Instrukcja VisSim cz I

background image

POLITECHNIKA OPOLSKA



K

ATEDRA

A

UTOMATYKI

,

E

LEKTRONIKI

I

I

NFORMATYKI




LABORATORIUM ELEKTRONIKI










Projektowanie i Symulacja

Systemów Telekomunikacyjnych

COMMSIM 2001

Wprowadzenie

background image

Laboratorium Elektroniki

Projektowanie i Symulacja Systemów Telekomunikacyjnych COMMSIM 2001

Politechnika Opolska

2

Program CommSim 2001



Commsim jest programem komputerowym pozwalaj

ą

cym projektowa

ć

i symulowa

ć

analogowe i cyfrowe poł

ą

czenia komunikacyjne. Biblioteki programu zawieraj

ą

analogowe i cyfrowe modulatory, modele kanałów transmisyjnych, demodulatory, bloki
p

ę

tli fazowej, kody korekcji bł

ę

dów oraz analizatory bł

ę

dnych bitów. Symulacje mog

ą

by

ć

prowadzone zarówno w dziedzinie rzeczywistej jak i zespolonej. Dzi

ę

ki temu mo

ż

na

symulowa

ć

bardzo skomplikowane systemy komunikacyjne przy zdecydowanie

mniejszych obci

ąż

eniach obliczeniowych.


Wprowadzenie


Typowe poł

ą

czenie telekomunikacyjne składa si

ę

z minimum trzech podstawowych

elementów: nadajnika, kanału transmisyjnego i odbiornika. Aby w zadawalaj

ą

cy sposób

modelowa

ć

cały system telekomunikacyjny, narz

ę

dzie musi mie

ć

mo

ż

liwo

ść

symulacji

tych trzech podstawowych elementów.
Nadajnik i odbiornik mog

ą

by

ć

dodatkowo podzielona na dalsze podsystemy, tak jak

pokazano to na rysunku poni

ż

ej. Zawiera on

ź

ródło danych (analogowe lub cyfrowe),

opcjonalnie koder, modulator, demodulator, opcjonalnie dekoder oraz wyj

ś

cie danych.


Rysunek 1. Elementy systemu telekomunikacyjnego

Ź

ródło danych generuje sygnał informacyjny, który jest przeznaczony do wysłania do

odbiornika. Sygnałem tym mo

ż

e by

ć

zarówno sygnał analogowy, np. mowa jak i sygnał

cyfrowy, np. binarna sekwencja danych. Sygnał taki jest typowym sygnałem zawartym w
pewnym pa

ś

mie cz

ę

stotliwo

ś

ciowym i reprezentowanym poprzez poziomy napi

ę

cia.


Dla sygnału analogowego, cz

ę

sto przed wysłaniem, po

żą

dane jest jego kodowanie do

postaci cyfrowej poprzez przej

ś

cie przez proces kwantyzacji. Krok ten przekształca

sygnał analogowy do postaci cyfrowej. Je

ś

li cz

ęść

informacji zostaje wyci

ę

ta podczas

tego procesu, ko

ń

cowy sygnał cyfrowy jest cz

ę

sto du

ż

o bardziej odporny na

oddziaływanie zakłóce

ń

w kanale transmisyjnym.

background image

Laboratorium Elektroniki

Projektowanie i Symulacja Systemów Telekomunikacyjnych COMMSIM 2001

Politechnika Opolska

3

Koder zapewnia równie

ż

dodanie redundancji do cyfrowego ci

ą

gu danych, czyli

pewnych dodatkowych danych bitowych, w taki sposób, aby zapewni

ć

w odbiorniku

zdolno

ść

korekcji bł

ę

du powstałego podczas transmisji. Proces taki nazywany jest

Pocz

ą

tkowa Korekcja Bł

ę

du (Forward Error Correction FEC). W

ś

ród najbardziej

popularnych schematów FEC znajduj

ą

si

ę

: kodowanie splotowe, kodowanie blokowe,

kodowanie kratowe. Nale

ż

y zwróci

ć

uwag

ę

,

ż

e cz

ę

sto szybko

ść

bitowa na wyj

ś

ciu

kodera nie jest równa szybko

ś

ci bitowej sygnału wej

ś

ciowego. Aby wła

ś

ciwie rozró

ż

ni

ć

te dwie szybko

ś

ci, szybko

ść

bitowa na wej

ś

ciu nadajnika nazywana jest szybko

ś

ci

ą

danych informacyjnych, podczas gdy szybko

ść

wyj

ś

ciow

ą

z nadajnika nazywamy

szybko

ś

ci

ą

danych w kanale.


W zale

ż

no

ś

ci od typu sygnału informacyjnego oraz dla poszczególnego medium

transmisyjnego, stosowane s

ą

ż

ne techniki modulacji. Modulacja korzysta ze

specyficznych technik, pozwalaj

ą

cych na przedstawienie sygnału informacyjnego w taki

sposób, jak fizycznie b

ę

dzie przesyłany do odbiornika. Na przykład w modulacji

amplitudy, informacja jest reprezentowana poprzez zmian

ę

amplitudy sygnału no

ś

nego.


Kiedy sygnał zostanie zmodulowany wysyłany jest poprzez medium transmisyjne, znane
równie

ż

jako kanał, do odbiornika. Medium tym mo

ż

e by

ć

:

ż

yła miedziana, kabel

ekranowany lub atmosfera, w przypadku, gdy korzystamy z transmisji radiowej.
Wszystkie kanały wprowadzaj

ą

, do pewnego stopnia, pewne zniekształcenia sygnału

oryginalnego. Aby symulowa

ć

takie zniekształcenia, stworzono rozbudowane modele

matematyczne ró

ż

nych kanałów. Najbardziej znanym modelem kanału jest kanał

dodaj

ą

cy szum biały (Additive White Gaussian Noise AWGN). W kanale tym zało

ż

ono

dodawanie do sygnału informacyjnego szumów, których spektralna g

ę

sto

ść

mocy jest

stała. Inne typy modeli kanałów: kanał tłumi

ą

cy (fading channels) oraz kanał wielodro

ż

ny

(multipath channel).

Je

ś

li zmodulowany sygnał transmitowany osi

ą

gnie odbiornik, przechodzi przez proces

demodulacji. Jest to krok odwrotny do modulacji i ma za zadanie wydoby

ć

oryginalny

sygnał informacyjny ze sygnału zmodulowanego. W czasie demodulacji dokonuje si

ę

równie

ż

proces synchronizacji sygnału, np. przy pomocy p

ę

tli fazowej, w celu

wychwycenia spójnej fazy pomi

ę

dzy sygnałem przychodz

ą

cym a sygnałem lokalnego

oscylatora.

W przypadku, gdy w nadajniku zastosowano proces kodowania, zanim b

ę

dzie mo

ż

na

odzyska

ć

poprawne dane z sygnału oryginalnego, nale

ż

y w odbiorniku wykona

ć

proces

dekodowania. Proces dekodowania sygnału zwykle jest bardziej kłopotliwy ni

ż

proces

kodowania i mo

ż

e by

ć

bardziej zło

ż

ony obliczeniowo. Schematy skutecznego

dekodowania s

ą

przez cały czas rozwijane.


Ostatecznie na wyj

ś

ciu odbiornika otrzymujemy oszacowanie sygnału oryginalnego. Z

punktu widzenia symulacji, interesuje nas sposób oceny, jak dobrze informacja

ź

ródłowa

została odtworzona na wyj

ś

ciu odbiornika. Stosuje si

ę

kilka metod oceny. Najbardziej

popularn

ą

miar

ą

, w przypadku sygnału cyfrowego, jest Elementarna Stopa Bł

ę

du BER

(Bit Error Rate). Inne metody, to okre

ś

lenie stosunku sygnału do szumu, wykres

oczkowy, czy wykres przesuni

ę

cia fazy.

background image

Laboratorium Elektroniki

Projektowanie i Symulacja Systemów Telekomunikacyjnych COMMSIM 2001

Politechnika Opolska

4

Ź

ródła sygnału


Pakiet VisSim/Comm posiada

ź

ródła sygnału analogowego jak i cyfrowego. Poprzez

kombinacj

ę

sygnałów z bloków podstawowych, u

ż

ytkownik mo

ż

e wygenerowa

ć

sygnał o

dowolnym kształcie. Bloki podstawowe zawieraj

ą

min.

ź

ródła sygnału sinusoidalnego,

stałego, narastaj

ą

cego, funkcje krokowe lub impulsy. U

ż

ytkownik mo

ż

e równie

ż

doł

ą

czy

ć

sygnał zapisany w postaci pliku wav.

Ź

ródła sygnałów cyfrowych zawieraj

ą

bloki generatorów losowych bitów lub symboli.

Jako bit rozumie si

ę

informacj

ę

przybieraj

ą

c

ą

warto

ść

"

" 0 lub

"

"1 , a symbol jest

definiowany jako warto

ść

całkowit

ą

z zakresu od 0 do M . Symboli u

ż

ywa si

ę

najcz

ęś

ciej z modulacjami wy

ż

szych rz

ę

dów. Parametry

ź

ródła danych s

ą

łatwo

definiowane poprzez dost

ę

p do poszczególnych bloków ustawie

ń

.


W przypadku pracy z

ź

ródłami sygnałów cyfrowych, cz

ę

stotliwo

ść

próbkuj

ą

ca symulacji

musi by

ć

ustawiona jako co najmniej 8 do 10 próbek na symbol. Takie ustawienie

zapewni,

ż

e w przypadku operacji filtrowania model b

ę

dzie poprawnie symulowany.

Oczywi

ś

cie w przypadku wyst

ę

powania no

ś

nej sygnału modulowanego, uwaga ta

dotyczy no

ś

nej.


Kodowanie sygnały

Kodowanie sygnału jest stosowane w celu zwi

ę

kszenia pewno

ś

ci przesyłu informacji.

Kodowanie mo

ż

e przybiera

ć

kilka ró

ż

nych form jak np. kwantowanie sygnału

analogowego lub dodanie bitów nadmiarowych do ci

ą

gu cyfrowego.

Kwantowanie sygnału analogowego w celu otrzymania ci

ą

gu danych cyfrowych

realizowane jest przy pomocy przetwornika analogowo cyfrowego.

Ś

rodowisko

VisSim/Comm zawiera kilka podstawowych bloków do tego celu takich jak bloki
przetworników AC lub bloki kompanderów. Kompander jest nieliniowym procesem
u

ż

ywanym przed procesem kwantowania w celu uzyskania wi

ę

kszej rozdzielczo

ś

ci dla

bardzo słabych sygnałów.

W przypadku pracy z sygnałami cyfrowymi,

ś

rodowisko VisSim/Comm zawiera bloki

realizuj

ą

ce kilka metod Wst

ę

pnej Korekcji Bł

ę

dów (FEC). Jest to realizowane przy

pomocy kodów splotowych lub kratowych. Dost

ę

pne s

ą

równie

ż

bloki realizuj

ą

ce

przeplot danych.

Modulacja


W celu przesłania informacji z jednego punktu do drugiego, sygnał musi by

ć

przed

wysłaniem, cz

ę

sto zmieniony. Proces ten nazywany jest Modulacj

ą

. Jest kilka powodów

dla których tworzy si

ę

nowy sygnał, który ma reprezentowa

ć

sygnał oryginalny.

Podstawowe przyczyny zwi

ą

zane s

ą

z zajmowanym pasmem i sposobem odtworzenia.

Proces modulacji pozwala np. przenie

ś

pasmo zajmowane przez informacj

ę

w

dziedzinie cz

ę

stotliwo

ś

ci tak,

ż

e kilka sygnałów mo

ż

e współistnie

ć

bez interferencji

background image

Laboratorium Elektroniki

Projektowanie i Symulacja Systemów Telekomunikacyjnych COMMSIM 2001

Politechnika Opolska

5

pomi

ę

dzy nimi. Osi

ą

ga si

ę

to poprzez umieszczenie ka

ż

dego modulowanego sygnału w

innych regionach dost

ę

pnego zakresu cz

ę

stotliwo

ś

ci.


Wiele technik modulacji zostało stworzonych tak, aby reprezentowa

ć

sygnał

informacyjny tak jak wygl

ą

da przed wysłaniem. Ogólnie, wszystkie schematy modulacji

polegaj

ą

na zmianie amplitudy, fazy lub cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej sygnału. Najogólniej

technika modulacji mo

ż

e zosta

ć

podzielona na dwie grupy: modulacja analogowa oraz

modulacja cyfrowa.

W grupie modulacji analogowych dost

ę

pne s

ą

bloki modulacji AM i FM, a w grupie

modulacji cyfrowej bloki modulacji: FSK i MSK, PSK, QAM, PAM i inne.

Kanał transmisyjny


W celu przesłania informacji z jednego punktu do innego, emitowany sygnał musi
przeby

ć

pewne medium transmisyjne zanim osi

ą

gnie odbiornik. Droga z nadajnika do

odbiornika ogólnie nazywana jest kanałem. Modele kanałów transmisyjnych zawieraj

ą

takie media jak: przewody miedziane, kable

ś

wiatłowodowe lub wolna przestrze

ń

. Do

przesyłanego sygnału mog

ą

by

ć

dodawane wła

ś

ciwo

ś

ci charakterystyczne dla danego

medium transmisyjnego takie jak propagacja czy inne zaburzenia.

VisSim/Comm zawiera modele ró

ż

nych kanałów transmisyjnych zarówno dla poł

ą

cze

ń

stałych jak i ruchomych. Uwzgl

ę

dnia zaniki sygnału, rozchodzenie si

ę

sygnałów ró

ż

nymi

drogami na skutek odbi

ć

ograniczenie pasma czy szum gaussowski. W ka

ż

dym

przypadku mo

ż

na modyfikowa

ć

kluczowe parametry modelu aby spełniały specyficzne

wymagania projektanta.

W pakiecie VisSim/Comm dost

ę

pne s

ą

bloki moduluj

ą

ce ró

ż

ne kanały transmisyjne.

Podstawowym kanałem jest kanał dodaj

ą

cy szum biały. Dost

ę

pne s

ą

równie

ż

modele

symuluj

ą

ce systemy komunikacji ruchomej, odbicia od troposfery i jonosfery, modele

symuluj

ą

ce zwielokratnianie sygnału na skutek odbi

ć

. W przypadku przesyłania

informacji cyfrowej dost

ę

pny jest model symetrycznego kanału binarnego, powoduj

ą

cy

przekłamanie przesyłanych bitów z zadanym prawdopodobie

ń

stwem. Model takiego

kanału u

ż

yteczny jest szczególnie w przypadku badania wła

ś

ciwo

ś

ci ró

ż

nych kodów, a

nie samego kanału.

Demodulatory


Kiedy sygnał dotrze do odbiornika, wymagane jest wykonanie kilku czynno

ś

ci zanim

sygnał b

ę

dzie mógł by

ć

odtworzony. Odebrany sygnał zwykle jest najpierw filtrowany i

wzmacniany, tak aby pobra

ć

cz

ęść

spektrum zawieraj

ą

c

ą

żą

dan

ą

informacj

ę

. Cz

ę

sto w

celu uzyskania odpowiedniego poziomu napi

ę

cia stosowany jest układ automatycznego

wzmocnienia. Proces demodulacji zale

ż

y od sposobu modulacji w nadajniku i cz

ę

sto

składa si

ę

z kilku kroków.

background image

Laboratorium Elektroniki

Projektowanie i Symulacja Systemów Telekomunikacyjnych COMMSIM 2001

Politechnika Opolska

6

W wi

ę

kszo

ś

ci przypadków modulacji analogowej, sygnał nadawczy mo

ż

e by

ć

odtworzony w pojedynczym kroku. Przykładem mo

ż

e by

ć

sygnał zmodulowany w AM

gdzie demodulatorem jest prosty układ detekcji obwiedni lub modulacja FM gdzie do
demodulacji mo

ż

na u

ż

y

ć

układu p

ę

tli fazowej. W przypadku modulacji cyfrowej, zwykle

wymaga si

ę

kilku kroków. W minimalnym przypadku wymaga si

ę

trzech kroków:

odtworzenia no

ś

nej, odtworzenia czasu trwania symbolu oraz detekcja symbolu (układ

do detekcji symbolu cz

ę

sto okre

ś

lany jest jako slicer). Bardziej rozbudowane systemy

mog

ą

równie

ż

zawiera

ć

korektory adaptacyjne lub redukcj

ę

echa.


VisSim/Comm zawiera wszystkie niezb

ę

dne bloki umo

ż

liwiaj

ą

ce zbudowanie

odpowiedniego odbiornika dla ró

ż

nych sposobów modulacji. Znajduj

ą

si

ę

tutaj bloki

ł

ą

cz

ą

ce i rozdzielaj

ą

ce, elementy p

ę

tli fazowej, korektory, bloki detektorów dla ka

ż

dego

typu modulacji cyfrowej, bloki przetworników A/D oraz bloki ró

ż

nych filtrów w celu

implementacji odbiorników filtrowych.

Ogólnie, tak jak dokonano podziału na modulacj

ę

analogow

ą

i cyfrow

ą

, demodulacj

ę

mo

ż

na podzieli

ć

na demodulacj

ę

koherentn

ą

i niekoherentn

ą

. Demodulacja koherentna

wymaga aby odbiornik otrzymał synchronizacj

ę

od fazy no

ś

nej z nadawan

ą

no

ś

n

ą

.

Detekcja niekoherentna nie wymaga synchronizacji. Detekcja koherentna wykazuje 3dB
przewag

ę

w stosunku do demodulacji niekoherentnej osi

ą

gni

ę

tej przy bardziej

skomplikowanym odbiorniku.

Dekodowanie sygnału


Je

ś

li w nadajniku sygnał był kodowany, w odbiorniku zanim uda si

ę

odtworzy

ć

oryginaln

ą

informacj

ę

nale

ż

y dodatkowo wykona

ć

proces dekodowania. Proces

dekodowania wymaga znajomo

ś

ci procesu kodowania zastosowanego w nadajniku.

Proces dekodowania sygnału jest zwykle bardziej skomplikowany ni

ż

proces kodowania

i z tego powodu wymaga wi

ę

kszych nakładów obliczeniowych.

Ś

rodowisko

VisSim/Comm zawiera dekodery kodów splotowych i kratowych oraz bloki odwrotne do
przeplotu danych.

Prezentacja wyników


Wyniki symulacji mog

ą

by

ć

łatwo przedstawione w sposób graficzny przy pomocy bloku

rysuj

ą

cego. W podstawowym trybie blok ten mo

ż

e kre

ś

li

ć

cztery przebiegi w dziedzinie

czasu. Odpowiednia konfiguracja bloku rysuj

ą

cego umo

ż

liwia przedstawienie wyników w

charakterystycznych dla telekomunikacji trybach. Jest wi

ę

c mo

ż

liwo

ść

przedstawienia

krzywej BER, wykresów oczkowych, analiza widma i innych.

System odpowiedników nisko pasmowych


Wymagania co do cz

ę

stotliwo

ś

ci próbkowania mog

ą

by

ć

zmniejszone w przypadku

zastosowania tzw. techniki zespolonej. Kiedy modulujemy sygnał danych, cz

ę

stotliwo

ść

background image

Laboratorium Elektroniki

Projektowanie i Symulacja Systemów Telekomunikacyjnych COMMSIM 2001

Politechnika Opolska

7

symulacji musi by

ć

co najmniej 8 razy wi

ę

ksza od cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej. Oznacza to,

ż

e

krok symulacji jest okre

ś

lany nie przez cz

ę

stotliwo

ść

sygnału badanego, ale przez

cz

ę

stotliwo

ść

no

ś

n

ą

, która zwykle jest kilkana

ś

cie razy wi

ę

ksza.


W przypadku gdy symulacja zostanie przeniesiona do modelów nisko pasmowych (lub
do pasma podstawowego) cz

ę

stotliwo

ść

no

ś

nej zostanie usuni

ę

ta (sprowadzona do

zera), co umo

ż

liwi dobranie cz

ę

stotliwo

ś

ci próbkuj

ą

cej w stosunku do cz

ę

stotliwo

ś

ci

badanego sygnału, a nie no

ś

nej. W wyniku mo

ż

liwa jest redukcja czasu symulacji bez

straty dokładno

ś

ci oblicze

ń

. W technice zespolonej wykorzystuje si

ę

zarówno cz

ęść

rzeczywist

ą

i urojon

ą

, które zwykle odpowiadaj

ą

składowej: fazy (I) i kwadratury (Q)

sygnału. Wi

ę

kszo

ść

modulatorów i kanałów dost

ę

pnych w

ś

rodowisku VisSim/Comm

umo

ż

liwiaj

ą

prac

ę

w dziedzinie zespolonej.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Instrukcja VisSim cz II Modulacja
Instrukcja VisSim cz I
Instrukcja VisSim cz III BER
Instrukcja VisSim cz IV Kanaly
Instrukcja VisSim cz II Modulacja
Instrukcja VisSim cz II Modulacja
Instrukcja VisSim cz III BER
Instrukcja VisSim cz IV Kanaly
Instrukcja do I cz ci badania
INF ćwicz 3 Instrukcje iteracyjne cz 2
Instrukcje - Alacymetria cz 1, Technologia Żywności, I ROK, Chemia nieorganiczna
Instrukcja elektryczna cz 2
Instrukcja elektryczna cz 3
INSTRUKCJE WARUNKOWE CZ 2
R115 instrukcja montażu cz IIa Opel Vectra
instrukcja pierwszej pomocy cz 1 1
AlertPay instrukcja cz 1
Instrukcja Urządzania Lasu cz 2

więcej podobnych podstron