Системы радиодоступа

УДК 681.3.068 ББК 32.973.2

Р 598

Рецензент:

Абенов Р. Р., доцент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники ТУСУРа, канд. техн. наук

Рогожников, Евгений Васильевич

Р 598 Системы радиодоступа: Методические указания для выполнения лабораторных работ для студентов направления подготовки 11.04.02 по дисциплине Системы радиодоступа / Е. В. Рогожников, Э. М. Дмитриев, К. В. Диноченко – Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2021. − 42 с.

Настоящие учебно-методическое пособие содержит указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине Системы радиодоступа. Данный лабораторный практикум имеет цель закрепить, полученные в ходе курса, принципы построения современных систем цифровой радиосвязи, построение беспроводных сетей и систем, а также навыки работы с математическим пакетом GNU Octave.

Одобрено на заседании кафедры ТОР, протокол № 8 от 29 апреля 2021 г.

УДК 681.3.068 ББК 32.973.2

©Рогожников Е.В., Дмитриев Э.М., Диноченко К.В., 2021

©Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2021

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторный практикум по курсу “Системы радиодоступа” предназначен для закрепления и расширения теоретические знаний студентов в области построения современных систем цифровой радиосвязи, построения беспроводных сетей и систем.

Первая часть лабораторного практикума, предназначенного для студентов направления подготовки 11.04.02, содержит описание следующих работ:

1)Начало работы с Octave;

2)Реализация BPSK приемника и передатчика в Octave;

3)Реализация QPSK приемника и передатчика в Octave;

4)OFDM модуляция;

5)Кадровая и частотная синхронизация;

6)Технология MIMO и кодирование Аламоути;

Лабораторные работы данного перечня выполняются на базе микроконтроллеров в среде разработки GNU Octave. Среда разработки GNU Octave – это свободная программная система для математических вычислений, использующая совместимый с MATLAB язык высокого уровня. Данную программу можно скачать с официального сайта https://www.gnu.org/software/octave/ .

4

Лабораторная работа №1 «Начало работы с Octave»

Цель работы: Изучить основные функции и блоки Octave и составить тестовую программу.

Задачи лабораторной работы:

1)Изучить основные функции и блоки Octave.

2)Произвести генерацию синусоидального сигнала в Octave. Снять характеристики частоты сгенерированных колебаний.

3)Произвести сложение и умножение гармонических сигналов.

Ход выполнения работы

Первые три строки программы, как правило, такие:

clc clear all close all

clc – очищает «Командное окно»; clear all – удаляет все переменные из «Области переменных», очищает память; close all – закрывает все открытые фигуры.

Постройте гармонический сигнал во временной и частотной области со следующими параметрами:

F0 = 10 кГц – несущая частота,

Fs = 250 кГц – частота дискретизации, N = 100 – количество отсчетов. Реализация в Octave:

clc clear all close all F0 = ...; Fs = ...; N = ...;

t = (0:N-1)/Fs; временные отсчеты

sig = sin (2*pi*F0*t); гармонический сигнал figure

plot(t,sig); grid on

xlabel('Time, s','fontsize',16); ylabel('Amplitude','fontsize',16);

Результат выполнения кода показана на рисунке 1.1.

5

Рисунок 1.1 – Полученный гармонический сигнал

Самостоятельные задачи.

Задача 1. Постройте спектр синусоидального сигнала, используя функцию fft(). Задайте ось частот аналогично временным отсчетам. Сформируйте еще один синусоидальный сигнал частотой 50 кГц. Используя цикл for, произведите перемножение и суммирование 2 синусоидальных сигналов.

Задача 2. Создайте 2 битовые последовательности (A и B) состоящие из 100 элементов (N = 100), используя функцию randi. Используя цикл for и функцию if, произведите суммирование по модулю 2.

Таблица 1.1 – Таблица истинности XOR.

Контрольные вопросы к лабораторной работе

1)Для чего может использоваться среда разработки Octave?

2)Как вывести рисунок на экран?

3)Как рассчитать спектр сигнала?

4)Как задать псевдослучайную битовую последовательность?

Требования к оформлению отчета по лабораторной работе.

Содержание отчета:

1)Введение.

2)Описание работы.

3)Рисунки:

-Гармонический сигнал.

-Спектр гармонического сигнала.

-Спектр произведения гармонических сигналов.

-Спектр суммы гармонических сигналов.

4)Выводы.

5)Полный листинг программы.

6

Лабораторная работа №2

«Реализация BPSK передатчика и приёмника в Octave»

Цель работы: Изучить принцип переноса BPSK последовательности на несущую частоту.

Задачи лабораторной работы:

1)Выполнить BPSK модуляцию сигнала.

2)Произвести перенос последовательности на несущую частоту.

3)Выполнить обработку BPSK модулированного сигнала.

Ход выполнения работы

В данной работе необходимо создать битовую последовательность, произвести BPSK модуляцию, интерполировать ее, перенести на несущую частоту. В приемнике произвести перенос на нулевую частоту, фильтрацию, децимацию, демодуляцию и проверить количество ошибок.

Формирование сигнала. Передатчик.

clc clear all close all

%Выберите размер BPSK последовательности size = 1000;

%Установите несущую частоту fc=5e6;

%Задайте частоту дискретизации fs=20e6;

%Задайте коэффициент интерполяции

L = 16;

Сформируйте битовую последовательность.

RANDOMDATA = randi([0 1], 1, 10000);

DATA = RANDOMDATA(1:size);

Произведите BPSK модуляцию.

for i=1:size

if (DATA(i)==1) MOD_DATA(i) = 1; else

MOD_DATA(i) = -1; end;

end

Постройте созвездие модулированного сигнала, используя функцию scatterplot(). Для использования этой функции необходимо загрузить ее написав pkg load communications в командное окно и выполнить.

7

Рисунок 2.1 – Сигнальное созвездие BPSK

Выполните интерполяцию. Если MOD_DATA имеет размерность 1000 символов, на выходе интерполятора должно быть в L раз больше символов. Пример функции интерполяции представлен ниже.

p=1; q=1; for k=1:size

MOD_DATA_interp(q:L*p) = MOD_DATA(k); q=(p*L+1);

p=p+1; end

Задайте временной диапазон.

t = (0:length(MOD_DATA_interp)-1)/fs;

Задайте гармонический сигнал с несущей частотой fc.

car_sig = sin(...

Перенесите BPSK последовательность MOD_DATA_interp на несущую частоту, путем умножения на гармонический сигнал. Постройте ее график с помощью функции plot, опираясь на прошлые работы (рисунок 2.2 C.). Функция xlim используется для ограничения диапазона построения графика.

RECO=...

figure plot(RECO); xlim([0, 200]);

Добавьте белый шум с помощью функции awgn. Отношение сигнал-шум задайте равным 15.

RECO_AWGN=awgn(RECO, 15, ‘measured’)

8

Обработка сигнала. Приёмник.

Верните BPSK последовательность на нулевую частоту, повторно перемножив BPSK последовательность с гармоническим сигналом. Постройте ее график (Рисунок 2.2 E.).

REVIVE =...

Выполните фильтрацию полученных данных на нулевой частоте путем интегрирования

(Рисунок 2.2 G.).

for i=1:length(REVIVE)/L

a(i) = sum(REVIVE(i*L-L+1:i*L))/(L/2); y(i*L-L+1:L*i) = a(i);

end

Произведите децимацию, а затем демодуляцию полученных данных. Цель демодуляции – преобразовать сигнал в битовый поток. Используйте цикл и набор условий Постройте график децимированной последовательности (Рисунок 2.2 H.).

decim = y(L:L:end); for i=1:length(decim)

if ((decim(i))<0) demod(i) = 0;

else

demod(i) = 1; end

end

Посчитайте ошибки с помощью функции biterr().

err = biterr(DATA, demod);

Используя функцию scatterplot() постройте созвездие сигнала после обработки (Рисунок 2.2 I.). На графиках ниже приведен результат выполнения работы.

Рисунок 2.2 – Поэтапные результаты выполнения работы

9

Контрольные вопросы к лабораторной работе

1)Как произвести интерполяцию?

2)Как осуществляется перенос на несущую частоту?

3)Как осуществляется возвращение данных на нулевую частоту?

Требования к оформлению отчета по лабораторной работе.

Содержание отчета:

1)Введение,

2)Блок схема алгоритма

3)Поэтапное описание выполнения работы,

4)Рисунки:

-BPSK сигнал,

-BPSK сигнал на несущей частоте,

-BPSK сигнал на нулевой частоте,

-Отфильтрованный BPSK сигнал. 5) Выводы.

6) Листинг программы.

10