Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Формирование и обработка сигнала в системах мобильной связи с технологией OFDM (имитационное моделирование в системе MATLAB&SIMULINK) (MatLab 2011a).

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.08.2026

Размер:

767 Кб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра радиотехнических систем

Шинаков Ю.С.

Практикум № 30

ФОРМИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА СИГНАЛА В СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ OFDM

(имитационное моделирование в системе MATLAB&SIMULINK)

(MatLab 2011a)

Для студентов 4 к. (направление 11.03.02)

Москва 2014

План УМД на 2014/2015 уч.г.

Практикум № 30

ФОРМИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА СИГНАЛА В СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ OFDM (имитационное моделирование в системе MATLAB&SIMULINK) (MatLab 2011a)

Составитель Ю.С.Шинаков, д.т.н., профессор

Издание утверждено советом факультета РиТ. Протокол № 7 от 20.03.2014г.

Рецензент Г.И.Колесниченко, к.т.н., доцент

1.Введение

Влабораторной работе изучается функциональная схема передатчика и приемника сигналов с ортогональным частотным разделением каналов с мультиплексированием. Рассматриваются способы представления сигналов на входах и выходах различных функциональных блоков передатчика и приемника и способы их формирования и обработки. Имитационная модель обеспечивает возможность исследовать влияние параметров передатчика, радиоканала и приемника на вероятность ошибки передачи одного информационного бита.

Основной применяемый метод экспериментального исследования – имитационное моделирование на персональной ЭВМ с применением системы для научных исследований MATLAB&SIMULINK.

2. Цель работы

Изучение функциональной схемы передатчика и приемника сигналов с ортогональным частотным разделением каналов с мультиплексированием. Исследование формы сигналов и их спектров на входе и выходе различных функциональных блоков приемника и передатчика. Исследование влияния параметров радиоканала и приемника на вероятность ошибочного извлечения информации из принимаемого сигнала.

3. Предварительная подготовка к выполнению лабораторной работы

1.Изучить рекомендованные к данной работе разделы учебного пособия, указанного в списке литературы [1].

2.Подготовить ответы на контрольные вопросы, приведенные в данном описании лабораторной работы.

3.Из табл. 1 выписать исходные данные для выполняемого в лаборатории индивидуального варианта работы. Номер варианта определить по номеру фамилии студента в журнале группы.

4.Используя Приложение 1 к данной работе и исходные данные индивидуального варианта работы рассчитать основные параметры системы мобильной связи, построенной на основе технологии OFDM: длину защитного интервала, длительность интегрируемой части OFDM-символа, расстояние между поднесущими и т.д. Значения этих параметров необходимо будет вводить в лаборатории в имитационную модель OFDMmodel1 изучаемой и исследуемой системы передачи.

5.Ознакомиться с описанием основных блоков, используемых в моде-

ли OFDMmodel1 (Приложение 2, Приложение 3 и [2]).

6. Составить письменный отчет о предварительной подготовке к экспериментальным исследованиям в лаборатории принятой на кафедре формы. Отчет должен содержать:

-титульный лист (название кафедры, название и номер лабораторной работы номер выполняемого варианта, фамилия студента и номер группы);

-формулировку цели работы, исходные данные выполняемого индивидуального варианта, результаты вычислений значений основных параметров системы передачи с технологией OFDM;

-функциональную схему системы мобильной связи, используемую в имитационной модели OFDMmodel1.

Таблица 1. Номера вариантов и исходные данные

			R			Модель канала
Nвар	f 0	F	[Мбит/	М	Rаб	τ [нс]	α[дБ]		SNR	S	f
	[ГГц]	[МГц]	сек]	М	Rаб				SNR	[дБc/Гц]	[Гц]	[град]
					[м/c]				[дБ]
					[м/c]				[дБ]
1	5.25	10	18	16	5	[0 10]	[-2.6 -1]		25	-54	40	15

2	5.25	20	54	64	10	[0 20]	[-1 -2.5]		25	-52	40	20

3	5.25	5	9	16	2	[10 20]	[0 -3]		25	-50	50	25

4	5.25	20	36	16	8	[0 10 20]	[0 -2.5 -3]		25	-48	50	10

5	5.25	5	9	16	6	[5 10]	[-1.5	-2.5]	25	-46	20	5

6	5.25	10	24	64	5	[0 5 10]	[-1 -3.5 -3]		20	-54	20	15

7	5.25	10	18	16	10	[0 10]	[-4.9	-5.1]	20	-52	30	20

8	5.25	5	12	64	2	[0 20]	[-2	-1]	20	-50	30	25

9	5.25	20	36	16	8	[10 20]	[-1	-2]	20	-48	10	10

10	5.25	5	12	64	6	[0 10 20]	[-1 -2 -3]		20	-46	10	5

11	5.25	20	36	16	5	[5 10]	[-2	-3]	15	-54	30	15

12	5.25	10	24	64	10	[0 5 10]	[-2 0 -3]		15	-52	30	20

13	5.25	20	36	16	2	[0 10]	[-2.6 -1]		15	-50	50	25

14	5.25	10	24	64	8	[0 20]	[-1 -2.5]		15	-48	50	10

15	5.25	5	9	16	6	[10 20]	[0 -3]		15	-46	20	5

16	5.25	10	24	64	5	[0 10 20]	[0 -2.5 -3]		10	-54	20	15

17	5.25	5	9	16	10	[5 10]	[-1.5	-2.5]	10	-52	40	20

18	5.25	20	54	64	2	[0 5 10]	[-1 -3.5 -3]		10	-50	40	25

19	5.25	5	9	16	8	[0 10]	[-4.9	-5.1]	10	-48	10	10

20	5.25	10	24	64	6	[0 20]	[-2	-1]	10	-46	10	5

21	5.25	20	36	16	5	[10 20]	[-1	-2]	5	-54	30	15

22	5.25	20	54	64	10	[0 10 20]	[-1 -2 -3]		5	-52	40	20

23	5.25	10	18	16	2	[5 10]	[-2	-3]	5	-50	50	25

24	5.25	10	24	64	8	[0 5 10]	[-2 0 -3]	5	-48	10	10

25	5.25	5	9	16	6	[0 20]	[0 -3]	5	-46	20	5

В таблице 1 приняты следующие обозначения:

f 0 - частота несущего гармонического колебания [ГГц];

F - полоса частот, выделяемая для линии передачи [МГц]; R - скорость передачи данных [Мбит/сек];

М - число точек в квадратном сигнальном созвездии при КАМ;

- скорость перемещения мобильного абонента (МА) [м/с];

- вектор задержек лучей многолучевого релеевского канала [нс];

- вектор мощностей лучей многолучевого релеевского канала [дБ]; SNR - отношение мощности сигнала к мощности шума на входе прием-

ника [дБ];
S -	уровень фазового шума приемника [дБс/Гц];
f	-	частотный сдвиг в канале [Гц];
-		фазовый сдвиг в канале [град].
Общие параметры:
Rсв.код - скорость сверточного кодирования, 1/2;
		– скорость кодирования с учетом выкалывания,	;
Nпилот сигнал - число пилот-сигналов, 4;
	– скорость распространения электромагнитной волны,			м/с.

4. Занятие № 1. Построение имитационной модели исследуемой системы

1.Запустите систему MATLAB и откройте файл с названием OFDMmodel; на экране появится окно системы SIMULINK, в котором будет представлена функциональная схема модели исследуемой системы передачи.

2.Сохраните открытый файл в папке вашей группы на рабочем столе, присвоив ему в качестве имени свою фамилию, записанную латинскими буквами, и номер лабораторной работы.

3.Установите значения параметров всех блоков модели согласно дан-

ным, полученным в результате предварительного расчета для вашего индивидуального варианта1.

Ниже в данном пункте приводится пример ввода значений параметров только тех блоков, значения параметров которых необходимо корректировать

1 Для ввода необходимых значений параметров блока модели установите курсор мыши на его изображение и щелкните левой кнопкой мыши; первый щелчок выделяет данный блок, после следующего двойного щелчка всплывает окно параметров данного блока, содержащего краткую инструкцию, кнопки Help, Apply и окошки для ввода численных значений параметров блока; при вводе необходимо соблюдать правила записи системы MATLAB.

для каждого индивидуального варианта. Для каждого названного ниже блока (выделены полужирным шрифтом) указаны только те параметры (выделены курсивом), численные значения которых должны быть введены студентом1.

1)Блок Bernoulli Binary

-Sample Time: ⁄

%	- длительность OFDM-символа,	- число информа-
ционных бит в одном OFDM-символе (блоке);
-	Sample per frame:
% Размер вектора на выходе блока		.

2)Блок Puncture

-Puncture vector:

%	– длина вектора выкалывания;	⁄	– должно
быть целым числом; размер вектора на выходе блока.

3)Блок Matrix Interleaver

-Number of rows:

-Number of columns:

4)Блок Rectangular QAM Modulator Baseband

-M-ary number: М

5)Блок Normilize

а) подблок Gain

- Gain: ⁄
%	для КАМ-4,	для КАМ-16,	для КАМ-64.
6) Подсистема OFDM Transmitter
а) блок PN Sequence Generator
-	Sample Time:
б) блок Select Rows
-	Indices to output:

% Вектор КАМ-символов, поступающий на вход блока, разбивается на 6 %подвекторов, каждый из которых содержит КАМ-%символов; i-й подвектор выдается

на i-й выход блока и содержит КАМ-символов, . в) блок

- Frame period:

1 Значения остальных параметров всех блоков модели должны остаться без изменений.

г) блок Matrix Concatination

% На выходе блока сформирован вектор КАМ-символов для всех используемых поднесущих, номера которых указаны на рис. 1 Приложения 1.

Размерность сформированного вектора равна	;
д) блок Zero pad for OFDM
е1) подблок Pad
- Column size:
% Здесь	- ближайшее целое
число, которое больше	и представимо в
виде двойки в целой степени;
е2) подблок Selector
- Index:
- Input port size:
% См. рис. 2 приложения 1;
е) блок Add Cyclic Prefix
- Index:
7) Подсистема OFDM Receiver
а) блок Remove Cyclic Prefix
- Index:
- Input port size:
б) блок Remove zero-padding and reorder
- Index:
- Input port size:
% См. рис. 3 Приложения 1;
в) блок Remove Rows
- Indices to output: {[
]	}

%См. рис. 2 Приложения 1.

8)Подсистема Channel Estimation and Compensation

а) блок Select Rows

% Назначение номеров выходов блока для принятых пилотсимволов;

б) блок PN Sequence Generator

- Sample time:

в) блок Interpolation

% Интерполяция коэффициентов передачи на частотах используемых поднесущих

- Interpolation points:

⁄ ⁄

г) блок Select Rows

-Indices to output:

9)Подсистема Denormalize

а) блок K-

-Gain:

для КАМ-4,

для КАМ16,

для КАМ-64.

10)Блок Rectangular QAM Demodulator Baseband

-M-ary number: М

11)Блок Matrix Deinterleaver

-Number of rows:

-Number of columns:

12)Блок Viterbi Decoder

-P40uncture vector :

-Traceback depth: 34

13)Блок AWGN

-SNR (dB): SNR

14)Блок Rayleigh Fading

-Maximum Doppler shift (Hz):

-Discrete path delay vector :

-Average path gain vector ( dB):

15)Блок Error Rate Calculation

-Receive delay: 34

16)Ключи Switch1 и Switch2

Ключ выделяется одним щелчком левой кнопки мыши; последующий двойной щелчок этой кнопкой переводит ключ в другое положение.

17) Блоки измерительных и контрольных приборов настроены на режим «По умолчанию».

18) Блоки Phase Noise и Phase/Frequency Offset в данной работе не используются.

Вид окон параметров блоков имитационной модели системы и примеры значений параметров можно найти в [3].

4.С помощью ключей Switch1, Switch2 установите модель идеального канала без помех.

5.Запустите процесс моделирования с помощью меню Simulation кнопка Start. Остановите процесс моделирования с помощью меню Simulation кнопка Stop. Ознакомьтесь с результатами моделирования, представленными на экранах виртуальных осциллографов:

а) графические изображения блоков переданных и принятых данных, б) сигнальные созвездия переданного и принятого сигнала, созвездие

принятого сигнала после оценивания и компенсации канала; в) графики спектральной плотности мощности переданного и принятого

сигнала.

6.С помощью ключей Switch1, Switch2 установите модель канала в виде многолучевого релеевского канала (блок Multipath Rayleigh Fading) с АБГШ (AWGN Channel2); генераторы фазового шума, фазового и частотного сдвигов в приемнике оставьте выключенными.

7.Выполните задание пункта 5 для новой модели.

8.Подготовьте отчет о выполнении заданий занятия 1, содержащий:

-функциональную схему исследуемой модели системы мобильной связи,

-графики одного блока переданных данных, сигнального созвездия и спектральных плотностей мощности переданного сигнала.

5.Занятие №2. Экспериментальное исследование помехоустойчивости системы мобильной связи

1.Запустите систему MATLAB и откройте в папке группы файл с вашим именем и номером работы, сохраненный вами на занятии № 1. На экране появится окно SIMULINK c вашей индивидуальной моделью системы мобильной связи.

2.С помощью ключей Switch1, Switch2, Switch3 и Switch4 установите модель канала с АБГШ (блок AWGN ); генераторы фазового шума, фазового и частотного сдвигов в приемнике выключены.

3.Изменяя значения параметра SNR в блоке AWGN и запуская процесс моделирования, измерьте значения BER (оценки вероятности ошибки на бит переданных данных) приемника (процесс моделирования должен автоматически остановиться после передачи 106 информационных бит). Диапазон значе-

ний параметра SNR необходимо выбрать так, чтобы обеспечить получаемые значения BER в интервале .

4.С помощью ключей Switch1, Switch2, Switch3 и Switch4 установите модель канала в виде многолучевого релеевского канала (блок Rayleigh Fading) с АБГШ (блок AWGN Channel2); генераторы фазового шума, фазового и частотного сдвигов в приемнике оставьте выключенными.

5.Выполните п. 3 задания данного занятия.

6.Подготовьте отчет об экспериментальных исследованиях в лаборатории, содержащий:

- графики помехоустойчивости системы для различных вариантов модели радиоканала;

- выводы по полученным зависимостям.

6. Методические указания по выполнению работы

Каждый студент выполняет индивидуальный вариант работы, номер которого определяется порядковым номером его фамилии в журнале академической группы.

Исследование способа формирования и обработки OFDM сигнала, исследование формы сигналов и их спектров на входе и выходе различных функциональных блоков приемника и передатчика, а также исследование влияния параметров радиоканала и приемника на качество демодуляции принятого сигнала выполняется в процессе запуска модели системы OFDMmodel. В модели реализованы все алгоритмы формирования комплексной огибающей OFDM сигнала в передатчике и ее обработки в приемнике.

Модель системы создана в прикладной программе SIMULINK, работающей под управлением ядра системы MATLAB.

Программа SIMULINK является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием SIMULINK реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в которой он работает.

В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки SIMULINK. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц.

Для проведения экспериментов в данной работе студентам нужно только изменять параметры некоторых блоков модели и подключать средства мониторинга в необходимые точки передатчика и приемника.

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]