Задание №4 - Расчёт зависимостей вероятностей битовой ошибки от отношения сигнал- шум для различных методов модуляции-демодуляции.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

1) В отчет внести скрипт программы и полученные графики, а также выполнить следующие задания: 1.Отобразить на графиках энергетический̆ проигрыш (ЭП) и сделать его приблизительную количественную оценку; 2. Исследовать влияние количества ветвей разнесения на помехоустойчивость системы связи; 3.Ответить, можно ли не только уменьшить ЭП, но и получить энергетический выигрыш от наличия ветвей разнесения?

2) Код программы:

%% Уланов Олег М4О-211Б-19

clc; clear;

%% Расчёт BER

%% ФМн-2

EbNo=0:1:20;

M=2;

ber21=berawgn(EbNo,'psk',M,'nondiff');

divorder=1;

ber22=berfading(EbNo,'psk',M,divorder);

%% ФМн-4

M=4;

ber41=berawgn(EbNo,'psk',M,'nondiff');

divorder=1;

ber42=berfading(EbNo,'psk',M,divorder);

%% ФМн-8

M=8;

ber81=berawgn(EbNo,'psk',M,'nondiff');

divorder=1;

ber82=berfading(EbNo,'psk',M,divorder);

%% ФМн-16

M=16;

ber161=berawgn(EbNo,'psk',M,'nondiff');

divorder=2000;

ber162=berfading(EbNo,'psk',M,divorder);

%% Построение графиков для гауссовского канала и канала с замиранием

figure;

semilogy(EbNo, ber21,'k-s',EbNo, ber41,'g-.*',EbNo, ber81,'r',EbNo, ber161);

ylim([10^-6 1]); % границы по оси ординат

legend( 'ФМн-2','ФМн-4','ФМн-8','ФМн-16','Location','BestOutside');

grid on; % Включение сетки

title('Зависимость битовой ошибки от отношения С/Ш для Гауссовского канала');

ylabel('BER');

xlabel('Eb/No');

figure;

semilogy(EbNo, ber22,'k-s',EbNo, ber42,'g-.*',EbNo, ber82,'r',EbNo, ber162);

legend( 'ФМн-2','ФМн-4','ФМн-8','ФМн-16','Location','BestOutside');

grid on;

title('Зависимость битовой ошибки от отношения С/Ш для канала с замиранием');

ylabel('BER');

xlabel('Eb/No');

figure;

semilogy(EbNo, ber161,'k',EbNo, ber162);

legend( 'Канал с АБГШ','Канал с замираниями','Location','SouthWest');

ylim([10^-6 1]);

grid on;

title('Сравнение зависимости битовой ошибки от отношения С/Ш для разных каналов (ФМн-16)');

ylabel('BER');

xlabel('Eb/No');

Результаты

3) Вывод: из графиков видно, что при увеличении количества ветвей разнесения ЭП ФМн-16 с замираниями от ФМн-16 с АБГШ уменьшается. Таким образом, помехоустойчивость системы связи увеличивается. Добиться энергетического выигрыша невозможно. ЭП ФМн-16 с замиранием от ФМн-16 с АГБШ приблизительно равен 6 дБ.

Задание №5 - Имитационное моделирование процессов формирования, цифровой обработки и определения спектрально-временных характеристик стохастических сигналов в среде MATLAB/Simulink

1) В отчет внести скрин модели и полученные графики, а также выполнить следующие задания: 1. Исследовать, как изменится АКФ сигнала и шума на выходе полосового фильтра; 2.Определить основные параметры АКФ;
3.Ответить, от каких параметров и блоков модели зависят эти параметры АКФ?

2) Результаты: исследуемая модель:

Исследуемая модель с АБГШ:

АКФ на выходе фильтра и эпюры сигнала с частотой:

2.1.1) 50 Гц

2.1.2) 500 Гц

2.1.3) 5 кГц

Изменим параметры фильтра:

2.2.1) Увеличим ширину фильтра в два раза:

2.2.2) Увеличим ширину фильтра в 4 раза:

2.2.3) Увеличим ширину фильтра в 10 раз:

2.2.4) Уменьшим ширину фильтра в два раза:

3) Вывод: изучил методы имитационного моделирования процессов формирования и цифровой обработки стохастических сигналов в среде MATLAB/Simulink, включая определение спектрально-временных характеристик таких сигналов. Создал имитационную модель с помощью блоков библиотеки Simulink, произвел настройку каждого из блоков. Наблюдал эпюры ЛЧМ-сигнала на входе и выходе фильтра, спектральную плотность мощности (СПМ) ЛЧМ сигнала на входе и выходе фильтра, а также временную реализацию и автокорреляционную функцию (АКФ) ЛЧМ сигнала.

Параметры АКФ зависят от частоты блока "Chirp" и от блока "Digital filter desing". Так, при увеличении частоты, мы видим эпюры на выходе в виде косинуса с более меньшим периодом, но с одинаковыми частотами. А чем шире полоса пропускания фильтра, тем более нормированной становится АКФ сигнала.

Задание №6 - Разработка имитационной модели цифровой РСПИ и определение спектрально-временных характеристик её сигналов в среде MATLAB/Simulink

1) В отчет внести скрин модели и полученные графики, а также выполнить следующие задания:1. Введите дополнительные блоки для:- наблюдения эпюр сигналов на входе и выходе канала;-определения СПМ на входе и выходе канала; 2. Изучите поведение модели (эпюры, СПМ, векторные диаграммы, BER) для разных отношений с/ш в канале (например, 30дБ, 10дБ, 5дБ, 0дБ)3. Объясните, с чем связано изменение качества приема.

2) Код программы:

%% Уланов Олег М4О-211Б-19 Имитационная модель с ФМ-2 (BPSK) в условиях воздействия АБГШ

clear; % Очистка WorkSpace

clc; % Очистка Command Window

%% Параметр моделирования

Maxstat=2^15; % Максимальный размер выборки

% Источник данных - генератор последовательности Бернулли

ProbZero=0.5; % Вероятность появления нуля

InitBernoulli=12; % Инициализация генератора Бернулли

Ti=1e-6; % Длительность информационного символа (сек)

Ri=1/Ti; % Скорость передачи информации

Tmod=Ti*1e4; % Время моделирования

%% Параметр дискретизации

Nsi=1; % Количество отсчетов на информационный символ

SimpleTime=Ti/Nsi; % Базовый шаг

%% Расчёт шагов дискретизации

dTi=Ti/Nsi;

%% Канал передачи данных

InitSeedAWGN=34; % Инициация генератора АБГШ (AWGN)

EbNo=10; % Битовое отношение с/ш в канале

NbitSymb=1; % Количество бит на символ

Pin=1; % Мощность сигнала на входе канала (Вт) ! для КО !

h2sn=10^(EbNo/10);

%% Расчёт вероятности ошибки

RecDelay=1; % Задержка принятого сигнала в эталонном канале

maxNumErrs=100; % Условие остановки моделирования

maxNumbits=1e6; % Условие остановки моделирования

DecimationErr=100; % Коэффициент прореживания при отображении ошибок

Скрин модели:

Квадратурное представление BPSK-сигнала (с АБГШ, с/ш = 10 дБ)

Сверху вниз: бинарная последовательность; BPSK-сигнал; BPSK-сигнал, прошедший через канал с АБГШ; демодулированный BPSK-сигнал.

2.1) с/ш = 30 дБ:

Квадратурное представление BPSK-сигнала (с АБГШ, с/ш = 30 дБ)

Эпюры сигналов в блоке Scope для с/ш = 30 дБ

2.2) с/ш = 5 дБ

Квадратурное представление BPSK-сигнала (с АБГШ, с/ш = 5 дБ)

Эпюры сигналов в блоке Scope для с/ш = 5 дБ

1) с/ш = 0 дБ

Квадратурное представление BPSK-сигнала (с АБГШ, с/ш = 0 дБ)

Эпюры сигналов в блоке Scope для с/ш = 0 дБ

Сверху вниз: бинарная последовательность; BPSK-сигнал; BPSK-сигнал, прошедший через канал с АБГШ; демодулированный BPSK-сигнал

При увеличении мощности сигнала, соответственно и при увеличении соотношения сигнал-шум, можно наблюдать более устойчивые эпюры сигнала после прохождения АГБШ. Так при соотношении сигнал-шум, равным 30 дБ, практически не наблюдается искажение сигнала из-за АГБШ, что демонстрируется на векторной диаграмме квадратурного представления BPSK-сигнала в канале с АБГШ.

Задание №7 - Планирование и проведение в среде MATLAB/Simulink экспериментов с имитационной моделью цифровой РСПИ с целью определения характеристик её помехоустойчивости.

1) В отчет внести скрин экрана модели и полученные графики, а также развернутые ответы на нижеперечисленные вопросы:1. Рассчитайте требуемый объем выборки для оценки BER с точностью до 15% и доверительной вероятностью 0.95 (см. Приложение №2) 2. Определите параметры остановки моделирования 3. С чем связано различие теоретических результатов и результатов моделирования?

2) Исследуемая модель:

Теоретический расчет зависимости BER(Eb/No):

3) Вывод: в ходе проделанной работы была более подробно изучена модель РСПИ, созданную в прошлом задании. Сравнил помехоустойчивость теоретическую и снятую с модели. Как видно из графиков их помехоустойчивость является практически одинаковой, что подтверждает правильность работы. Отличия возникают из-за разных объемов выборки для теоретической и экспериментальной BER.

Задание №8 - Разработка имитационной модели цифровой РСПИ (на основе QAM модуляции) и проведение в среде MATLAB/Simulink экспериментов с данной моделью с целью определения характеристик её помехоустойчивости.

1) В отчет требуется внести скрин модели и полученные графики, а также выполнение следующих заданий:

1. Рассчитать требуемый объем выборки для оценки BER с точностью до 10% и доверительной вероятностью 0.95 (см. приложение 2);

2. Используя функцию bertool, построить на одном графике теоретическую и практическую зависимости BER от отношения c/ш при передаче сигналов, модулируемых 4, 8, 16 и 64 позиционными QAM модуляторами по каналу с АБГШ. Сравнить экспериментальные значения с теоретическими.

3.. Используя функцию bertool, сравнить помехоустойчивость РСПИ, основанных на BPSK и QAM модуляции (для различных значений m).

4. Сравнить две созданные РСПИ. Описать преимущества и недостатки каждой из них. В каких случаях предпочтительнее использовать QAM, а в каких BPSK? Объяснить почему.

2) Скрин модели:

Код программы:

%% Уланов Олег М4О-211Б-19

% Имитационная модель с ФМ-2 (BPSK) в условиях воздействия АБГШ

%% Подготовка рабочей области

clear; % Очистка WorkSpace

clc; % Очистка Command Window

%% Параметр моделирования

Maxstat=2^15; % Максимальный размер выборки

% Источник данных - генератор последовательности Бернулли

ProbZero=0.5; % Вероятность появления нуля

InitBernoulli=12; % Инициализация генератора Бернулли

Ti=1e-6; % Длительность информационного символа (сек)

Ri=1/Ti; % Скорость передачи информации

Tmod=Ti*1e4; % Время моделирования

%% Параметр дискретизации

Nsi=1; % Количество отсчетов на информационный символ

SimpleTime=Ti/Nsi; % Базовый шаг

%% Расчёт шагов дискретизации

dTi=Ti/Nsi;

%% Канал передачи данных

InitSeedAWGN=34; % Инициация генератора АБГШ (AWGN)

EbNo=10; % Битовое отношение с/ш в канале

NbitSymb=1; % Количество бит на символ

Pin=1; % Мощность сигнала на входе канала (Вт) ! для КО !

h2sn=10^(EbNo/10);

%% Расчёт вероятности ошибки

RecDelay=1; % Задержка принятого сигнала в эталонном канале

maxNumErrs=1000; % Условие остановки моделирования

maxNumbits=1e6; % Условие остановки моделирования

DecimationErr=100; % Коэффициент прореживания при отображении ошибок

% Параметры модулятора

m=16; % количество позиций в QAM модуляторе

k=log2(m);% %разрядность QAM модулятора

Квадратурное представление QAM-сигнала в канале без АБГШ (слева), квадратурное представление QAM-сигнала в канале с АБГШ (справа).

Эпюры:

Теоретическая и практическая зависимости BER от отношения c/ш при передаче сигналов, модулируемых 4, 8, 16 и 64 позиционными QAM модуляторами по каналу с АБГШ.

4-х позиционный QAM модулятор:

8-и позиционный QAM модулятор:

16-и позиционный QAM модулятор:

64-х позиционный QAM модулятор:

3) Вывод: в ходе проделанной работы была разработана модель цифровой РСПИ, использующей QAM модуляцию, а также было проведено сравнение показателей помехоустойчивости этой системы с показателями РСПИ, основанной на BPSK модуляции.

Если сравнивать две РСПИ, то BPSK является более устойчивой к помехам, но менее скоростной. Если важна не скорость, а достоверность и надежность передачи с небольшими затратами энергии, то эта модуляция является лучшим вариантом. При работе с QAM модуляцией высокого порядка присутствует более эффективная пропускная способность, но при малых энергетических затратах мы наблюдаем невозможность исправления некоторых ошибок из-за шума. Если есть экономическая возможность увеличения мощности, то QAM модуляция будет более выгодна, чем BPSK по скорости передачи данных.

Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!