Лабораторная работа №3. Моделирование канала связи

Цель работы:исследование явлений, возникающих в канале связи сис­темы передачи цифровой информации.

Задачи работы:описание теоретических моделей процессов, происхо­дящих в канале связи; моделирование канала связи в Simulink.

Для выполнения задания необходимо использовать следующие блоки:

AWGN Channel – канал с АБГШ;

Phase/Frequency Offset – блок, осуществляющий фазовый и частотный сдвиг входного сигнала;

Variable Fractional Delay – блок дробной задержки сигнала;

Constant– источник неизменяемого сигнала (константа);

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, позволяющая оформить часть модели в виде отдельного блока;

Spectrum Scope – анализатор спектра сигнала.

Для моделирования канала связи в Simulink необходимо создать от­дельную подсистему (Subsystem) и подключить ее к выходу передатчика (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Цифровой передатчик и канал системы связи

Модель канала связи показана на рисунке 3.2, она включает в себя блок добавления к сигналу АБГШ, блок частотного и фазового сдвига и блок дробной задержки, которая задается константой.

Рисунок 3.2 – Модель канала связи

В настройках блока AWGN Channel выберите режим (Mode) SNRи за­дайте отношение сигнал/шум 13 дБ. Установите нулевой фазовый (Phaseoff­set) и частотный сдвиг (Frequency offset) сигнала в настройках блока Phase/Frequency Offset. Выберите режим линейной интерполяции (Iterpolation mode - Linear) в блоке дробной задержки Variable Fractional Delay. Запустите модель и при помощи блоков отображения информации о сигнале убедитесь в ее работоспособности. На рисунке 3.3 показаны графики сигнала с воздейст­вием АБГШ. Как видно на верхних рисунках, даже в отсутствие шума точки созвездия размыты, что связано с отсутствием согласованной фильтрации сигнала. Добавление шума в канале связи приводит к еще большему размы­тию точек созвездия. На рисунке 3.4 показано влияние частотного рассогла­сования на сигнал, в результате которого созвездие начинает вращаться. Так­же частотный сдвиг сигнала можно наблюдать на анализаторе спектра (рис. 3.5). Дробная задержка в канале связи, как и фазовое рассогласование, при­водят к повороту сигнального созвездия (рис. 3.6). В силу отсутствия петли слежения за символьной частотой демодуляция сигнала становится невоз­можной.

Рисунок 3.3 – Влияние воздействия на сигнал АБГШ

Рисунок 3.4 – Влияние частотного рассогласования

Рисунок 3.5 – Воздействие на сигнал АБГШ и смещение спектра

Рисунок 3.6 – Дробная задержка

Порядок выполнения работы:

1) Согласно приведенным выше рисункам и описанию, создайте модель канала связи в Simulink, подключите ее к передатчику и убедитесь в ее рабо­тоспособности. Для исследования используйте сигнал с модуляцией 16КАМ.

2) Установите нулевое частотное и фазовое рассогласование. Задайте нулевую дробную задержку в канале связи. Проведите моделирование при отношениях сигнал/шум:

- 0 дБ,

- 10 дБ,

- 20 дБ,

- 30 дБ,

- 40 дБ,

- 50 дБ,

- 60 дБ.

Оцените значение ОСШ, при котором различение точек в созвездии становится невозможным. Проведите дополнительно 5 измерений возле этого значения. Сохраните для отчета все графики, полученные в ходе моделирования.

3) Установите ОСШ в канале равным 100 дБ. Задайте нулевую дробную задержку. Проведите моделирование при фазовом рассогласовании 0º, 45º, 90º, 135º, 180º, 270º и 360º. Проведите моделирование при частотном рассо­гласовании, равном 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, 3 кГц. Сохраните для отчета все графики, полученные в ходе моделирования.

4) Установите ОСШ в канале равным 100 дБ. Задайте нулевое частотное и фазовое рассогласование. Проведите моделирование при дробной задержке, равной:

- 0.1,

- 0.5,

- 1,

- 2,

- 3.

Сохраните для отчета все графики, полученные в ходе моделирования.

По результатам выполнения моделирования составьте отчет, который должен содержать: цели и задачи работы, вид модели в Simulink, графики, полученные при выполнении пунктов 2, 3 и 4, выводы по результатам моде­лирования.

Вопросы для защиты лабораторного исследования

Все ответы на вопросы должны быть подтверждены либо отчетом, либо (при необходимости) демонстрацией работы исследуемой схемы.

1. Назначение глазковой диаграммы сигнала. Критерии распознания.

2. Назначение диаграммы рассея­ния сигнала. Критерии распознания.

3. Каково назначение блока Complex to Real-Imag в исследуемой схеме?

4. Каково влияние шума на сигнальное созвездие? При каком значении сигнал/шум сигнал распознаваем (согласно отчета)?

5. Как влияет уровень модуляции на распознаваемость сигнала (при неизменном уровне шума)? Каким параметром определяется уровень модуляции при распознаваемости сигнала? Сравните распознаваемость сигнала одного уровня модуляции, но разного вида (ФМ и КАМ).

6. Каким образом определяется распознаваемость сигнала при фазовом рассогласовании? При каком значении фазового рассогласования сигнал распознаваем (при отсутствии обратной связи)?

7. Каким образом определяется распознаваемость сигнала при частотном рассогласовании? При каком значении частотного рассогласования сигнал распознаваем (при отсутствии обратной связи)? Посредством какой диаграммы регистрируется значение частотного рассогласования?

8. Каким образом определяется распознаваемость сигнала при дробной задержке? При каком значении дробной задержке сигнал распознаваем (при отсутствии обратной связи)?