога “C:\MATLAB7”. Затем необходимо открыть файл “awgn_PSK”, пользуясь либо проводником в левой части экрана либо меню File Open. Файл находится в каталоге «C:\MATLAB7\work\Lab2 – M-QAM».

Порядок выполнения работы

1Изучить структурную схему модели, пояснить назначение элементов схемы. Ознакомится с основными сведениями по работе с моделью.

2Изучение характеристик различных видов модуляции.

2.a Пронаблюдать вектограммы для различных видов модуляции: 16- QAM, 32-QAM, 64-QAM и 128-QAM. Зарисовать вектограмму для QAM-16.

2.b Определить сдвиг фазы (в градусах) между двумя произвольными точками на вектограмме.

2.c Пронаблюдать осциллограммы для 16, 32 и 64-QAM. Для этого после остановки модели дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на блоке Scope. Зарисовать осциллограмму для 16-QAM.

3 Изучение влияния кратности модуляции на занимаемую полосу частот

3.a Откройте панель настройки блока Spectrum Scope из появившегося окна. На вкладке Display Properties поставьте флажок напротив пункта «Open scope at start of simulation» - теперь, при запуске модели на экране будет отображаться спектрограмма.

3.b Пронаблюдайте спектрограмму для модуляции 16-QAM. После запуска модели следует закрыть окна вектограмм для ускорения процесса симуляции. Зарисуйте огибающую спектра.

3.c По спектрограмме определите полосу частот (ширину главного лепестка спектра), требуемую для передачи информации со скоростью 105 бит/с, запишите результат.

145

3.d То же проделайте для других видов модуляции (32, 64, 128-QAM). 3.e Постройте график зависимости полосы частот, занимаемой

модулированным сигналом от позиционности модуляции (М).

4 Изучение влияния аддитивного белого Гауссовского шума (AWGN) на помехоустойчивость приёма.

4.a В настройках спектрографа уберите флажок «Open Scope at start of simulation» (аналогично п. 3.а)

4.b Задайте величину Eb N0 = 20 дБ. Сравните вектограммы сигнала

16-QAM до и после воздействия белого шума.

4.c Измените установленный уровень шума в канале ( Eb N0 ) на

значение 10дБ и пронаблюдайте его влияние на сигнал. Сравните с предыдущим пунктом

4.d Пронаблюдайте влияние БГШ разного уровня на QAM сигнал различной позиционности, меняя параметры М и Eb N0 .

4.e Сделайте вывод о взаимосвязи вероятности ошибки и позиционности модуляции при одинаковом соотношении Eb N0 .

5 Построение зависимостей коэффициента ошибок (BER) от отношения Eb N0

5.a Закройте окно модели

5.b В командной строке основного окна программы наберите команду «bertool»; в появившемся окне выберите вкладку «Monte Carlo», и с помощью кнопки Browse укажите программе путь к исследуемой модели (модель находится по адресу “С:\Matlab7\work\labs\Лаб1\ awgn_QAM_BER”).

5.c Измените значение поля BER variable name на “BER”.

5.d Задайте исследуемый диапазон отношения Eb/N0 от 0 до 20 дБ и шаг изменения 4 дБ. Для этого в поле Eb/N0 range запишите значения

“0:4:20”.

5.e Откройте модель “С:\Matlab7\work\labs\Лаб1\awgn_QAM_BER” с

помощью основного окна программы.

5.f Запустите анализ нажав кнопку Run на панели Bertool (анализ займет некоторое время). По окончанию анализа зарисуйте полученный график.

5.g Постройте и зарисуйте аналогичные графики для сигналов модулированных 16,32,64,128-QAM. Сделайте вывод о влиянии шума на помехоустойчивость различных видов модуляции.

146

Содержание отчета

Вектограмма и осциллограмма для 16-QAM

График зависимости полосы частот, занимаемой модулированным сигналом от позиционности модуляции (М)

Графики зависимости коэффициента ошибок от отношения Eb N0

Выводы

Контрольные вопросы

1.Какие существуют критерии критерий качества приема для цифровых систем радиосвязи? Поясните их физический смысл.

2.Квадратурная амплитудная модуляция QAM.

3.Принцип формирования сигнала в коде Грея.

4.Поясните схему лабораторной модели, и преобразования сигнала происходящие на каждом этапе.

5.Сколько значений амплитуды и фазы используется для передачи информации в 16-QAM, 32-QAM?

6.В чем отличие симвльной ошибки и битовой ошибки?

8.3 Лабораторная работа №3 «Исследование влияния условий распространения сигнала на

помехоустойчивость приема »

Цель работы

Целью работы является исследование влияния замираний на помехоустойчивость приема при использовании фазовой и квадратурной амплитудной модуляции в стационарных и подвижных системах связи.

Подготовка к работе

В ходе подготовки к лабораторной работе необходимо изучить основные сведения о замираниях сигнала в цифровой радиосвязи (раздел 1.11). Также необходимо изучить сведения, для подготовки к лабораторным работам №1 и №2.

Описание лабораторной модели

147

Рисунок 8.3 Лабораторная модель

В лабораторной работе используются модели имитирующие канал радиосвязи с двумя типами мешающих влияний: белый гауссовский шум и замирания Райса.

Элементы модели:

Генератор псевдослучайной последовательности Бернулли

(Bernulli binary generator);

Модулятор (Modulator);

Канал с аддитивным белым Гауссовским шумом (Additive white Gaussian noise channel, AWGN channel);

Канал с замираниями Райса (Rician Fadings Channel);

Демодулятор (Demodulator);

Счетчик ошибок (Error Rate Calculation);

Осциллограф (Scope);

Спектроскоп (Spectrum scope);

Вектограф (Discrete-Time Scatter Plot Scope);

Дисплеи для отображения параметров модели ( Eb N0 , M, Speed,

Kfactor).

Принцип работы

Цифровой сигнал в коде NRZ , генерируемый блоком Bernoulli binary generator поступает на вход фазового модулятора со скоростью 0,1 Мбод/с.

148

Там он модулирует несущую частоту 200 КГц согласно принципам М-PSK или M-QAM. Модулированный сигнал поступает в канал, где подвергается воздействию мешающих влияний: белого шума (AWGN) и замираний Райса (Rician Fading Channel). Уровень шума в канале регулируется параметром Eb N0 . После прохождения канала AWGN сигнал подается на вход

демодулятора, где происходит обратное преобразование из аналогового сигнала в цифровой; после чего производится подсчет ошибок приема. Количество ошибок определяется путем сравнения двух цифровых сигналов: исходного и прошедшего через канал связи. Цель этой процедуры – определить степень мешающего влияния белого шума на помехоустойчивость приёма. Информация о количестве неверно принятых бит, общем числе переданных бит и коэффициенте ошибок по битам (Bit error rate – BER) обрабатывается блоком подсчета ошибок и отображается на дисплее.

Четыре дисплея в левой нижней части экрана отображают текущее состояние настроек модели:

Eb N0 – отношение сигнал/шум в канале;

М – позиционность модуляции;

Speed – скорость символов генератора;

Kfactor – коэффициент К, характеризующий величину замираний.

В лабораторной работе будет рассмотрено влияние замираний на помехоустойчивость при использовании модуляции M-QAM и M-PSK

Начало работы

В начале работы следует запустить программу MATLAB 7 из каталога “C:\MATLAB7”. Затем необходимо запустить файл “fade_PSK”, пользуясь либо проводником в левой части экрана либо меню File Open. Файл расположен в катологе «C:\MATLAB7\work\Lab3 – fading\fade_PSK».

Основные сведения для работы с моделью

Запуск и остановка модели осуществляется кнопками Start

simulation и Stop simulation , расположенными на рабочей панели

Simulink.

Изменение позиционности модуляции производится из командной строки главного окна программы. Например, чтобы сделать кратность модуляции равной 8 в командной строке главного окна программы нужно ввести М = 8.

Для изменения параметра К для замираний Райса на некоторое

149

значение n в командной строке следует ввести Kfactor = n

Окна для просмотра вектограмм и спектрограмм появляются на экране автоматически после начала симуляции.

Порядок выполнения работы

1 Изучить структурную схему модели, пояснить назначение элементов схемы. Ознакомится с основными сведениями по работе с моделью.

2 Изучение влияния замираний разной степени на модулированный сигнал в неподвижной системе связи.

2.a Для сигнала 2-PSK экспериментально определить количество ошибок и коэффициент BER при передаче 5 105 бит информации по имеющейся системе связи при различном уровне воздействия замираний: К = 5, К = 10, К = 20. Сравнить вектограммы сигнала до и после воздействия замираний. Результаты занести в таблицу 1.

2.b Проделать то же самое для сигнала модулированного 8-PSK. Закрыть модель fade_PSK.

2.c Запустить модель fade_QAM из каталога work директории MATLAB701 и выполнить задание п. 2.а применительно к сигналам модулированным 16-QAM и 64-QAM. Закрыть модель fade_QAM.

3 Изучение влияния замираний разной степени на помехоустойчивость подвижной системы связи

3.a Проделать задание из пп. 2.а – 2.с для двух величин Доплеровского сдвига 5 Гц и 50 Гц. Все результаты занести в таблицу.

3.b Сделать вывод о влиянии изменения скорости взаимного движения передатчика и приемника на помехоустойчивость при использовании различных методов модуляции.

4 Построение зависимостей коэффициента ошибок (BER) от отношения Eb/No

4.a Построить и зарисовать графики зависимости коэффициента BER от отношения Eb N0 на интервале 0 – 20 дБ с шагом 4 дБ для сигналов 4-PSK, 8-PSK и 16-QAM при значении К=10. Доплеровский сдвиг принять равным 5 Гц.

4.b Сделать вывод о степени воздействия замираний на сигналы модулированные методами М-PSK и M-QAM.

150