Лабораторная работа №4. Моделирование системы восстановления несущего колебания

Цель работы: исследование систем синхронизации приемных уст­ройств цифровой связи.

Задачи работы: описание теоретических моделей процессов, происхо­дящих в блоках синхронизации цифровых систем связи; моделирование сис­темы цифровой связи с блоком восстановления несущего колебания в Simu-link.

Для моделирования блока восстановления несущего колебания системы связи необходимо использовать следующие блоки Simulink:

Delay– блок дискретной задержки сигнала;

Sign – блок, выдающий +1 для положительного сигнала и -1 для отрица­тельного.

Math Function – блок математической обработки сигнала (модуль, лога­рифм, экспонента и т. д.);

Gain – усилитель сигнала;

Add – блок суммирования/вычитания сигналов;

Constant – источник неизменяемого сигнала (константа);

Complex to Real-Imag – блок выделения реальной и мнимой части ком­плексного сигнала;

Product – блок перемножения/деления сигналов;

Scope – осциллограф;

Subsystem – подсистема, позволяющая оформить часть модели в виде отдельного блока.

На рисунке 4.1 показан вид модели системы цифровой связи в Simulink с петлей восстановления несущего колебания (петля Костаса).

Рисунок 4.1 – Приемная часть системы связи с блоком синхронизации по несущему колебанию

Петля Костаса (рис. 4.2) состоит из детектора Костаса (4.3), фильтра низких частот обратной связи (ФНЧ ОС) и генератора, управляемого кодом (Numeric Controlled Oscillator).

Рисунок 4.2 – Петля Костаса

Рисунок 4.3 – Детектор Костаса

На рисунке 4.4 показан вид модели фильтра обратной связи. При по­мощи блоков усиления задаются коэффициент пропорциональной части и ко­эффициент интегральной части звена регулирования. Модель интегратора по­казана на рисунке 4.5. На рисунке 4.6 показана модель генератора ком­плексного сигнала, управляемого сигналом с фильтра обратной связи.

На рисунке 4.7 показан пример работы петли синхронизации. Сверху приведены синфазная и квадратурная составляющие входного сигнала, затем составляющие скорректированного сигнала и составляющие сигнала коррек­ции. На нижнем графике приведен сигнал ошибки с выхода фильтра обратной связи.

Рисунок 4.4 – Фильтр петли обратной связи

Рисунок 4.5 – Модель интегратора

Рисунок 4.6 – Генератор комплексного сигнала, управляемый кодом

Рисунок 4.7 – Коррекция частотного рассогласования

Порядок выполнения работы:

1) Согласно приведенным выше рисункам и описанию, создайте модель системы связи в Simulink с блоком восстановления несущего колебания, убедитесь в ее работоспособности. Для исследования используйте сигнал с модуляцией 16КАМ.

2) Установите нулевую дробную задержку в канале связи и задайте ОСШ равным 100 дБ. При нулевом фазовом и частотном рассогласовании убедитесь в работоспособности модели. Задайте фазовое рассогласование 40º и наблюдайте на блоке отображения сигнального созвездия процесс автоматического регулирования. Устанавливая различное фазовое рассогласование, создайте все возможные случаи ложной синхронизации системы связи. Сохраните для отчета все графики, полученные в ходе моделирования.

3) При нулевом фазовом рассогласовании задайте частотный сдвиг сиг­нала 10 Гц, наблюдайте переходной процесс системы регулирования. Уста­навливая различные значения частотного рассогласования, найдите макси­мальное значение, при котором система автоподстройки частоты работоспо­собна.

4) Оцените влияние изменения коэффициента пропорциональной части системы автоматического регулирования на длительность переходного про­цесса и максимальное значение частотного рассогласования (согласно пункту 3). Найдите и зафиксируйте оптимальное значение коэффициента пропорцио­нальной части для максимального частотного рассогласования и для наиболее быстрой работы петли регулирования при частотном рассогласовании 10 Гц.

5) Оцените влияние изменение коэффициента интегральной части сис­темы автоматического регулирования согласно пункту 4.

По результатам выполнения моделирования составьте отчет, который должен содержать: цели и задачи работы, вид модели в Simulink, графики, полученные при выполнении пунктов лабораторного задания, 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. Какова причина установки нулевой дробной задержки в канале связи и отношения сигнал/шум равным 100 дБ (1-й пункт задания)? К каким эффектам приведет изменение этих параметров?

2. Покажите цепь автоматического регулирования фазового рассогласования в схеме. При каком значении фазового рассогласования проведены исследования (покажите окно параметра)?

3. Посредством каких диаграмм наблюдался процесс синхронизации при фазовом рассогласовании? Каковы критерии установления синхронизации? При каком значении фазового рассогласования сигнал становится не распознаваем (при наличии цепи обратной связи)?

4. Покажите цепь автоматического регулирования частотного рассогласования в схеме. При каком значении частотного рассогласования проведены исследования (покажите окно параметра)?

5. Посредством каких диаграмм наблюдался процесс синхронизации при частотном рассогласовании? Каковы критерии установления синхронизации? При каком значении частотного рассогласования сигнал становится не распознаваем (при наличии цепи обратной связи)?

6. Каков смысл коэффициента пропорциональной части? Каково его оптимальное значение в исследуемой схеме (покажите окно параметра)?

7. Каков смысл коэффициента интегральной части? Каково его оптимальное значение в исследуемой схеме (покажите окно параметра)?

8. Как влияет значение коэффициента пропорцио­нальной части на скорость работы петли регулирования при частотном рассогласовании 10 Гц? Подтвердите моделированием.

Заключение

…

Список источников  

1. Солонина, А. И. Цифровая обработка сигналов. Моделирование в Simu-link. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 432 с.
2. Цифровая обработка сигналов. Сергиенко А.Б. 2002.

3. Дьяконов, В. П. MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров. – М.: ДМК Пресс, 2011. – 976 с.

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Квадратурная_модуляция

Содержание

Введение. 3

Порядок выполнения лабораторных работ цикла. 4

Краткий теоретический материал. 6

Лабораторная работа №1. Формирование комплексного сигнала. 12

Лабораторная работа №2. Моделирование передающей части цифровой системы связи 20

Лабораторная работа №3. Моделирование канала связи.. 27

Лабораторная работа №4. Моделирование системы восстановления несущего колебания 33

Заключение. 39

Список источников. 40

Рукопись

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению цикла лабораторных работ по дисциплине

"Системы цифровой и голосовой связи"

для студентов направления …