МСиП_лабораторные

Рисунок 62 – Настройка блока Error Rate Calculation

Для просмотра спектра формируемого сигнала подключите после формирующего фильтра (перед блоком АБГШ-канала) блок DSP System Toolbox Sinks Spectrum Analyzer. Чтобы уменьшить дисперсию

(разброс) спектральной оценки, откройте панель параметров (кнопка Spectrum Settings, крайняя слева в панели инструментов окна анализатора спектра). В этой панели необходимо развернуть нижний раздел (Trace options), поменять Averaging Methods на метод Running и увеличить значение параметра Averages, например, до 10. После этого панель настроек можно снова скрыть.

Результирующая схема модели изображена на рисунке 63.

Рисунок 63 – Схема модели формируемого сигнала

41

Запустите модель и убедитесь, что она работает примерно с той же вероятностью ошибки, которая была измерена для данного отношения С/Ш до установки фильтров. Скопируйте изображение окна анализатора спектра в буфер обмена, создайте документ Word и поместите туда график.

Замените прямоугольный фильтр на SQRT-вариант фильтра с косинусоидальным сглаживанием АЧХ. Для этого параметр Numerator coefficients блока формирующего фильтра должен иметь вид rcosine(1, 16, ′sqrt′) 4, а аналогичный параметр в приемном фильтре — rcosine(1, 16, ′sqrt′)/4 (множитель/делитель, равные 4, позволяют при передаче сохранить среднюю мощность сигнала в процессе фильтрации, а при приеме установить необходимый масштаб сигнала).

Кроме того, необходимо задать нулевое значение для параметра Sample offset блока понижения частоты дискретизации и увеличить задержку (Receive delay) в блоке оценки вероятности ошибки, сделав ее равной 42 (это необходимо, поскольку используемые фильтры обладают длинной ИХ и поэтому вносят в сигнал большую задержку).

Запустите модель и убедитесь, что она работает с почти такой же (немного большей) вероятностью ошибки, которая была измерена для данного отношения С/Ш до установки фильтров. Скопируйте изображение окна анализатора спектра в созданный документ Word.

Перейдите в основное окно MATLAB и получите графики ИХ использованного фильтра и ее корреляционной функции. Для этого используйте следующие команды (рисунок 64):

график ИХ фильтра: impz(rcosine(1, 16, ′sqrt′));

график КФ ИХ фильтра: impz(xcorr(rcosine(1, 16, ′sqrt′))).

Рисунок 64 – Выполнение команд построения графиков

Оба графика скопируйте в созданный документ Word, используя команду меню Edit Copy Figure в окне графика.

42

Содержание отчета

Схема созданной модели с краткими комментариями о назначении ее блоков.

Изображения сигнальных созвездий (в произвольном масштабе) с подписанным соответствием битовых комбинаций точкам созвездия (последовательность бит не имеет значения): АМ-16 (код Грея), ФМ-16 (код Грея), КАМ-16 (код Грея), КАМ-16 («последовательное» размещение чисел), КАМ-4 (код Грея) (созвездие КАМ-64 приводить не нужно).

Графики кривых помехоустойчивости (во всех случаях по горизонтали откладывается отношение /0 в дБ, по вертикали — вероятность битовой ошибки в логарифмическом масштабе). Графики строятся следующими группами:

o совместно построенные кривые помехоустойчивости для разных видов модуляции при 16-точечных созвездиях: АМ-16, ФМ-16, КАМ-16;

o совместно построенные кривые помехоустойчивости для разных видов битовой раскладки КАМ-16: с кодом Грея и при «последовательном» размещении чисел;

o совместно построенные кривые помехоустойчивости для КАМ с разным числом точек в созвездии: КАМ-4, КАМ-16 (дублируется график, измеренный в п. 1 работы) и КАМ-64.

Графики СПМ сигнала при использовании прямоугольных посылок и при использовании формирующего фильтра с косинусоидальным сглаживанием АЧХ.

Графики ИХ фильтра с косинусоидальным сглаживанием АЧХ и ее КФ.

Выводы.

43

Лабораторная работа № 3

Использование утилиты BERtool

Цели работы

Получение навыков работы со встроенной утилитой BERtool.

Автоматизация получения результатов помехоустойчивости.

Анализ помехоустойчивости методов модуляции QAM разных порядков.

Указания к выполнению работы

1. Общие сведения о BERtool.

Утилита BERtool (Bit Error Rate Analysis tool) предназначена для автоматизации процесса получения результатов помехоустойчивости систем связи. Ранее в лабораторных работах № 1 и № 2 мы фиксировали значения вероятности ошибки для каждой точки отношения сигнал/шум (ОСШ) в таблицу. Результирующий массив значений вероятности ошибки позволял нам построить график помехоустойчивости системы. Утилита BERtool позволяет нам автоматизировать сбор значений вероятности битовой ошибки для разных точек ОСШ и построить результирующий график помехоустойчивости.

Запуск утилиты BERtool можно произвести из командного окна MATLAB, для этого достаточно ввести команду «bertool», как показано на рисунке ниже.

Рисунок 65 – Вызов утилиты BERtool через командное окно

Также утилита BERtool может быть вызвана с главного окна MATLAB в разделе APPS, как показано на рисунке ниже.

44

Рисунок 66 – Вызов утилиты BERtool через панель приложений

Интерфейс утилиты BERtool представлен на рисунке 67. Вверху фиксируются результаты моделирования в виде таблицы, аналогичной таблице, которая заполнялась вручную в лабораторных работах № 1 и № 2. Ниже находятся две вкладки «Monte Carlo» и «Theoretical». Первая предназначена для статистического моделирования методом Монте-Карло, а вторая позволяет выводить на экран достаточно обширный набор теоретических кривых помехоустойчивости для разных видов модуляции при разных условиях.

Рисунок 67 – Главное окна утилиты BERtool

45

Вкладка «Theoretical» позволяет получать теоретические кривые помехоустойчивости для разных типов модуляции, также здесь можно задать интервал точек ОСШ «Eb/N0 range», а также различные каналы связи «Channel type», порядок модуляции «Modulation order», а также учесть разные виды помехоустойчивого кодирования «Channel coding» и синхронизации

«Synchronization».

2. Построение теоретических кривых помехоустойчивости.

Во вкладке «Theoretical» постройте теоретические кривые помехоустойчивости для модуляции QAM порядков 4, 16, 64 для диапазона ОСШ от 0 до 10 дБ. Для этого выберите соответствующие параметры Eb/N0 range, Modulation type и Modulation order и нажмите кнопку Plot.

Рисунок 68 – Построение теоретических кривых для модуляции QAM

Для наглядного отображения результатов переименуйте автоматические наименования кривых в графе «BER Data Set» на соответствующие наименования «QAM-4», «QAM-16» и «QAM-64», что приведет к их удобному отображению на легенде, как показано на рисунке 69.

46

Рисунок 69 – Теоретические кривые для модуляций QAM-4, QAM-16

иQAM-64 в канале с АБГШ без помехоустойчивого кодирования

3.Подключение утилиты BERtool к модели Simulink.

Для использования утилиты BERtool с уже готовой моделью необходимо

вернуться во вкладку «Monte Carlo», задать интересующий диапазон ОСШ и выбрать пункт «Simulink» в разделе «Simulation environment», как показано на рисунке 70.

Воспользуемся готовой моделью, полученной в результате выполнения лабораторной работы № 2. Для автоматизации измерений величины BER потребуется сделать несколько преобразований над уже готовой схемой моделирования. На рисунке 71 видно, что проиллюстрированная схема немного отличается от схемы, собранной по результатам выполнения лабораторной работы № 2.

Для подключения утилиты требуется произвести несколько манипуляций с уже готовой схемой из лабораторной работы № 2. Первым делом необходимо наладить экспорт результатов вычисления вероятности ошибки BER в Workspace. Для этого можем воспользоваться готовым блоком экспорта «To Workspace», доступным в Simulink library в разделе «DSP system toolbox».

47

Рисунок 70 – Использование утилиты BERtool в режиме Монте-Карло

Рисунок 71 – Итоговая схема лабораторной работы № 2 для модуляции 4-QAM

На рисунке 71 блок экспорта «To Workspace» подключен к выходу блока «Error Rate Calculation» параллельно блоку «Display».

48

Рисунок 72 – Экспорт величин с помощью блока «To Workspace»

Как показано на рисунке 72, в настройках блока необходимо указать имя переменной в окне «Variable name», в которую будут записываться значения,

вычисленные блоком «Error Rate Calculation».

Второй вариант экспорта значений BER в Workspace – настройка самого блока «Error Rate Calculation», где следует заменить параметр в меню Output на «Workspace» и указать имя переменной, в которую буду записываться значения (рисунок 73).

49

Рисунок 73 – Экспорт значений в настройках блока «Error rate calculation»

Далее перейдем к настройке блока «AWGN channel», где необходимо вместо текущего значения ОСШ установить величину EbNo, как показано на рисунке 74.

Рисунок 74 – Настройки блока «AWGN channel»

50