7003

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Д. И. Кислицын

Программно-определяемые телекоммуникационные сети

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Программно-определяемые телекоммуникационные сети»

по направлению подготовки 09.04.02 Информационные системы и технологии, профиль «Искусственный интеллект в системах и сетях передачи данных»

Нижний Новгород

2022

1

Лабораторная работа 1

Создание блок-схем в GNU Radio

GNU Radio Companion (GRC) представляет собой графический пользовательский интерфейс, который позволяет создавать GNU Radio потоковые графы.

На рисунке 1 показана окно GRC.

Рис. 1.1 – Окно GRC

1.Дважды щелкните на блоке опции (Options). Этот блок устанавливает некоторые общие параметры для графа потока. В ID напишите название схемы (например Lab4_1). Введите название проекта (Title) (например, Lab 4) и автора (Author). Установите опции генерации (Generate Options) как QT GUI, Остальные настройки оставьте без изменений. Затем закройте окно свойств. Другой блок является переменной (Variable). Он используется дляустановки частоты дискретизации. Это будет обсуждаться позже.

2.На правой стороне окна приведен список блоков. Раскрывая любой из категории (нажмите на треугольник слева), вы увидите доступные блоки. Исследуйте каждый из категории, так чтобы у вас было представление о них.

5

3.Откройте категорию генератор сигналов(Waveform Generator) и дважды щелкните на источник сигнала (Signal Source). Обратите внимание, что источник сигнала блок появится в главном окне. Дважды щелкните на блок, и откроется окносвойства. Настройте параметры, чтобы они совпадали, как показано на рисунке 2.

Рис. 1.2 – Окно свойства источника сигнала

Настройки источника сигнала: Форма сигнала (Waveform) - косинус. Частота – 1кГц.

Амплитуда – 0.5 В.

Тип сигнала – вещественная ( Float)

4.Для того чтобы просмотреть этот сигнал мы должны разместить осциллограф. Для этого надо развернуть категорию измерительные приборы (Instrumentation), раскрываем категорию QT и дважды щелкните на QT GUI Time Sink. Он должен появиться в главном окне. В свойствах измените тип на вещественные (Float), количество точек задайте 100, включите автомасштаб (Autoscale), остальные параметры оставьте по умолчанию и закройте окно свойства.

5.Для того, чтобы связать эти два блока, надо один раз нажать на порт "выхода" источника сигнала, и затем один раз на порт "вход" Time Sink.

6.Добавим дроссельной блок (Throttle) между источником и приемником, как показано на рисунок 3, Откройте категорию разное (Misc) и выберите дроссельный блок (Throttle). Измените в дроссельном блоке тип сигнала на вещественный. Обратите внимание, что прежде чем сделать это, значок «Создать поток граф» не может быть выбран. Это потому, что есть ошибка в

6

Рис. 1.3 - Схема с дросселем (Throttle)

7.Для того чтобы наблюдать работу этой простой системы мы должны генерировать граф потока и затем выполнить его. Нажмите сначала на иконку "Generate the flow graph - Создать график потока". Откроется окно «Сохранить как». Создайте и выберите папку на своем диске (справа вверху есть кнопка создать папку). Назовите этот файл: Lab4_1.grc и нажмите сохранить.

8.Нажмите на иконку "Execute the flow graph - Выполнить график потока". Откроется осциллограмма косинусоидального сигнала с параметрами, которые установлены в источнике сигнала. Чтобы зафиксировать графики для скриншота можно из остановить – нажать на графике правую кнопку и выбрать stop. Сохраните скриншот схемы и график сигнала для отчета.

9.Закройте осциллограмму и уменьшите частоту дискретизации до 10000 с помощью двойного щелчка в блоке Variable. Нажмите на иконку "Выполнить график потока". Обратите внимание, что в настоящее время существует меньше точек за цикл. Как низко вы можете оставить частоту дискретизации? Напомним, что теорема отсчетов Найквиста требует, чтобы частота дискретизации была в два раза больше максимальной частоты сигнала.

10.Закройте осциллограмму и изменить частоту дискретизации до 32000. Добавьте анализатор спектра с БПФ (QT GUI Frequency Sink). Блок находится в той же категории что и блок осциллографа. Измените тип сигнала на

7

вещественный, ширину спектра (Spectrum Width) выберите половину(Half), включите автомасштаб (Autoscale), а значения остальных параметров оставьте по умолчанию.

11.Подключите к выходу источника сигнала. Выполните график потока. Вы должны наблюдать сигнал на частоте 1 кГц. Сохраните скриншот схемы и

график сигнала для отчета.

12.Создайте граф потока с добавлением блока Audio Sink. Блок Audio Sink находится в категории Audio. Выполните граф потока. Графическое отображение осциллографа и анализатора спектра также должно открыться. Тем не менее, теперь вы должны также услышать тон 1kHz. Блок Audio Sink направляет сигнал на звуковую плату компьютера. Не все частоты дискретизации будет поддерживаться вашим оборудованием.

13.Постройте схему, показанную на рисунке 4. Добавьте блок Add и подключите этому блоку два источника сигнала. Установите частоту дискретизации до 32000. Два источника сигнала должны иметь частоту 1000 Гц и 800 Гц соответственно. Блок Audio Sink можно не удалять, а просто выключить, для этого нажмите на него правой кнопкой и выберите Disable. Он не будет выполнятся при запуске схемы. Чтобы включить и послушать сигналы следующих схем нажмите на него правой кнопкой и выберите Enable. Количество точек в блоке Time Sink увеличьте до 512.

Рис. 1.4 – Схема сложения сигналов 14. Запустите граф потока. На осциллографе вы должны наблюдать форму

волны соответствующая сумме двух синусоид. На анализаторе спектра вы

8

должны увидеть сигналы на 800 и 1000 Гц. К сожалению, БПФ не обеспечивает достаточное разрешение, чтобы ясно видеть два отдельных компонента. Для того чтобы получить лучше разрешение, можно снизить частоту дискретизации. Попробуйте уменьшить частоту дискретизации до 10 кГц. Сохраните скриншот схемы и график сигнала для отчета.

15.Замените блок Add на блок Multiply. Какой же выход вы ожидаете от умножения двух синусоид? Подтвердите результат, наблюдая за показаниями осциллографа и анализатора спектра. Сохраните скриншот

схемы и график сигнала для отчета.

16.Добавьте блок фильтр низких частот, как показано на рисунке 5. Это блок находится в категории фильтры (Filters). Напомним, что блок Multiply выдает 200 Гц и 1.8kHz синусоиду. Мы хотим создать фильтр, который будет пропускать 200 Гц и блокировать компонент 1.8kHz. Установите фильтр низких частот, чтобы частота отсечки (Cutoff Freq) была равна 1 кГц и ширина перехода (Transition Width) 200 Гц. Тип фильтра (FIR Type) выберите Float->Float (Decimating). Остальные настройки оставьте как есть. Выполните граф потока. Вы должны заметить, что компонент 200Hz проходит через фильтр без подавления, а компонент 1.8 kHz подавляется. Сохраните

скриншот схемы и график сигнала для отчета.

Рис. 1.5 - Схема с добавлением ФНЧ

9

17.Используя эту же схему, измените частоту дискретизации до 20000. Измените децимацию (Decimation) в фильтре низких частот до 2. Децимация уменьшает количество отсчетов, которые обрабатываются. Коэффициент децимации два означает, что выходной сигнал фильтра будет иметь частоту дискретизаци равной половине частоты дискретизации входного или в данном случае только 10000 отсчетов / сек. Создайте и запустите граф потока. Какие частоты вы заметили на анализаторе спектра? Наведите курсором на пик наблюдаемого сигнала, чтобы измерить частоту сигнала.

18.Вы должны были заметить, что в анализаторе спектрачастота сигнала соответствовала 400 Гц, вместо 200Hz. Почему эта ошибка происходит? Именно потому, что частота дискретизации на анализаторе спектра не отрегулирован должным образом. Дважды щелкните на блок анализаторе спектра и изменить частоту дискретизации samp_rate / 2. Запустите граф потока. Вы должны видеть теперь правильную частоту.

19.Оформите отчет и напишите выводы. Какие операции над сигналом выполняли в этой работе? Какие блоки использовали и для каких операций? Какие основные параметры блоков приходилось настраивать в этой работе?

Лабораторная работа 2 Моделирование цифрового повышающего преобразователя и цифрового

понижающего преобразователя

SDR технология предполагает преобразование комплексных

(квадратурных) сигналов. В общем случае полосовой комплексный сигнал

можно представить в виде:

uˆ(t) u(t) exp j2 fct u0 (t) exp j (t) exp j2 fct (1.14)Reuˆ(t) jImuˆ(t),

где uˆ(t) - комплексный сигнал, u(t) - его комплексная амплитуда (огибающая), u0 (t) - модуль и (t) - фаза сигнала, fc - несущая частота (или частота подставки).

Для комплексной амплитуды вводятся понятия синфазной ( Iu (t) ) и квадратурной (Qu (t) ) компонент:

10