Лабы 3 вариант / 5_3

Минобрнауки России

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет

«Московский институт электронной техники»

Лабораторная работа №5 по дисциплине

«Синхронизация в высокоскоростных сетях передачи данных»

«Частотный дискриминатор Витерби»

Вариант 3

Цель работы: Исследование принципов работы схем частотных детекторов

Вариант	Тактовая частота, кГц	Несущая частота, МГц	Частотное рассогласование, кГц
3	10	0.2	0.5

Таблица 1 – Данные по варианту

Для выполнения данной лабораторной работы была собрана в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи с параметрами, заданными по варианту.

Рисунок 1 – Модель цифровой системы связи с частотным детектором

Согласно варианту, необходимо в блоке Bernoulli Binary Generator задать равновероятную генерацию «0» и «1» с частотой 10 кГц. Частотное рассогласование составляет 500 Гц.

Рисунок 2 – Модель цифрового дискриминатора Витерби

Коэффициент усиления в частотном детекторе составляет 10 000 / 2π.

Убедимся в корректности построенной схемы. Для этого воспользуемся анализатором спектра и осциллограммами и рассмотрим сигнал в каждом узле схемы. На выходе блока Bernoulli Binary Generator сигнал имеет вид:

Рисунок 3 – Осциллограммы исходного сигнала (сверху) и после модулятора (снизу)

Как и ожидалось, сигнал принимает значения «0» и «1» с равной вероятностью. После модулятора BPSK сигнал не имеет мнимой части в виду особенности BPSK модуляции, а действительная часть принимает значения «1» и «-1».

Далее, после добавления частотного рассогласования сигнал имеет искажения как в действительной, так и в мнимой части

Рисунок 4 – Осциллограммы до (сверху) и после (снизу) ввода частотного рассогласования

Дискриминаторы предназначены для измерения сигнала рассогласования и преобразования его в постоянное или переменное напряжение. Для случая, когда имеется постоянное частотное рассогласование (по варианту 500 Гц), на выходе дискриминатора будет постоянное напряжение, соответствующее значению частотного рассогласования.

Рассмотрим спектрограммы в каждом узле модели. Исходный сигнал является набором бит. На спектрограмме наблюдается ожидаемый результат:

Рисунок 5 – Спектрограмма исходного сигнала

Чтобы убедиться в работоспособности схемы, воспользуемся блоком Repeating Sequence Stair. В нём зададим различные значения частотных рассогласований от 0 до 20 кГц. Частоту изменения зададим в 10 раз меньше, чем информационный сигнал.

Рисунок 6 – Сигнал на выходе дискриминатора Витерби (сверху), частотное рассогласование в канале с частотой 5 кГц (снизу)

крайнее значение частоты, которое дискриминатор Витерби может определить, составляет 2000 Гц. При немного больших значениях видны всплески то разных знаков, при много больших значениях результатом является 0. Увеличим частоту последовательности частотного рассогласования до информационной, численно не изменив. Как видно из рисунка дискриминатор Витерби правильно определяет значение частотного рассогласования до 2000 Гц, не имеет всплесков при малом увеличении и так же поддерживает 0 при большем увеличении. Однако информация о рассогласовании задержана на такт.

Рисунок 7 – Сигнал на выходе дискриминатора Витерби (сверху), частотное рассогласование в канале с частотой 50 кГц (снизу)

Изменяя частоту последовательности частотного рассогласования, выячснили, что результаты дискриминатора Витерби не зависят от последовательности частотного рассогласования.

В модель цифровой системы связи с частотным детектором и частотным рассогласованием 500 Гц добавим блоки АВГН с различными отношениями сигнал-шум, а именно 10, 20, 30, 40, 50 и 60 дБ

Рисунок 8 – Результаты имитационного моделирования

Отчетливо видно, что при отношении сигнал-шум 40 дБ и менее выходной сигнал с дискриминатора Витерби не определяет величину частотного рассогласования. При отношении в 50 дБ и выше существует погрешность.

Рисунок 9 – Результаты моделирования АВГН = 40, 42, 44, 46, 48,50

Вывод:

В ходе лабораторной работы была исследована модель цифровой системы связи с частотным детектором. В качестве частотного детектора использовался дискриминатор Витерби. В идеальных условиях (в отсутствии посторонних шумов) модель работает корректно. Схема детектора частоты подходит для слежения за несущей частотой сигнала, изменяющейся в широких диапазонах либо в очень узких диапазонах (чтобы фильтрация позволяла избавиться от шумовых искажений значений).

2023