В этом примере показано, как моделировать систему связи с квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), аддитивным каналом белого гауссова шума (AWGN) и фазовым шумом с помощью Simulink ®. Модель отображает диаграммы созвездий 256-QAM сигнала и выполняет вычисления частоты ошибок.
cm_commphasenoise моделирует влияние AWGN и фазового шума на 256-QAM сигнал. Модель Simulink является графическим представлением для математической модели системы связи, которая генерирует случайный сигнал, модулирует его с помощью QAM, добавляет AWGN и фазовый шум к сигналу и демодулирует сигнал. Модель также содержит блоки для отображения частоты битовых ошибок и диаграмм созвездий модулированного сигнала.
Блок двоичного генератора Бернулли генерирует сигнал, состоящий из последовательности 8-разрядных двоичных значений в диапазоне [0, 255].
Блок основной полосы частот модулятора прямоугольного КАМ модулирует сигнал с использованием 256-кратной КАМ основной полосы частот.
Блок канала AWGN моделирует шумный канал путем добавления белого гауссова шума к модулированному сигналу.
Блок фазового шума вводит шум в угол своего сложного входного сигнала.
Блок основной полосы частот демодулятора прямоугольного КАМ демодулирует сигнал.
Дополнительные блоки в модели помогают интерпретировать моделирование.
Блок диаграммы созвездия отображает диаграммы созвездия сигнала с добавлением AWGN и фазового шума.
Блок вычисления частоты ошибок подсчитывает биты, которые отличаются между принятым сигналом и переданным сигналом.
Блок «В рабочую область» с меткой outputErrвыводит результаты в рабочую область для использования при печати результатов. Блок графика BER дисплея открывает график частоты битовых ошибок (BER), показывающий Eb/N0 кривые рабочих характеристик для передачи и приема 256-QAM на различных уровнях фазового шума.
Модель имитирует QAM, который является способом преобразования цифрового сигнала в комплексный сигнал. Модель модулирует сигнал на последовательность комплексных чисел, которые лежат на решетке точек в комплексной плоскости, известной как созвездие сигнала. График этих точек называется диаграммой рассеяния или созвездия сигнала.
Диаграмма созвездия, показанная здесь, показывает основную полосу частот 256-ary QAM с добавленной AWGN и с AWGN и добавленным шумом фазы. Точки на диаграмме созвездия не лежат точно на созвездии, показанной на рисунке, из-за добавленного шума. Фазовый шум изменяет угол комплексного модулированного сигнала, вызывая радиальное смещение точек созвездия.
Для конфигурации модели по умолчанию установлена длительность выполнения inf. Блок вычисления частоты ошибок настроен на выполнение до появления 100 ошибок. Чтобы остановить моделирование до 100 ошибок, нажмите кнопку Остановить (Stop) на вкладке Моделирование (Simulation).
Блок Display отображает количество ошибок, вносимых каналом AWGN и фазовым шумом. При выполнении моделирования в блоке появляются три небольших поля, отображающие векторный вывод из блока «Расчет частоты ошибок».
Первая запись - BER.
Вторая запись - общее число ошибок.
Третья запись представляет собой общее число проведенных сравнений.
Отображение графика фазового шума
Чтобы отобразить рисунок, отображающий результаты моделирования кривых BER и Eb/N0 для диапазона настроек фазового шума, дважды щелкните в модели блок «Отображение графика BER».
Можно управлять тем, как функционирует блок Simulink, задав его параметры. Чтобы просмотреть или изменить параметры моделирования, дважды щелкните блок, чтобы открыть его маску.
Чтобы изменить величину фазового шума, откройте маску блока фазового шума и введите новое значение параметра фазового шума (dBc/Hz). Нажмите кнопку ОК, чтобы применить новый параметр.
Чтобы изменить уровень шума, откройте маску блока канала AWGN и введите новое значение параметра Eb/No (dB). Уменьшение этого значения параметра увеличивает уровень шума. Нажмите кнопку ОК, чтобы применить новый параметр.
Уменьшение фазового шума и увеличение Eb/N0 снимает шум с модели. Поскольку модель настроена на выполнение до 100 ошибок, выполнение моделирования с небольшим шумом в модели приводит к длительному времени выполнения моделирования. Чтобы ограничить максимальное время выполнения моделирования, можно сократить продолжительность выполнения с inf до небольшого значения, например 10.
Для получения новых результатов выполните моделирование с использованием измененных настроек.
Можно также ввести имя переменной в параметр. Затем в командной строке MATLAB ® задайте значение для этой переменной в рабочей области. Настройка параметров в окне команд может быть удобной, если требуется выполнить несколько моделирований с различными значениями параметров.
Для настройки моделирования можно также использовать функции обратного вызова. Настройки по умолчанию для нескольких параметров в этой модели задаются с помощью PreLoadFcn функция обратного вызова. Чтобы получить доступ к функциям обратного вызова, выберите Параметры модели > Свойства модели на вкладке Моделирование. В диалоговом окне «Свойства модели» выберите вкладку «Обратные вызовы». Дополнительные сведения о свойствах модели и функциях обратного вызова см. в разделе Обратные вызовы модели (Simulink).
Постройте график BER при различных уровнях шума
plot_256qam_ber_curves.m Файл программы MATLAB ® создал этот график BER путем выполнения нескольких имитаций с различными значениями для параметров фазового шума (dBc/Hz) и Eb/No (dB). Каждая кривая представляет собой график BER как функции отношения сигнал/шум для фиксированной величины фазового шума. Для каждой точки BER, построенной на графике, моделирование прекращалось, когда достигались 1000 битовых ошибок или сравнивались 1е8 битов. Результаты варьируются от прогона к прогону из-за случайного характера входного сигнала и нарушений моделирования.
