Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и сети мобильной связи. Учебное пособие
.pdf
Знаком присваивания является знак равенства =.
Вектор задается перечислением элементов, разделяемых пробелом
или запятой (например, следующим образом: V[1 2 3 4]). Двухмерная
матрица также может быть задана перечислением элементов, строки
матрицы отделяются точкой с запятой (например, M[1 2 3 4;5 6 7 8]).
Для доступа к элементу вектора или матрицы используются круглые скобки, в которых указывается индекс (индексы) интересующего
элемента, например, M(1,2), V(4) и
т. д. Довольно часто при этом используется символ :, означающий «все элементы». Например, R = M(1,:)
означает, что R является вектором, составленным из элементов 1-й
строки матрицы M; R = M(:,2) означает, что R является вектором, составленным из элементов 2-го столбца матрицы M.
Символ : используется также для альтернативного способа задания
векторов или последовательностей. Например команда V = (0:0.1:1) задает вектор-строку V = [0 0.1 0.2 0.3 ….1],
таким образом первый элемент выражения в круглых скобках задает начальное значение последовательности, второй – шаг изменения и третий – конечное значение.
Операции +,-,*, / являются по умолчанию матричными, поэтому необходимо следить за структурой данных, участвующих в вычислениях. Для
этого используется окно WORKSPACE, где в наглядной форме отображается структура всех определенных переменных. Операции
.* и . / исполь-
зуются для поэлементного умножения и деления матриц.
Встроенные функции записываются строчными буквами, а их аргументы указываются в круглых скобках, например, sin(10). Нахождение значения функции по умолчанию также является матричной операцией. Соответствующая функция применяется к каждому элементу
вектора или матрицы (например, sin(V), где V – вектор-строка дает
вектор-строку
с элементами [sin(V(1)) sin(V(2)) sin(V(3))….]).
Для использования моделей пакета Simulink необходимо активизировать кнопку New (поз. 2, рис. 2.1 – изображение чистого листа) в окне
браузера библиотеки Simulink (поз. 1, рис. 2.1) (при этом открывается окно модели (поз. 3, рис. 2.1)). Окно браузера библиотеки Simulink включает
дерево моделей с раскрывающимися ветвями-блоками. Любой блок можно перетащить мышью в окно модели
. В этом окне по блокам составляется модель рассматриваемого устройства. Блоки соединяются друг с другом линиями, для чего используется мышь, с помощью которой указываются точки соединений и осуществляется протягивание соединительных
линий. Параметры каждого блока можно уточнить или задать с помощью
окна параметров блока (поз. 4, рис. 2.1). Кнопка с
треугольником (поз. 5,
рис. 2.1) запускает процесс моделирования.
41
2 1 4 3 5
Рис. 2.1. Окна программ MatLab и Simulink
В большинстве лабораторных работ
предусмотрен вывод результата в рабочее
пространство MatLab.
Модель приемника данных такого типа
(рис. 2.2) находится в папке Simulink/Sinks и
Рис. 2.2. Приемник
To Workspase (вывод
результата в рабочее
пространство MatLab)
позволяет сохранять информацию в виде числового массива, с которым можно работать с
помощью средств MatLab. Имя массива можно выбрать с помощью блока параметров. По
умолчанию массив называется simout. Биб-
лиотека Simulink
содержит блок, предназначенный для моделирования
каналов с аддитивным шумом (рис. 2.3).
42
Соответствующие свойства канала можно задавать с помощью блока параметров (рис. 2.4).
Для вызова подходящего диалогового окна необходимо щелкнуть мышью над тем блоком, свойства которого мы хотим изменить. Параметры по
умолчанию задаются в окнах ввода и могут быть
изменены. В верхней части диалогового окна
Рис. 2.3. Канал
с аддитивным белым
гауссовским шумом
находится информационная панель, текст которой
поясняет назначение блока и устанавливает виды допустимых
входных воздействий. Текст данной панели не может быть изменен.
Для рассматриваемого блока (канала с аддитивным шумом) можно задать следующие параметры:
Initial seed – «затравка» для генератора случайных чисел;
Mode – способ описания соотношения мощности сигнала и шума;
Es/No [dB] – отношение энергии сигнала на символ на спек-
тральную плотность мощности шума [Дб];
Input signal power [watts] – мощность сигнала (Вт);
Symbol period [s] – длительность символа [с].
Рис. 2.4. Диалоговое окно задания параметров
канала АБГШ
43
В качестве входного сигнала для блока, изображенного на
рис. 2.3, может быть использовано действительное или комплексное
число, вектор-строка действительных или комплексных чисел либо
вектор-столбец действительных или комплексных чисел. В данном
примере приведен внешний вид блока параметров модели канала
АБГШ (рис. 2.4). С целью задания иных параметров модели необходимо просто редактировать
соответствующие поля ввода. Поскольку
вид блока параметров для различных моделей, а также способ работы
с ним в значительной степени однотипны, то в дальнейшем с целью
экономии места рекомендуемые значения параметров будут просто
перечислены.
Библиотека Simulink содержит два блока,
предназначенных для моделирования многолучевых каналов с замираниями: многолучевой
и райсовский
Рис. 2.5. Многолучевой релеевский ка нал с замираниями
релеевский канал с замираниями
канал с замираниями. Блок «Многолучевой
релеевский канал с замираниями» (рис. 2.5)
служит для имитации прохождения сигнала по
каналу с замираниями.
Этот блок, в частности, может быть применен для моделирования
беспроводных каналов мобильной связи. В качестве входного сигнала может быть использовано комплексное число, вектор-строка комплексных чисел либо вектор
-столбец комплексных чисел. В качестве
входного сигнала предполагается подавать комплексную огибающую
сигнала. Подвижность абонентской станции относительно базовой
приводит к появлению доплеровского рассеяния. Максимальный доплеровский сдвиг может быть вычислен на основе скорости движения мобильной станции V. Если мобильная станция движется под некоторым углом к направлению излучения, то
доплеровский сдвиг
частоты будет
(/)cos()
fVfc
dc
. (2.15)
Свойствами модели «Многолучевой релеевский канала с замираниями» можно управлять с помощью блока параметров, содержащего
следующие пункты.
Doppler frequency [Hz] – доплеровский частотный сдвиг – поло-
жительное целое число, определяющее максимальный доплеровский
сдвиг (в герцах). В данной работе предполагается исследовать влияние
44
на свойства канала взаимного перемещения приемника и передатчика,
приводящих к доплеровским сдвигам 4…400 Гц.
Sample time – интервал взятия отсчетов (в секундах).
Delay vector [s] – вектор задержек – временные задержки (в се-
кундах) в дополнительных каналах (размерность вектора определяет
количество каналов). В данной работе предполагается исследовать
влияние количества каналов и соответствующих им задержек на свойства многолучевого канала.
Gain vector [dB] – ослабление в каналах – вектор, определяющий
затухание в каналах (в децибелах) (размерность вектора зависит от количества каналов). В данной работе предполагается исследовать влияние затухания в каналах на свойства многолучевого канала.
Normalize gain vector to 0 dB overall gain – селектор, с помощью
которого осуществляется выбор одного из вариантов: а) при моделировании производится масштабирование затуханий в каналах так, чтобы общее затухание многолучевого канала составило 0 Дб (селектор
установлен); б) масштабирование не производится (селектор сброшен).
Рекомендуется установить селектор.
Initial seed – «затравка» для генератора случайных чисел.
Блок «Райсовский канал с замираниями»
(рис. 2.6) предназначен для имитации прохож-
дения сигнала по каналу с замираниями.
Особенностью блока является то, что сигнал преимущественно распространяется по
прямому пути и не претерпевает переотражений. Этот блок также используется для моделирования беспроводных каналов мобильной свя-
. В качестве входного сигнала может быть использовано комплекс-
зи
Рис. 2.6. Многолучевой райсовский канал
с замираниями
ное число, вектор-строка комплексных чисел либо вектор-столбец
комплексных чисел. В качестве входного сигнала предполагается подавать комплексную огибающую сигнала. Соответствующие свойства
канала можно моделировать с помощью блока параметров, содержащего следующие пункты.
K-factor – K-фактор – отношение мощности зеркальной и диффу-
зионной составляющих. В данной работе предполагается исследовать
влияние этого фактора на свойства многолучевого канала.
Doppler frequency [Hz] – доплеровский частотный сдвиг – поло-
жительное целое число, определяющее максимальный доплеровский
сдвиг (в герцах). В данной работе предполагается исследовать влияние
45
на свойства канала взаимного перемещения приемника и передатчика,
приводящих к доплеровским сдвигам 4…400 Гц.
Sample time – интервал взятия отсчетов (в секундах).
Delay [s] – временная задержка (в секундах) в зеркальном канале.
Gain [dB] – ослабление в зеркальном канале (в децибелах).
Initial seed – «затравка» для генератора случайных чисел.
2.3. Экспериментальное исследование
Изучение каналов мобильной связи
с помощью моделей MatLab/Simulink
2.3.1. Построить модель, позволяющую проанализировать прохож-
дение двоичного фазоманипулированного сигнала (модуляция BPSK)
через АБГШ канал (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Прохождение сигнала BPSK через АБГШ канал
46
В качестве информационной последовательности можно воспользоваться блоком «Генератор
случайных двоичных чисел» (рис. 2.8).
Необходимо настроить этот генератор на формирование информационных слов заданной длины.
Например, чтобы настроить генератор на формирование информационного слова, состоящего из
одного двоичного символа, принимающего значения 0 или 1 с равными вероятностями и передаваемого за одну миллисекунду
(т. е. с информацион-
Рис. 2.8. Генератор
случайных двоич ных чисел
ной скоростью 1 кБ/с), параметры генератора
должны быть выбраны следующим образом:
Probability of a zero = [0.5] – вероятность нуля;
Initial seed = [12345] – «затравка» для генератора случайных
чисел;
Sample time = 1e-3 – период взятия отсчетов (с);
Frame-based outputs – селектор, позволяющий выбрать одну из
двух схем формирования выходного сигнала: а) либо каждый разряд
сигнала подается по отдельному проводу; б) разряды сигнала передаются последовательно во времени по одному проводу. Этот селектор
должен быть сброшен;
Interpret vector parameters as 1-D – интерпретировать вектор па-
раметров как одномерный вектор. Этот селектор также должен быть
сброшен.
Модуляция/демодуляция сигналов осуществляется в основной полосе частот с использованием блоков BPSK Modulator Baseband и
BPSK Demodulator Baseband соответственно (рис. 2.9). Единственным
параметром блоков является начальный фазовый сдвиг – Phase
offset(rad), который выбирается равным нулю в обоих устройствах.
Рис. 2.9. Модулятор и демодулятор BPSK
47
Блоки, формирующие диаграмму сигнального созвездия и глазковую диаграмму, используются для оценки влияния канала на передаваемые сигналы.
2.3.2. Оценить (с помощью модели, изображенной на рис. 2.7)
среднюю вероятность ошибки в случае, если для передачи и обработки
информации используются:
двоичные противоположные фазоманипулированные сигналы
(BPSK) и когерентная обработка;
двоичные ортогональные частотно-манипулированные сигналы
(MSK) и когерентная обработка;
двоичные ортогональные частотно-манипулированные сигналы
(FSK) и некогерентная обработка.
Общая структура модели остается неизменной, меняется лишь тип
модулятора/демодулятора. Так, для моделирования MSK используются
блоки, изображенные на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Модулятор и демодулятор MSK
Параметры блоков должны быть следующими:
Input type/ Output type = Bit – двоичный вход/выход;
Phase offset (rad) = 0;
Samples per symbol = 8 – количество отсчетов на символ модуляции;
Traceback depth = 16 – задержка при демодуляции.
Для моделирования FSK используются блоки, изображенные на
рис. 2.11.
Рис. 2.11. Модулятор и демодулятор FSK
48
Параметры блоков должны быть следующими:
E
N
F
M-ary number = 2 – используется двухпозиционная модуляция;
Input type/ Output type = Bit – двоичный вход/выход;
Symbol set ordering = Binary;
Frequency separation (Hz) = 6 – частотный разнос сигналов нуля и
единицы;
Phase continuity = Continuous – непрерывность фазы при перехо-
де между символами;
Samples per symbol = 17 – количество отсчетов на символ моду-
ляции.
Оценка вероятности ошибки находится в результате сравнения
массивов Simout и Simout1 в рабочем пространстве MatLab. Результаты представляются в виде графика зависимости вероятности битовой
ошибки от отношения сигнал/шум
Pf
b
b
в логарифмическом
0
масштабе по обеим осям.
2.3.3. Провести расчет вероятностей ошибок для указанных случа-
ев. Для этого можно использовать функцию нормального распределения normcdf библиотеки MatLab. Эта функция определена следующим
образом:
2
()
tm
x
xm e dt
(/ ,)
1
2
2
2
, (2.16)
где
m и – матожидание и СКО случайной величины х. Синтаксис
функции normcdf, определен в системе MatLab следующим образом:
F=normcdf(x,
m ,
).
2.3.4. Построить модель, описывающую прохождение двоичного
фазоманипулированного сигнала (модуляция BPSK) через многолучевой релеевский канал с замираниями. Общая структура модели
(см. рис. 2.7) остается неизменной, меняется лишь тип канала. Так, для
моделирования многолучевого релеевского канала с замираниями используются блок, изображенный на рис. 2.5, а модель райсовского канала с замираниями представлена блоком, изображенным
на рис. 2.6.
2.3.5. Исследовать влияние максимального доплеровского сдвига,
количества каналов, задержек и затуханий в каналах на форму огиба-
49
ющей. Оценить на основе реализации огибающей сигнала интервал
f
f
()
t
временной когерентности канала
.
C
2.3.6. Оценить спектральную плотность доплеровского рассеяния
по нескольким реализациям сигнала с замираниями для трех значений
доплеровской частоты
.
d
2.3.7. По заданным параметрам канала найти средний разброс за-
держек
и многолучевое рассеяние
и затуханий лучей. Оценить полосу когерентности канала ()
T для трех вариантов задержек
m
.
C
2.3.8. Исследовать влияние K-фактора на форму огибающей сиг-
нала.
Контрольные вопросы
1. Какие два механизма характеризуют замирание? Объяснить, как
связано временное и частотное описание этих механизмов.
2. Определить следующие параметры: среднеквадратический разброс задержек, ширина полосы когерентности, интервал когерентности, доплеровское расширение. Как они связаны между собой?
3. Почему искажение сигнала, вызванное замиранием, является более серьезным фактором, чем уменьшение отношения сигнал/шум?
4. Какие методы применяются для борьбы с частотно-селективными замираниями?
5. Какие методы используются для борьбы с быстрыми замираниями?
6. Какие существуют способы разнесения сигнала?
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]