Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Системы и сети мобильной связи. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 107 8 9 10 > Следующая >>>

 Traceback depth = 12 – глубина декодирования (должна выби-









раться как (4…5)K).

Operation mode = Continuous.



Reset input – сброс кодера. Этот селектор должен быть сброшен.



В качестве источника информационной последовательности можно также воспользоваться «Генератором случайной двоичной последовательности» (см. рис. 2.8), его параметры должны быть настроены так, чтобы он выдавал последовательность двоичных символов. Для этого необходимо установить следующие значения блока параметров генератора:

Probability of a zero = 0.5;



Initial seed = 12345; Sample time = 1e-3;



Frame-based outputs – этот селектор должен быть сброшен;



Interpret vector parameters as 1-D – этот селектор должен быть



сброшен.

3.3. Экспериментальное исследование

3.3.1. Исследование блочного кодера

3.3.1.1. С использованием средств Simulink создать модели систе-

матического блочного кодера и декодера с заданными порождающими матрицами:

а) код (8,2);



00111110

11110001

 

1101000

0110100

б) код (7,4);

3.3.1.2. Получить все разрешенные кодовые слова данного кода.

3.3.1.3. Оценить (путем расчета) свойства кодов (8,2) и (7,4) по об-

наружению и исправлению ошибок.

3.3.1.4. Проверить корректирующие свойства кодов с использова-

нием модели.



1110010

1010001





3.3.1.5. Оценить (путем расчета) вероятность неправильного прие-





ма кодового слова кодов (8,2) и (7,4) при заданных вероятностях бито-

234

вой ошибки в канале (

10 , 10 , 10



3.3.1.6. Проверить результаты, полученные в предыдущем пункте,

с использованием моделирования.

3.3.2. Исследование сверточного кодера

3.3.2.1. С использование средств Simulink создать модели сверточ-

ного кодера и декодера с заданными свойствами:

а) код 3K  , 2n

б) код

3K 

, 1k; ,

;

111g

101g

;

111g

101g

3.3.2.2. Найти импульсную характеристику кодеров (отклик свер-

точного кодера на цифровую дельта-функцию).

3.3.2.3. Построить решетчатую диаграмму, описывающую кодер.

3.3.2.4. Найти минимальный просвет и оценить свойства кода по

исправлению ошибок.

3.3.2.5. Оценить вероятность битовой ошибки на выходе декодеров

(с указанными выше параметрами) при заданной вероятности битовой

234



ошибки (

10 , 10 , 10

) в канале АБГШ с использованием модели.

Контрольные вопросы

1. В системах связи реального времени увеличение избыточности означает повышение скорости передачи сигнала, меньшую энергию на канальный символ и больше ошибок на выходе демодулятора. Объясните, как на фоне такого ухудшения характеристик достигается эффективность кодирования?

2. Почему эффективность кодов коррекции ошибок снижается при низких значениях отношения сигнал/шум?

3. Дайте определение ное кодовое расстояние, генераторная матрица, минимальный просвет, длина кодового ограничения.

4. Каковы особенности сверточного кодирования по сравнению с блочным?

5. Зачем нужна периодическая очистка регистра при сверточном кодировании?

6. Опишите процедуры сложения, сравнения и выбора, которые осуществляются в ходе декодирования по алгоритму Витерби.

следующим понятиям: синдром, минималь-

Глава 4

ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЕ СПЕКТРАЛЬНО-

ЭФФЕКТИВНЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ

(BPSK, DBPSK, QPSK, OQPSK, MSK)

Методам модуляции сигналов в системах связи и вещания посвящено много работ. Их изучение продолжается уже достаточно давно, поэтому имеется строгая, хорошо обоснованная теория, накоплен большой опыт в исследовании способов модуляции и проектировании модемов (систем модуляции и демодуляции). Дальнейшее рассмотрение будет также ограничено методами цифровой модуляции (или манипуляции стемам передачи в основной полосе частот, т. е. системам, в которых используются информационные сигналы с двумя уровнями. Цифровая модуляция часто рассматривается как двухэтапная операция. Во-первых, преобразование двоичного потока информации в низкочастотные в общем случае комплексные сигналы (сигналы комплексной огибающей). Эти нуля, определяемую символьной скоростью передачи двоичных данных. Несущее колебание в данном случае не используется. Это так называемая модуляция в основной полосе частот (baseband). Основные свойства цифровой модуляции определяются именно этой ее частью. При использовании каналов определенного типа формирование сигналов модуляции baseband завершает работу модулятора вторых, цифровое сообщение используется для управления параметрами несущего колебания, что означает перенос спектра модулирующего сигнала в область несущей частоты. Ширина полосы спектра сигнала остается при этом той же, что и у модуляции в основной полосе, но сам спектр сосредоточен в окрестности заданной несущей. Эта модуляция называется ограничений модуляций в каналах мобильной связи является посто-

). Основное внимание будет уделено двоичным си-

сигналы занимают полосу частот в окрестности

. Во-

полосовой (passband). Одним из важных

янство огибающей модулированного сигнала. Необходимо отметить, что только манипуляции с постоянной огибающей имеют приемлемые рабочие характеристики и обеспечивают достоверность передаваемых данных в таких системах, сигналы которых подвержены специфичным искажениям огибающей: замираниям вследствие многолучевого распространения, ограничениям полосы, эффекту Доплера и др. Указанным выше свойством (постоянством огибающей) обладают как

фазовые манипуляции PSK (BPSK, QPSK, OQPSK, DBPSK,…), так и частотные FSK (M-FSK, MSK, GMSK, GFSK,…). Выбор того или иного метода модуляции (с постоянной огибающей) зависит от требований, предъявляемых к системе связи по обеспечению минимальной вероятности ошибки (обычно в расчете на бит передаваемой

информации,

, т. е. битовой ошибки) либо минимальной полосы,

требуемой для передачи информации (также в расчете на бит). Указанные выше критерии (минимизации вероятности битовой ошибки и используемой полосы частот) являются противоречивыми, и их оптимумы не могут быть достигнуты в одной и той же системе связи. В зависимости от того, какое

из указанных выше требований обеспечивается использованием того или иного вида модуляции, последние делятся на два типа:

1) энергетически эффективные (помехоустойчивые);

2) спектрально-эффективные.

Энергетическая эффективность модуляции характеризует достоверность передаваемых с использованием этой модуляции данных при воздействии на сигнал аддитивного белого шума. Вероятность битовой ошибки в контексте энергетической эффективности можно рассматривать

как минимальную мощность передатчика, необходимую для приемлемой работы системы связи. Спектральная эффективность (эффективность использования полосы частот) выражается отношением битовой скорости информационного потока к полосе частот системы, необходимой для его передачи. Так, если в основной полосе частот (0,5 МГц) данные передаются со скоростью

1 Мбит/с, то спектральная эффективность равна

двум. Фазовые ви-

ды модуляции, как правило, обладают высокой спектральной эффективностью, а частотные – энергетической эффективностью. Целью работы является изучение влияния АБГШ-канала на помехоустойчивые и спектрально-эффективные виды модуляций, используемых в системах подвижной связи.

4.1. Некоторые теоретические положения



4.1.1. Общие сведения о видах модуляций,

используемых в системах подвижной связи

Основной причиной разработки спектрально-эффективных видов модуляций является повышение эффективности использования полосы частот и, следовательно, уменьшение спектральной перегрузки каналов связи. В некоторых системах помимо требования эффективности использования полосы частот имеются и другие. Например, в условиях сильных помех актуальными являются помехоустойчивые (энергетически эффективные) виды модуляций. В спутниковых системах, использующих сигнала. Эффективность использования полосы частот может быть выражена количеством переданных бит в секунду на один герц полосы пропускания (бит/(сГц)). Эта нормированная величина является важнейшим параметром системы. Двоичные системы модуляции энергетически более эффективны, чем М-позиционные (т. е. при прочих условиях они обеспечивают меньшую вероятность ошибки), в то же время М-позиционные системы спектрально более эффективны, чем двоичные (т. е. для передачи информации в М-позиционных системах она возможна в более узкой полосе частот).

фазовой манипуляции (MPSK) с М = 2. Сигнал при MPSK имеет следующий вид:

или  .

нелинейное усиление, часто требуется постоянство огибающей

равных

4.1.2. Двоичная фазовая манипуляция (BPSK)

Данный тип модуляции является частным случаем М-позиционной

st t

При BPSK фаза сигнала принимает одно из двух значений – нуль









() cos

1, 2,..., .iM

(4.1)

4.1.3. Дифференциальная фазовая манипуляция

(DBPSK)

Дифференциальная фазовая манипуляция предполагает предварительное разностное кодирование потока битов. Последовательность потока битов ()mk кодируется согласно правилу

() ( 1) ()ck ck mk . (4.2)

Здесь (0) 1c  ,  – сложение по модулю 2, а черта над выражением













означает его алгебраическое дополнение. Другими словами, текущий бит кода ()с k равен единице, если бит сообщения совпадает с преды-

дущим закодированным битом (1)с k

, в противном случае ()с k = 0. Затем последовательность ()с k преобразуется в последовательность сдвигов фазы (1 – сдвиг фазы на

, 0 – нулевой сдвиг фазы).

4.1.4. Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) и квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом

(OQPSK)

Данные виды модуляции являются частным случаем М-позиционно фазовой манипуляции (MPSK) с М = 4. Эти модуляции относятся к спектрально-эффективным видам модуляции, позволяющим по-высить эффективности использования полосы частот. Двоичные цифры в передатчике группируются по два. Исходный поток данных

( ) , , ...

dt d d d , представляющий собой последовательность бипо-

лярных импульсов с уровнями 1

dt d d d

синфазного и квадратурного потока равны половине скорости передачи потока ()

ющем виде:

013

( ) , , ...

024

dt. Результирующий сигнал можно представить в следу-

и квадратурный

, разделяется на синфазный

( ) , , ...

dt ddd Скорости

135

где

st d t t d t t      , (4.3)

 – центральная частота сигнала. Величина результирующего

сдвига ()t принимает одно из четырех значений

() ()cos( /4) ()sin( /4)

0, / 2,

. Если

сигнал, модулированный QPSK, подвергается фильтрации для уменьшения побочных максимумов спектра, результирующий сигнал больше не будет иметь постоянной огибающей (фазовый сдвиг на  вызовет моментальное обращение огибающей в нуль). Если эти сигналы подвергаются нелинейному усилению в каналах с нелинейными усилителями, то хотя постоянная огибающая и восстанавливается, однако в

то же время восстанавливаются и все нежела-

тельные частотные максимумы. При модуляции OQPSK синфазный















и квадратурный потоки сдвинуты на длительность импульса

не могут одновременно изменить своего состояния. Поэтому результирующая фаза может измениться только на

0, / 2

 . Если

сигнал OQPSK подвергается фильтрации с ограничением полосы, то это приводит к небольшому спаду огибающей в области переходов фазы на /2 .

4.1.5. Манипуляция с минимальным фазовым сдвигом

(MSK)

Главное преимущество OQPSK перед QPSK (устранение внеполосной интерференции) наводит на мысль, что можно дополнительно усилить формат OQPSK, устранив разрывные переходы фаз. Одной из таких схем является манипуляция с минимальным сдвигом. MSK можно рассматривать как частный случай частотной манипуляции без разрыва фазы. Сигнал с MSK можно представить в следующем виде:

d представляют собой биполярные данные, которые передаются

где

() cos

ttx

со скоростью 1/

  

 

     

T ;

xx dd

  ,

kk kk



kT t k T

()



(1)

 , (4.4)

– центральная ча-

стота сигнала.

4.2. Указания по использованию пакета Simulink

для создания моделей модуляторов и демодуляторов

Процессы цифровой модуляции/демодуляции в каналах АБГШ могут быть исследованы с помощью модели, изображенной на рис. 4.1. Исследование различных манипуляций проводится заменой блоков модуляции/демодуляции модели (или изменением ряда параметров в этих блоках). В частности, схема, представленная на рис. 4.1, предполагает использование фазовых модуляций.

Рис. 4.1. Модель для исследования процессов модуляции и демодуляции

4.2.1. Источники данных

В качестве источника двоичных данных воспользуемся блоком «Генератор случайных двоичных чисел» (см. рис. 2.8). При исследова-

нии BPSK, DBPSK и MSK настройка генератора должна быть следующей.



Probability of a zero = 0.5 – вероятность нуля. Initial seed = 12345 – «затравка» для генератора случайных чисел.



Sample time = 1e-2 – период взятия отсчетов (с).



Frame-based outputs – селектор, позволяющий выбрать одну из



двух схем формирования выходного сигнала: а) либо каждый разряд четырехразрядного 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.

При QPSK и OQPSK настройка генератора должна быть следующей.



Probability of a zero = [0.5 0.5]. Initial seed = [12345 2345].



Sample time = 2e-2.



 Frame-based outputs – сброшен.

Interpret vector parameters as 1-D – сброшен.



4.2.2. Модели модулятора и демодулятора BPSK

В качестве моделей модулятора/демодулятора BPSK необходимо воспользоваться блоками, представленными на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Модулятор и демодулятор M-пози-

ционной фазовой манипуляции (MPSK)

Настройка модулятора осуществляется с помощью блока параметров, который содержит следующие пункты:



M-ary number = 2 – двоичная манипуляция; Input type = Bit – тип входного сигнала (битовый);



Constellation ordering = Binary – этот параметр показывает, как



интерпретировать группу битов входного сигнала;



Symbol period(s) = 1e-2 – длительность символа манипуляции

(в секундах);

Baseband samples per symbol = 1 – этот параметр показывает,



сколько отсчетов приходится на символ модуляции;



Carrier frequency (Hz) = 500 – частота несущего колебания (в гер-

цах);

Carrier initial phase (rad) = 0 – начальная фаза несущего коле-



бания;



Output sample time = 0.00125 – период взятия отсчетов выходного

сигнала (в секундах).

Блок параметров демодулятора содержит те же пункты, что и блок параметров модулятора. Второй и восьмой параметры называются соответственно Output type и Input sample time. Все параметры блока демодулятора должны быть теми же, что были установлены для модулятора.

4.2.3. Модели модулятора и демодулятора DBPSK

В качестве моделей модулятора/демодулятора DBPSK необходимо воспользоваться блоками, изображенными на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Модулятор и демодулятор дифференциальной M-позиционной фазовой манипуляции (MDPSK)

Состав блоков параметров модулятора/демодулятора MDPSK такой же, как у MPSK. Идентичными должны быть и значения параметров блоков.

4.2.4. Модели модулятора и демодулятора QPSK

В качестве моделей модулятора/демодулятора QPSK необходимо воспользоваться моделью MPSK, показанной на рис. 4.1, при этом блок параметров модулятора и демодулятора должен быть настроен следующим образом:



M-ary number = 4; Input type = Bit;



Constellation ordering = Binary;



Symbol period(s) = 2e-2;



Baseband samples per symbol = 2;



Carrier frequency (Hz) = 500;



Carrier initial phase (rad) = 0;



Output sample time = 0.00125;



4.2.5. Модели модулятора и демодулятора OQPSK

В качестве моделей модулятора/демодулятора OQPSK можно воспользоваться блоками, представленными на рис. 4.4.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 107 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]