Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование систем беспроводной связи и интернета вещей. Методические указания для выполнения лабораторных и практических работ для студентов техни
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)
Е. В. Рогожников
Э. М. Дмитриев
К. В. Диноченко
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ И
ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
Методические указания для выполнения
лабораторных и практических работ для студентов
технических направлений подготовки и
специальностей квалификации бакалавр по
дисциплине Проектирование систем беспроводной
связи и интернета вещей
Томск
2023
УДК 681.3.068
ББК 32.973.2
Р 598
Рецензент:
Крюков Я.В., доцент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники
ТУСУРа, кандидат технических наук
Р 598 Проектирование систем беспроводной связи и интернета вещей:
Методические указания для выполнения лабораторных и практических работ
для студентов технических направлений подготовки и специальностей
квалификации бакалавр по дисциплине Проектирование систем беспроводной
связи и интернета вещей/ Е. В. Рогожников, Э. М. Дмитриев, К. В. Диноченко –
Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2023. 42 с.
Настоящие учебно-методическое пособие содержит указания по выполнению
лабораторных и практических работ по дисциплине Проектирование систем беспроводной
связи и интернета вещей. 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 № 1 от 31 августа 2023 г.
УДК 681.3.068
ББК 32.973.2
© Рогожников Е.В., Дмитриев Э.М.,
Диноченко К.В., 2023
© Томск. гос. ун-т систем управления и
радиоэлектроники, 2023
2
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................. 4
Работа №1 ............................................................................................................................... 5
Работа №2 ............................................................................................................................... 7
Работа №3 ............................................................................................................................. 11
Работа №4 ............................................................................................................................. 15
Работа №5 ............................................................................................................................. 20
Работа №6 ............................................................................................................................. 25
Работа №7 ............................................................................................................................. 28
Работа №8 ............................................................................................................................. 31
Работа №9 ............................................................................................................................. 34
Работа №10 ........................................................................................................................... 39
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................... 42
Оглавление
3
ВВЕДЕНИЕ
Практикум по курсу “Проектирование систем беспроводной связи и интернета вещей”
предназначен для закрепления и расширения теоретические знаний студентов в области
построения современных систем цифровой радиосвязи, построения беспроводных сетей и
систем.
Первая часть практикума 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;
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
Работа №1
clc
clear all
close all
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);
«Начало работы с Octave»
Цель работы: Изучить основные функции и блоки Octave и составить тестовую
программу.
Задачи 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 – 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:
Результат выполнения кода показана на рисунке 1.1.
5
Рисунок 1.1 – Полученный гармонический сигнал
ВХОД
ВЫХОД
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
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 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 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
Работа №2
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;
RANDOMDATA = randi([0 1], 1, 10000);
DATA = RANDOMDATA(1:size);
for i=1:size
if (DATA(i)==1)
MOD_DATA(i) = 1;
else
MOD_DATA(i) = -1;
end;
end
«Реализация BPSK передатчика и приёмника в Octave»
Цель работы: Изучить принцип переноса BPSK последовательности на несущую
частоту.
Задачи 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.
Сформируйте битовую последовательность.
Произведите BPSK модуляцию.
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
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
t = (0:length(MOD_DATA_interp)-1)/fs;
car_sig = sin(...
RECO=...
figure
plot(RECO);
xlim([0, 200]);
RECO_AWGN=awgn(RECO, 15, ‘measured’)
Выполните интерполяцию. Если MOD_DATA имеет размерность 1000 символов, на
выходе интерполятора должно быть в L раз больше символов. Пример функции
интерполяции представлен ниже.
Задайте временной диапазон.
Задайте гармонический сигнал с несущей частотой fc.
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.
Добавьте белый шум с помощью функции awgn. Отношение сигнал-шум задайте
равным 15.
8
Обработка сигнала. Приёмник.
REVIVE =...
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
decim = y(L:L:end);
for i=1:length(decim)
if ((decim(i))<0)
demod(i) = 0;
else
demod(i) = 1;
end
end
err = biterr(DATA, demod);
Верните BPSK последовательность на нулевую частоту, повторно перемножив BPSK
последовательность с гармоническим сигналом. Постройте ее график (Рисунок 2.2 E.).
Выполните фильтрацию полученных данных на нулевой частоте путем
интегрирования (Рисунок 2.2 G.).
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.).
Посчитайте ошибки с помощью функции biterr().
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 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 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
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]