Материал: 670_Maglitskij_B.N._Otsenka_vlijanija_iskazhenij_i_pomekh_
6.Поясните принцип формирования ПСП.
7.Поясните зависимость характера спектра модулированного сигнала при наличии скремблирования от длины ПСП.
8.Поясните, каким образом статистические свойства цифрового сигнала сказываются на форме сигнального созвездия.
9.Какие параметры цифрового сигнала и при каких условиях могут ухудшить работу цифровой системы радиосвязи при отсутствии скремблирования?
10.В каких точках тракта передачи цифровой системы радиосвязи устанавливаются скремблер и дескремблер?
11.С какой целью в ЦСРС применяется помехоустойчивое кодирование?
12.Какие параметры цифрового сигнала изменяются при введении помехоустойчивого кодирования?
13.Какие помехоустойчивые коды Вы знаете?
14.Поясните принцип блочного кодирования.
15.Поясните принцип формирования ЦС при использовании кода Рида – Соломона.
16.Поясните смысл термина «избыточность».
17.Поясните смысл термина «скорость кодирования».
18.Поясните принцип работы сверточных кодов.
19.Назовите и поясните основные параметры помехоустойчивых кодов.
20.Какие коды обладают наибольшей эффективностью?
21.Поясните, каким образом изменение скорости кодирования влияет на спектр модулированного сигнала.
22.Поясните смысл термина «эффективность кодирования».
2.4.Лабораторная работа №4 «Исследование помехоустойчивости ЦСРС
спомехоустойчивым кодированием»
Цель работы:
1.Изучение принципов блочного кодирования в ЦСРС;
2.Анализ помехоустойчивости ЦСРС с кодеком Рида – Соломона в канале с
AWGN.
Подготовка к работе:
По рекомендуемой литературе изучить принципы блочного кодирования и основные параметры блочных кодов.
Выполнение работы:
1 Сборка модели цифровой системы радиосвязи и установка исходных параметров
1.1Запустите MATLAB. Откройте модель ЦСРС «сoder_rs» из библиотеки.
1.2Модель для проведения анализа помехоустойчивости ЦСРС с кодеком Рида – Соломона в канале с AWGN. (рисунок 4.1)
71
|
Bernoulli |
|
|
|
Channel |
|
|
|
|
|
Binary |
|
|
|
|
|
Modulator |
||
|
|
|
|
Coding |
|
|
|||
|
Generator |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Error |
|
|
Channel |
|
|
|
|
|
|
|
Rate |
|
|
|
|
Demodulator |
|
|
AWGN |
||
|
|
Decoding |
|
|
|
|
||||
Calculation |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eb/N0 |
|
|
|
0 |
|
|
0.000 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
0 |
|
|
Display |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.1. – Исследуемая модель
В модели используются следующие блоки:
Генератор псевдослучайной последовательности импульсов Бернулли
(Bernulli binary generator): Communications Blockset - Comm Sources;
Блок канального кодирования (ChannelCoding)
Блок модулятора (Modulator): Communications Blockset-Modulation- Digital Dasedand Modulation;
Канал с аддитивным белым Гауссовским шумом (Additive white Gaussian noise channel, AWGN channel): Communications Blockset – Channels.
Блок демодулятора (Demodulator): Communications Blockset - Modula- tion-Digital Basedand Modulation;
Блок канального декодирования (Channeldecoding);
Счетчикошибок (Error rate calculation);
Дисплей для отображения значения коэффициента ошибок (Display); Дисплеи для отображения параметров модели (Eb/N0; M, N, K):
–Eb/N0 – нормированное отношение сигнал/шум;
–М – позиционность модуляции;
–К – длина блока данных на входе кодера;
–N- длина блока данных на выходе кодера.
По умолчанию при запуске модели устанавливаются следующие параметры модели: Eb/N0 = 20 дБ; М = 16; К = 7; N= 15.
72
Параметры конфигурации: Start = 0.0; Stop = inf.
Канальный кодер (ChannelCoding)состоит из трех блоков (рисунок 4.2):
Кодер Рида-Соломона (Integer-Input RS Encoder): Communications Blockset –Error Detection and Correction - Blok
Перемежитель (Random Interleaver): Communications Blockset – Interleaving - Blok;
Cкремблер (Scrambler): Communications Blockset – Sequence Operations
In |
FEC |
|
|
|
|
|
|
Out |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Interleaver |
|
|
Scrambler |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Encoder |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.2. – Структура канального кодера
Коды Рида-Соломона (Reed - Solomon codes – RS codes) – это широко используемый подкласс кодов БЧХ. При использовании кодов Рида-Соломона данные обрабатываются кадрами по m бит, именуемыми символами. Код (n, k) характеризуется следующими параметрами:
|
Длина символа |
m бит |
|
|
Длина блока |
n = (2m – 1) символов = m(2m – 1) бит |
|
|
Длина блока данных |
k символов |
|
|
Размер контрольного кода |
n - k = 2t символов = m(2t) бит |
|
|
Минимальное кодовое расстояние |
dmin = (2t + 1) символов |
|
|
|
|
|
Таким образом, алгоритм кодирования расширяет блок k символов до размера n, добавляя (n - k) избыточных контрольных символов. Как правило, m является степенью 2. Широко используется значение т = 8.
Рассмотрим пример. Пусть t =1, т = 2. Обозначая символы как 0, 1, 2, 3, их двоичные эквиваленты можно записать как 0 = 00; 1 = 01; 2 = 10; 3 = 11. Код
имеет следующие параметры:
n = 22 – 1 = 3 символа = 6 бит, n - k = 2 символа = 4 бит.
С помощью данного кода можно исправить любой пакет ошибок, который искажает 2-х битовый символ.
Коды Рида-Соломона удобны для исправления пакетов ошибок. Данный тип кодов характеризуется высоко - эффективным использованием избыточности, длина блоков и размеры символов могут легко приспосабливаться под сообщения разных размеров. Кроме того, для таких кодов существуют эффективные методы декодирования.
На рисунке 4.3 показана структура блока Channeldecoding:
Дескремблер (Descrambler): Communications Blockset – Sequence Opera-
tions;
Деперемежитель (Random Deinterleaver): Communications Blockset –
73
Interleaving - Blok;
Декодер Рида-Соломона (Integer-Input RS Decoder): Communications
Blockset –Error Detection and Correction – Blok;
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
In |
Descrambler |
|
|
Deinterleaver |
|
|
Decoder |
Out |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.3. – Структура блока Channeldecoding
1.3.Введите значение позиционности модуляции М=4. Запустите модель убедитесь в ее правильной работе.
1.4.Запустите графический интерфейс BERТool, используемый для статистической обработки моделей командой BERТool через командную строку MATLAB (рисунок 4.4)
Рисунок 4.4. – Графический интерфейс BERТool
1.4.1.Проведите анализ помехоустойчивости системы радиосвязи в следующей последовательности:
В появившемся окне выберите вкладку «Monte Carlo» и с помощью кнопки Browse укажите путь к исследуемой модели, нажмите кнопку «Open»;
Измените значение поля BER variable name на “BER”;
74
Задайте исследуемый диапазон отношения Eb/N0 от 0 до 10 дБ и шаг изменения 1 дБ. Для этого в поле Eb/N0range нужно записать значения
«0:1:10» ;
Измените значение поля Number of bits на «1е5»;
Запустите анализ модели, нажав кнопку Run (анализ может занять не-
сколько минут!). Текущее значение сигнал шум отображается в нижней строке окна BERТool.
Подпишите полученную зависимость.
Окно параметров BERТool с выбранными параметрами приведено на рисунке 4.5.
Рисунок 4.5. – Окно параметров BERТool
ПРИМЕЧАНИЕ .Для того, чтобы скрыть график BERTool необходимо убрать флажок «plot» в строке с набором данных.
Для того, чтобы изменить название графика BERTool необходимо выделить ячейку в столбце «BER data set» в окне «BERTool», нажать клавишу F2 и ввести имя графика.
1.4.2.Введите значения параметров кода: K=25 и N=31. Получите зависимость
Кош = f(Eb/N0)
1.4.3.Зарисуйте полученные зависимости в отчет по работе и объясните полу-
ченный результат
1.5. Выберите вкладку Theoretical, установите соответствующие параметры модели и получите теоретическую зависимость Кош = f(Eb/N0).
1.5.1.Зарисуйте полученные зависимости в отчет по работе и объясните полученный результат.
75