670_Maglitskij_B.N._Otsenka_vlijanija_iskazhenij_i_pomekh_

В модели используются следующие блоки:

Bernoulli Binary Generator (генератор последовательности импульсов в формате NRZ – имитатор цифрового сигнала): Communications Blockset - Comm Sources;

M-FSK Modulator Baseband (частотный модулятор в основной полосе частот): Communications Blockset – Modulation-PM;

M-FSK Demodulator Baseband (частотный демодулятор в основной по-

лосе частот: Communications Blockset – Modulation - PM;

AWGN Channel (канал с аддитивным белым гауссовым шумом): Communications Blockset - Channels;

Multipath Rayleigh Fading Channel (канал с замираниями Рэлея): Communications Blockset - Channels;

Error Rate Calculation (счетчик ошибок): Communications Blockset – Comm Sinks;

Display: Simulink – Sinks;

Spectrum Scope (Блок анализаторов спектра): Simulink – Signal Processing – Spectrum Scope;

Manual Switch (управляемый переключатель): Simulink - Signal Routings;

Matrix Concatenate: Communications Blockset – Math Operation;

Регулируемые параметры блоков модели Bernoulli Binary Generator, AWGN Channel, Rayleigh Fading Channel соответствуют пунктам 1.3.1 и 1.32 лабораторной работы № 7 настоящего пособия.

2.2. Установите начальные параметры блоков модели (таблица 8.1)

Таблица 8.1. – Параметры блоков модели

Блок Bernoulli Binary Generator

Sample Time		По ходу работы
Frame-based outputs		Флажок
Samples per frame		По ходу работы
Output data type		double
Блок 2 – FSK Modulator Baseband
M-ary number		2
Input type		Integer
Symbol set ordering		Binary
Frequency separation (Hz)		По ходу работы
Phase continuity		Continuous
Samples per Symbol		17
Output data type		double
Блок 2-FSK Demodulator Baseband
M-ary number		2
	111

	Output type	Integer
	Symbol set ordering	Binary
	Frequency separation (Hz)	По ходу работы
	Samples per Symbol	17
	Output data type	double
	Блок AWGN Channel
	Mode	Signal to noise ratio
		(Eb/N0)
	Eb/N0	По ходу работы
	Number bits per symbol	1
	Input Signal power…	1
	Symbol period	По ходу работы
	Блок Multipath Rayleigh Fading Channel
	Maximum Doppler shift (Hz)	По ходу работы
	Doppler spectrum type	Jakes
	Discrete path delay vector	По ходу работы
	Average path gain vector (dB)	По ходу работы
	Normalise gain vector to 0 dB overall gain	Флажок
	Блок Discrete-Time Scatter Plot Scope
	Samples per symbol	4
	Offset (samples)	0
	Points displayded	400
	New points per display	10
	Блок Discrete-Time Eye Diagram Scope
	Samples per symbol	4
	Offset (samples)	0
	Symbol per trace	1
	Traces displayed	400
	New points per display	10
	Блоки Spectrum Scope
	Spectrum units	dbW/Hertz
	Spectrum type	Two-sided ((-Fs/2…Fs/2))
	Buffer size	1024
	Buffer input	Флажок
	Buffer overlap	64
	Window	Hann
	Number of spectral averages	30
	Блок Error Rate Calculation
	Receive delay	0
	112

Computation delay		0
Computation mode		Entre frame
Output data		Port
Параметры модели
Start		0.0
Stop		inf

2.3. Установите блок Multipath Rayleigh Fading Channel в режим ожидания при запуске модели 2.3.1. Установите следующие параметры модели:

Блок Bernoulli Binary Generator : Sample time = 1/1000 Samples per frame = 1

Блок 2 - FSK Modulator Baseband: Frequency separation (Hz) = 6000

Блок AWGN Channel:

Symbol period – 1/1000

Блок 2-FSK Demodulator Baseband: Frequency separation (Hz) = 6000

2.3.2.Установите режим работы модели без замираний при помощи управляе-

мого ключа Manual Switch

2.3.3.Запустите модель и пронаблюдайте спектр белого шума при значении Eb/N0 = 6 дБ и спектр сигнала BFSK

2.3.4.Проведите оценку помехоустойчивости системы с BFSK в канале с

AWGN при отсутствии замираний, изменяя отношение Eb/N0 в пределах от 2 до 12 дБ с шагом 2 дБ;

2.3.5.Зафиксируйте полученные результаты в отчет по работе

2.3.6.Наберите в командной строке MATLAB команду BerTool и получите теоретическую зависимость коэффициента ошибок от отношения сигнал/шум.

2.3.7.Сравните полученный результат с результатами измерений и сформулируйте выводы. Остановите работу модели

2.4. Установите блок Multipath Rayleigh Fading Channel в режим открытия при запуске модели

2.4.1.Переведите модель в режим работы с замираниями

2.4.2.Установите значение Eb/N0 в канале с AWGN, равное 100 дБ

2.4.3.Установите режим «плоских замираний» в канале Multipath Rayleigh Fading Channel, для чего установите следующие параметры:

113

Discrete path delay vector – [0 0]

Average path gain vector – [0 0]

2.4.5.Для значений доплеровского сдвига частоты 10 и 100 Гц проанализируйте характер спектра сигнала на выходе канала

2.4.6.Пронаблюдайте и проанализируйте импульсную и частотную характеристики канала. Остановите работу модели

2.5. Установите блок Multipath Rayleigh Fading Channel в режим ожидания при запуске модели

2.5.1.Снимите зависимость коэффициента ошибок от значения доплеровского смещения в пределах от 10 до 100 Гц с шагом 20 Гц

2.5.2.Постройте соответствующую кривую помехоустойчивости системы связи

2.5.3.Используя инструмент BERtool, получите теоретические зависимости для канала с замираниями и канала с AWGN

2.5.4.Сформулируйте выводы по результатам проведенных измерений

2.5.5.Остановите работу модели;

2.5.6. Проведите оценку помехоустойчивости системы связи при значении

Eb/N0 = 8 дБ и ∆Fd = 50 Гц

2.5.7. Сформулируйте выводы по результатам измерений. Остановите работу модели:

2.6. Установите режим «частотно-селективных замираний» в канале Multipath Rayleigh Fading Channel, для чего установите следующие параметры:

Discrete path delay vector – [0 0.0001]

Average path gain vector – [0 -10]

2.6.1.Запустите модель и проанализируйте импульсную, частотную характеристики канала и характер изменения спектра сигнала

2.6.2.Проведите оценку значения коэффициента ошибок при доплеровском сдвиге, равном 10 Гц

2.6.3.Сравните полученный результат с п.п. 2.4.5 и сформулируйте выводы по результатам измерений

2.6.4.Рассчитайте допустимую скорость передвижения мобильного устройства при значении несущей частоты 1800 МГц и оцените полученный результат

2.6.5.Остановите работу модели;

2.7. Соберите модель для анализа влияния фазового сдвига на форму огибающей спектра при фазовой модуляции BPSK (рисунок 8.5)

114

Random	Lookup		Raised Cosine	Zero-Order
Integer
	Table (n-d) ISK		Transmit
				Hold
Generator			Filter
					Matrix
				Zero-Order	Concate-	B-FFT
				Hold	nate
	Lookup			Zero-Order		Scope
	Table (n-d) ISK
				Hold
		Discrete-		Discrete-
				Time Eye
		Time Eye
				Diagram
		Diagram
				Scope
		Scope

Discrete-

Time Eye

Diagram

Scope

Рисунок 8.5. – Схема модели для анализа влияния сдвига фазы на спектр сигнала BPSK

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 блок анализатора спектра, блок наблюдения спектра сигнала.

2.7.1. Проанализируйте процесс формирования сигнала с BPSK. Установите следующие параметры блоков формирования созвездия сигнала:

– в настройках таблиц истинности блоков ( n– D Lookup Table) укажите соответствие между вектором входных символов и точками сигнальных созвездий

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) – 5 символов;

–параметр округления (Roll-off Factor) – 0.1;

–коэффициент повышения частоты дискретизации (Upsamplingfactor) – 8;

–характер обработки сигнала (Input Processing) – sample based.

Настройки анализаторов спектра Spectrum Scope, Discrete-Time Eye Diagram Scope, Zero – Order Hold приведены в таблице 8.2

115

Таблица 8.2. – 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 необходимо-	Флажок
	сти буферизации входного сигнала
	Buffer owerlap – перекрытие буфера, число	128
	значений 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 (Random Integer Generator)
	M - ary number	2
	Sample time	4
	Output data type	double
	Initial seed	0123

2.7.2.Запустите модель и проанализируйте характер спектров сигналов в контрольных точках модели

2.7.3.Проанализируйте глаз – диаграммы на выходах блоков Lookup Table (n –

D)

116

2.7.4.Проанализируйте глаз – диаграмму на выходе фильтра

2.7.5.Проанализируйте полученные результаты. Закройте модель.

2.8. Соберите модель системы радиосвязи с BPSK (рисунок 8.6) для анализа влияния эффекта Доплера.

В модели используются следующие блоки:

Bernoulli Binary Generator (генератор последовательности импульсов в формате NRZ – имитатор цифрового сигнала): Communications Blockset - Comm Sources;

BPSK Modulator Baseband (фазовый модулятор в основной полосе частот):Communications Blockset - Modulation-PM;

BPSK Demodulator Baseband (фазовый демодулятор в основной полосе частот:

Communications Blockset – Modulation – PM;

AWGN Channel (канал с аддитивным белым гауссовым шумом): Communications Blockset – Channels;

Multipath Rayleigh Fading Channel (канал с замираниями Рэлея): Communications Blockset – Channels;

Discrete-Time Eye Diagram Scope (блок наблюдения «глаз – диаграмм»):Communications Blockset – Comm Sinks;

Discrete-Time Scatter PlotScope (блок наблюдения сигнальных созвездий):

Communications Blockset – Comm Sinks

Error Rate Calculation (счетчик ошибок): Communications Blockset – Comm Sinks;

Display: Simulink – Sinks;

Manual Switch (управляемый переключатель): Simulink – Signal Routings.

Установите параметры блоков модели в соответствии с таблицей 8.1. Рассчитайте максимальный Допплеровский сдвиг частоты для мобильной скорости 3 км/час, несущей частоте, равной 2 ГГц и скорости передачи данных, приведенной в таблице 8.1. Полученное значение вставьте в параметры блока

Multipath Rayleigh Fading.

117

		Manual
		Switch
Bernoulli	BPSK		AWGN
Binary	Modulator
			Channel
Generator	Baseband
	BPSK	Multipath	BPSK
	Modulator	Rayleigh	Demodulator
		Fading
	Baseband		Baseband
		Channel
		1	2	Zero-Order
		Zero-Order	Matrix
			Concatenate	Hold
		Hold
	Tx Rx		B-FFT
	Error
	Rate	Display	Spectrum
	Calculation
			Scope
		Discrete-	Discrete-	Discrete-
		Time Eye		Time Eye
			Time Eye
		Diagram		Diagram
			Diagram
		Scope		Scope
			Scope
		Discrete Time	Discrete Time	Discrete Time
			Scatter Plot
		Scatter Plot		Scatter Plot
			Shope
		Shope		Shope
Рисунок 8.6. – Схема модели системы связи с BPSK в канале

сзамираниями Релея

2.8.1.Установите параметры блоков модели для случая «плоских замираний» (таблица 8.3)

Таблица 8.3. – Параметры модели

Блок Bernoulli Binary Generator

Sample Time		1
Frame-based outputs		Флажок
Samples per frame		3
Output data type		double
Блок BPSK Modulator Baseband
Phase offset (rad)		pi
Output data type		double
Блок BPSK Demodulator Baseband
Phase offset (rad)		pi
118

	Output data type	double
	Блок AWGN Channel
	Mode	Signal to noise ratio
		(Eb/N0)
	Eb/N0	100
	Number bits per symbol	1
	Input Signal power…	1
	Symbol period	1
	Анализатор спектра (Spectrum Scope)
	Spectrum units	dBW/Herts
	Spectrum type	Two-Sided ((-Fs|/2…Fs/2))
	Buffer size – размер буфера
	Buffer input – подтверждение необходимо-	Флажок
	сти буферизации входного сигнала
	Window	Hann
	Window sampling	Symmetric
	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	-40
	Maximum Y-limit	10
	Y-axis label	Magnitude, dB
	Display Properties:	Флажок
	Show grid	Флажок
	Open Scope at start of Simulation	Флажок
	Имитатор канала с Гауссовским шумом ( AWGN Channel)
	Initial seed	61
	Mode:	Signal to noise ratio (Eb/N0)
	(Eb/N0) (dB)	100
	Input signal power. Referenced to 1 Ohm	1
	(Watts)
	Symbol period	1
	Блок Discrete-Time Eye Diagram Scope
	Samples per symbol	2
	Offset (samples)	0
	Symbol per trace	1
	Traces displayed	400
	New points per display	10

Блок Discrete-Time Scatter PlotScope

119

Samples per symbol		4
Offset (samples)		0
Points displayded		400
New points per display		10
Блок Multi Path Rayleigh Fading Channel
Maximum Doppler shift (Hz)		0.0001
Doppler spectrum type		Jakes
Discrete path delay vector		[ 0 ]
Average path gain vector (dB)		[ 0 ]
Normalise gain vector to 0 dB overall gain		Флажок
Блок Error Rate Calculation
Receive delay		0
Computation delay		0
Computation mode		Entre frame
Output data		Port
Параметры модели
Start		0.0
Stop		inf

2.8.2.Запустите модель. Проанализируйте импульсную характеристику и частотную характеристики канала

2.8.3.Проанализируйте спектры сигналов

2.8.4.Пронаблюдайте сигнальные созвездия и глаз – диаграммы

2.8.5.Проанализируйте полученные результаты

2.8.6.Остановите работу модели и повторите измерения п.п.2.8.2 –2.8.4, при значении доплеровского сдвига, равном 0.08.

2.8.7.Объясните полученные результаты

2.8.8.Установите режим «частотно-селективных» замираний, введя параметры:

Discrete path delay vector: [0 .6]

Average path gain vector (dB): [0 -8]

2.8.9.Повторите измерения п.п. 2.8.2 – 2.8.6

2.8.10.Остановите работу модели и закройте MATLAB. Модели не сохранять!!

Содержание отчета по лабораторной работе

1 Схемы исследуемых моделей

2 Полученные результаты наблюдений и вычислений

3 Выводы по результатам выполнения разделов работы.

Контрольные вопросы

1.Объясните сущность эффекта Доплера;

2.Какие модели доплеровского расширения спектра Вы знаете?

3.Какие замирания называются частотно – селективными?

120