670_Maglitskij_B.N._Otsenka_vlijanija_iskazhenij_i_pomekh_

4.Изучить принцип работы скремблера

5.Подготовить ответы на контрольные вопросы;

Выполнение работы

1 Постройте модель системы связи с BPSK и АБГШ – каналом (блоки Bernoulli Binary Generator, BPSK Modulator/Demodulator, AWGN Channel, Error Rate Calculation, Display, Discrete – Time Scatter Plot Scope, Discrete – Time Eye Diagram Scope) (рисунок 3.1);

	Bernoulli	BPSK		BPSK	Tx
						Error Rate
	Binary	Modulator	AWGN	Demodulator
					Rx	Calculation 1
	Bernoulli
	Generator	Baseband 1		Baseband 1
	Binary

			AWGN
			Channel
					0.000
	Convolutional	BPSK		BPSK	Viterbi
		Modulator	AWGN	Demodulator
	Encoder				Decoder
		Baseband 2		Baseband 2
					Display 1
			AWGN
			Channel
				Tx	00..000000
					Error Rate
				Rx	Calculation 2
		Discrete-		Discrete-
				Time Scatter	Display 2
		Time Scatter
				Plot Scope 2
		Plot Scope 1
		Discrete-Time		Discrete-Time
		Eye Diagram		Eye Diagram
		Scope 1		Scope 2

Рисунок 3.1. – Схема лабораторной модели

В лабораторной модели используется блок сверточного кодера Convolutional Encoder из библиотеки Commnications Blockset – Error Detection fnd Correction – Convolutional, а также блок декодера Viterbi Decoder. Используя дан-

ные таблицы 3.1, настройте параметры блоков модели;

Таблица 3.1. – Параметры блоков модели

Bernoulli Binary Generator
(Имитатор ЦС – генератор случайного сигнала в формате NRZ)
Initial seed- номер ПСП		61
Simple time – период двоичных символов		1.0
Frame based outputs		Флажок
61

Samples per frame		10
Output data type			double
Модулятор BPSK (BPSK Modulator Baseband)
Main:
Phase offset (rad)		0
Data Types			doudle
Демодулятор BPSK (BPSK Demodulator Baseband)
Main:
Phase offset (rad)		0
Decesion type			Hard decision
Data Types
Output:			double
Mode:
Derotate factor			Same word length as in-
			put
Счетчик ошибок №1 (Error Rate Calculation)
Receive delay		34
Computation mode			Entire frame
Output data			Port
Stop Simulation		1000
Maximum number of Symbols			2 х 107
Регистратор ошибок (Display)
Режим			Short-e
Счетчик ошибок №2 (Error Rate Calculation)
Receive delay		0
Computation mode			Entire frame
Output data			Port
Stop Simulation		1000
Maximum number of Symbols			2 х 107
Регистратор ошибок (Display)
Режим			Short-e
Decimation		1
Имитатор канала с Гауссовским шумом ( AWGN Channel)
Initial seed		61
Mode:			Signal to noise ratio
			(Eb/N0)
(Eb/N0) (dB)			По ходу выполнения
			работы
	62

	Number of bits per Symbol	1
	Input signal power. Referenced to 1 Ohm (Watts)	1

Блок наблюдения глаз-диаграмм Discrete-Time Eye Diagram Scope

Samples per symbol	4
Offset (Samples)	0
Symbol per trace	1
Traces per trace	400
New traces per displayed	10

Блок наблюдения сигнального созвездия Discrete-Time Scatter Plot Scope

Samples per symbol	1
Offset (samples)	0
Points displayed	400
New points per display	10
Параметры модели (Simulation)
Start time	0.0
Stop limit	1000.0
Type	Variable-step

В блоке Convolutional Encoder сохраните настройки, установленные по умолчанию: решетка кода (Trellis structure) poly2trellis (7, [171 133], режим работы Continuos (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Настройки блока Convolutional Encoder

В блоке Viterbi Decoder задайте жесткие решения (Hard decision) для параметра Decision type.

ВАЖНО! В блоке оценки коэффициента ошибок задайте задержку приема (Receive delay) равной глубине просмотра (Traceback depth), установленной в декодере Витерби и увеличьте максимальное число обрабатываемых символов Maximum number of symbols) до 2e7 (рисунок 3.3)

63

Рисунок 3.3. – Параметры блока Error Rate Calculation

2.Оценка сигнальных созвездий и глаз-диаграмм в контрольных точках модели

2.2.Установите значение Eb/N0 = 4 дБ в блоке AWGN Channel;

2.3.Запустите модель;

2.4.Зафиксируйте значение коэффициента ошибок и объясните полученный результат;

2.5.Повторите измерения при Eb/N0 = 3.5 дБ;

2.6.Объясните полученные результаты и зарисуйте глаз – диаграммы созвездия в отчет по лабораторной работе;

2.7.Снимите зависимости коэффициента ошибок в каналах без кодирова-

ния и с кодированием от отношения Eb/N0 , изменяя последнее в диапазоне

3.0…4.3 дБ с шагом 0.2 дБ;

3.Сравнительный анализ энергетической эффективности ВPSK при отсутствии и наличии кодирования и для случая блочного кодирования

3.1.Запустить программу MATLAB;

3.2.В командном окне набрать команду >> BERTool

3.3.Используем закладку Theoretical. В ее полях выбираем нужные параметры расчета (рисунок 3.4);

64

Рисунок 3.4. – Окно Bit Rate Analysis Tool

3.4. Выполните команду Plot, которая рисует график зависимости коэффициента ошибок от отношения сигнал/шум. На графике для каждой зависимости отображается легенда с именем графика (рисунок 3.5);

Рисунок 3.5. – Результат вычислений

65

3.5. Зарисовать полученные кривые в отчет по работе;
3.6. Объясните полученные результаты;
3.7. Закройте все окна и исследуемую модель.
4. Создайте модель для оценки эффективности скремблирования (рису-
нок 3.6)
			M-FSK		M-FSK
			Modulator	Demodulator
			Baseband	Baseband
Bernoulli	Scrambler		QPSK		QPSK	Decrambler
Binary
Bernoulli	Scrambler	Manual				Decrambler
Binary		Switch
					Complex to
Generator
					Real Image
			Zero-Order	Zero-Order
			Hold	Hold	Im Re
			FFT	FFT
		Scope	Spectrum	Spectrum		Scope 2
			Scope 1	Scope
						Scope 1

Discrete-Time

Scatter Plot

Scope

Рисунок 3.6. – Модель для анализа скремблирования

Модель содержит следующие блоки:

Иммитатор цифрового сигнала (блок генератора Bernoulli Binary Genera-

tor);

Блок скремблера (Scrambler);

Блок модулятора QPSK (M-FSK Modulator Baseband); Блок демодулятора QPSK (M-FSK Demodulator Baseband);

Блок дескремблера (Decrambler);

Блоки анализаторов спектра (Spectrum Scope); Блоки осциллографов (Scope);

Блок для наблюдения сигнальных созвездий (Discrete-Time Scatter Plot Scope);

Блок преобразования вектор – скаляр (Complex to Real Image);

66

Управляемый переключатель (Manual Switch).

4.1. Установить требуемые параметры блоков модели (таблица 3.2);

Таблица 3.2. – Параметры блоков модели

Генератор импульсов Bernoulli Binary Generator

	Initial seed		61
	Sample time		4
	Output data type		double
		Скремблер Scrambler
	Calculation buse		4
	Scramble polynomial		(11101)
	Initial states		(0 1 2 3)
		Дескремблер Decrambler
	Calculation buse		4
	Scramble polynomial		(11101)
	Initial states		(0 1 2 3)
	Модулятор M-PSK Modulator Baseband
	M-ary number		4
	Phase offset (rad)		pi
	Constellation ornung		Binary
	Input type		Integer
	Демодулятор M-PSK Demodulator Baseband
	M-ary number		4
	Phase offset (rad)		pi
	Constellation ornung		Binary
	Input type		Integer
	Векторограф Discrete-Nime Scatter Plot Scope
	Samples per symbol		1
	Offset (samples)		pi/8
	Points Displayed		40
	New points per display		10
	Rendering Properties:
	Markers		.
	Line Color		B
	Color fading		Флажок
	Higt quality rendering		Флажок
	Show grid		Флажок
		Блок Zero-Order Hold
	Sample time		1
		67

Блок Complex to Real-Imag

Output	Real and Imag
Sample time (-1 for inherited)	-1
Спектрограф Spectrum Scope
Spectrum units	dBW/Herts
Spectrum type	Two-sided ((-Fs/2….Fs/2))
Buffer Input	Флажок
Buffer size	1024
Buffer overlap	0
Window	Hann
Window samples	Semmetric
Number spectral averages	16
Display Properties:
Schow grid	Флажок
Frame Number	Флажок
Open scope at start Simulation	Флажок
Axes Properties:
Inherit sample time from input	Флажок
Freqyency display offset (Hz)	0
Freqyency display limits	Auto
Y-axis label	Magnitude Squared, dB

4.2.Проведите анализ работы модели во временной области, установив параметры моделирования (Start = 0.0, Stop = 100.0);

4.3.Запустить модель;

4.4.Пронаблюдайте и зарисуйте осциллограммы сигналов на выходе генератора импульсов цифрового сигнала и на выходе скремблера при различных вероятностях нуля: р(0) = 0.1, р(0) = 0.5, р(0) = 0.9

4.5.Объясните полученные результаты;

4.6.Используя переключатель Manual Switch пронаблюдайте и зарисуйте осциллограммы сигналов на выходе модулятора QPSK при отсутствии скремблирования для вероятностей р(0) = 0.1, р(0) = 0.9

4.7.Зарисовать и объяснить форму осциллограмм;

4.8.Используя переключатель Manual Switch пронаблюдать и зарисовать осциллограммы сигналов на выходе модулятора QPSK при наличии скрембли-

рования для вероятностей р(0) = 0.1, 0.5, 0.9

4.9.Объясните полученные результаты. Зарисуйте осциллограммы в отчет по работе;

4.10.Откройте окно параметров блока QPSK. Установите параметры блока BPSK, как показано на рисунке 3.7

68

Рисунок 3.7. – Окно параметров блока QPSK

4.11. Откройте вкладку View Constellation и проанализируйте соответствие данных таблицы 3.3 сигнальному созвездию QPSK (рисунок 3.8);

Рисунок 3.8. – Сигнальное созвездие QPSK

Таблица 3.3. – Код манипуляции QPSK

Комбинации	Сигнал в канале Re	Сигнал в канале Im
Бит
00	1	0
01	0	1
10	-1	0
11	0	-1
	69

4.12.Пронаблюдайте сигнальное созвездие при р(0) = 0.0 при отсутствии скремблирования

4.13.Объясните полученный результат;

4.14.Пронаблюдайте «созвездие» сигнальных точек на выходе модулятора QPSK при значениях р(0) = 0.0

4.15.Объясните полученный результат и зарисуйте созвездия в отчет по

работе

4.16.Установите параметры моделирования Start = 00 и Stop = 10 000;

4.17.Пронаблюдайте спектр модулированного сигнала на выходе генератора и на выходе модулятора при наличии скремблирования для р(0) = 0.5

4.18.Пронаблюдайте спектр модулированного сигнала на выходе генератора и на выходе модулятора при отсутствии скремблирования для р(0) = 0.0

4.19.Объясните полученный результат;

4.20.Пронаблюдайте спектр модулированного сигнала на выходе модулятора при наличии скремблирования для р(0) = 0.0

4.21.Объясните полученный результат;

4.22.Остановите работу модели;

4.23.Добавьте в схему модели блок Spectrum Scope для анализа спектра сигнала на выходе скремблера. Запустите модель и пронаблюдайте спектр сигнала на выходе скремблера при р(0) = 0.0

4.24.Сравните полученный спектр с результатом измерения по пункту 4.22

иобъясните полученный результат;

4.25.Определите уровни основных и боковых лепестков спектрограмм для случаев отсутствия и наличия скремблирования;

4.26.Для р(0) = 0.2 убедитесь в правильной работе скремблера и дескремблера по осциллограммам блока Scope

4.27.Остановите работу модели.

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Схемы лабораторных моделей;

2.Результаты моделирования;

3.Выводы по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1.Поясните, какими причинами обусловлена необходимость скремблирования в цифровых системах радиосвязи.

2.Изобразите и поясните характер спектра на выходе модулятора QPSK для случаев р(0) = 0.0 и р(0) = 0.5 при отсутствии скремблирования.

3.Изобразите и поясните характер спектра на выходе модулятора QPSK для случаев р(0) = 0.0 и р(0) = 0.5 при наличии скремблирования.

4.Поясните принцип работы скремблера.

5.Поясните принцип работы дескремблера.

70