Курсовая работа: Передача цифрового сигнала

Рисунок 9 – Настройки блока Zero-Order Hold1.

Следующим элементом в АЦП является квантователь. Он обеспечивает квантование с одинаковым шагом по уровню. Рассчитаем значения его параметров.

Таким образом, настройки блока квантования Quantizer1 будут следующие:

Рисунок 10 – Настройки блока Quantizer1.

Блок Rounding Function1 является простой математической функцией округления значения до ближайшего целого. Этот блок – подготовительное звено перед конвертированием квантованного сигнала в биты.

Блок Integer to Bit Converter1 выполняет преобразование целочисленных значений в биты. Настройки этого блока приведены на рисунке 11:

Рисунок 11 – Настройки блока Integer to Bit Converter1.

Параметр number of bits per integer (количество бит на число) определяется разрядностью АЦП (6) плюс 1.

При этом осциллограмма Scope1 покажет, что 4 битовых канала фактически не используются. Вероятнее всего это связано с несоответствием диапазона сигнала на входе АЦП и его разрядности, т.е. если используется АЦП 7 бит, то максимальное значение сигнала, на него подаваемое должно быть 128 (27) иначе его разрядность не используется при округлении к целым числам, т. о. сигнал, подаваемый на АЦП должен быть увеличен до этой величины, а после ЦАП на столько же уменьшен.

Для реализации увеличения и уменьшения сигнала используются блоки Gain (для увеличения) и Gain1 (для уменьшения) с коэффициентами 8 и 1/8 соответственно.

Блоки Gain выполняют умножение входного сигнала на постоянный коэффициент.

Параметры:

Gain – Коэффициент усиления.

Multiplication – Способ выполнения операции. Может принимать значения (из списка):

- Element-wise K*u– Поэлементный.

- Matrix K*u – Матричный. Коэффициент усиления является левосторонним операндом.

- Matrix u*K – Матричный. Коэффициент усиления является правосторонним операндом.

Saturate on integer overflow (флажок) – Подавлять переполнение целого. При установленном флажке ограничение сигналов целого типа выполняется корректно.

Параметр блока Gain может быть положительным или отрицательным числом, как больше, так и меньше 1. Коэффициент усиления можно задавать в виде скаляра, матрицы или вектора, а также в виде вычисляемого выражения.

В том случае если парметр Multiplication задан как Element-wise K*u, то блок выполняет операцию умножения на заданный коэффициент скалярного сигнала или каждого элемента векторного сигнала. В противном случае блок выполняет операцию матричного умножения сигнала на коэффициент заданный матрицей.

По умолчанию коэффициент усиления является действительным числом типа double.

Для операции поэлементного усиления входной сигнал может быть скалярным, векторным или матричным любого типа, за исключением логического (boolean). Элементы вектора должны иметь одинаковый тип сигнала. Выходной сигнал блока будет иметь тот же самый тип, что и входной сигнал. Параметр блока Gain может быть скаляром, вектором или матрицей либого типа, за исключением логического (boolean).

При вычислении выходного сигнала блок Gain использует следующие правила:

Если входной сигнал действительного типа, а коэффициент усиления комплексный, то выходной сигнал будет комплексным.

Если тип входного сигнала отличается от типа коэффициента усиления, то Simulink пытается выполнить приведение типа коэффициента усиления к типу входного сигнала. В том случае, если такое приведение невозможно, то расчет будет остановлен с выводом сообщения об ошибке. Такая ситуация может возникнуть, например, если входной сигнал есть беззнаковое целое (uint8), а параметр Gain задан отрицательным числом.

Рисунок 12 – Настройка блоков Gain и Gain1

Использование блоков Gain и Gain1 позволит оптимизировать загрузку канала.

Рисунок 13 – Показания на осциллограмме Scope1

Модем

Для передачи по любому каналу связи цифровое сообщение, представляющее собой последовательность символов (чисел), необходимо преобразовать в аналоговый сигнал - изменяющуюся во времени физическую величину (например, напряжение). Кроме того, канал связи способен пропускать лишь определенную полосу частот, так что сформированный аналоговый сигнал должен этой полосе соответствовать. Указанное преобразование осуществляется путем модуляции. Обратный процесс носит название демодуляции.

Сущность процесса модуляции состоит в том, что передаваемое сообщение используется для изменения каких-либо параметров несущего колебания (чаще всего - синусоидального). Это позволяет создать модулированный сигнал, занимающий заданную полосу частот.

При цифровой модуляции возможны следующие ее виды:

·  амплитудная манипуляция;

·  частотная манипуляция;

·  минимальная частотная манипуляция;

·  фазовая манипуляция;

·  квадратурная манипуляция.

Цифровая модуляция и демодуляция включают в себя две стадии. При модуляции цифровое сообщение сначала преобразуется в аналоговый модулирующий сигнал с помощью функции modmap, а затем осуществляется аналоговая модуляция. При демодуляции сначала получается аналоговый демодулированный сигнал, а затем он преобразуется в цифровое сообщение с помощью функции demodmap.

По заданию необходимо использовать фазовую манипуляцию (модуляцию цифрового сигнала). Фазовая манипуляция (англ. phase-shift keying (PSK)) была разработана в начале развития программы исследования дальнего космоса; сейчас схема PSK широко используется в коммерческих и военных системах связи. Фазоманипулированный сигнал имеет следующий вид:

Фазовый член φi(t) может принимать М дискретных значений.

Имеет много разновидностей: 2 фазы (BPSK, B-Binary, 1 бит на 1 смену фазы), 4 фазы (QPSK, Q-Quadro, 2 бита на 1 смену фазы), 8 фаз (8-psk, 3 бита на 1 смену фазы) и т.д. Таким образом, количество бит n, передаваемых одним перескоком фазы является степенью в которую возводится двойка при определении числа фаз, требующихся для передачи n-порядкового двоичного числа.

В построении модема будет использоваться QPSK.

Квадратурная фазовая манипуляция иногда называется 4-PSK. В QPSK (англ. Quadrature Phase Shift Keying) используются созвездие из четырех точек, размещенных на равных расстояниях на окружности. Используя 4 фазы, QPSK может кодировать два бита на символ, как показано на рисунке, для минимизации BER - удвоенная вероятность для BPSK. Анализ показывает, что скорость может быть увеличена в два раза относительно BPSK при той же полосе сигнала, либо оставить скорость прежней, но уменьшить полосу вдвое.

Хотя QPSK может рассматриваться как квадратурная модуляция, ее проще рассматривать в виде двух независимых модулированных несущих сдвинутых на 90°. При таком подходе четные (нечетные) биты используются для модуляции синфазной составляющей, а нечетные (четные) - квадратурной составляющей несущей. Так как BPSK используется для обеих составляющих несущей, то они могут быть демодулированы независимо.

В результате, вероятность ошибки на бит для QPSK такая же как и для BPSK:

Однако, так как в символе два бита, то величина ошибки на символ возрастает:

При высоком отношении с/ш (это необходимо для реальных QPSK систем) вероятность м. б. примерно оценена по следующей формуле:

Как и при BPSK, существует проблема неопределенности начальной фазы в приемнике. Поэтому QPSK с дифференциальным кодированием на практике используется чаще.

Отличие QPSK от АМн, ЧМн в том что плотность передаваемой информации в расчёте на частотную ширину канала (на символ, на герц) выше единицы.

Например, в АМн плотность много меньше единицы (0,1-0,001 бит на герц) - это связано с необходимостью накопления энергии в фильтрах в первых малочувствительных приёмниках (например, русский изобретатель радио Попов использовал АМн в первом в мире приёмнике). В ЧМн этот показатель приближается к единице (0,1-1) бит на символ (герц). Например, в GMSK, применяемому в GSM плотность информации равняется 1.

Этот вид модуляции используется например в стандарте сотовой связи CDMA2000 1X EV-DO.

Рисунок 14 - Фазовое созвездие для квадратурной ФМн.

В качестве блоков модуляции будут использоваться блоки раздела Communications Blockset\Modulation\Digital Baseband Modulation\PM QPSK Modulator Baseband, а в качестве блоков демодуляции – элементы того же раздела QPSK Demodulator Baseband.

Так как, после АЦП аналоговый сигнал преобразуется в параллельный цифровой, то на входе модема необходимо установить демультиплексор с размерностью 7, а на выходе мультиплексор с размерностью 7.

Блок модема изображен на рисунке 13:

Страницы: 1, 2, 3