Эта модель показывает систему связи, соответствующую военному стандарту США MIL-STD-188-110A. В частности, модель реализует полный приемник, который демодулирует и выводит текстовое сообщение, которое было модулировано опорным передатчиком и захвачено оборудованием сбора данных. Эта модель поддерживает скорость передачи данных 1200 бит/с. Он также реализует длину перемежителя 0,6 с.
Система, описанная в данном стандарте, предназначена для дальней и тактической связи по ВЧ (высокочастотным) каналам. Система совместима со стандартом НАТО STANAG 4539.
Этот пример состоит из следующих частей, далее описанных в разделах ниже:
Приобретенная Форма волны Полосы пропускания - Производит полосно-пропускающую форму волны STD-188 110A Мил, сосредоточенную на уровне 1 800 Гц
Преобразователь частоты и канал - преобразует сигнал в сложную полосу частот и обрабатывает его с помощью различных каналов
Приемник - выполняет синхронизацию и обработку основной полосы частот и выводит текстовое сообщение
Подсистема Acquised Passband Waveform использует переменную рабочей области MATLAB ® для потоковой передачи в качестве выходных данных. Эта переменная представляет данные, которые были сгенерированы стандартным передатчиком и зафиксированы оборудованием для сбора данных. Номинальная частота дискретизации АЦП составляет 9600 спс, но фактическая частота дискретизации АЦП несколько смещена от этого значения, что приводит к сдвигу частоты синхронизации символа.
Эта подсистема выполняет идеальное преобразование с понижением частоты в комплексную полосу частот, затем обрабатывает входной сигнал с выбором четырех последовательно ухудшенных каналов:
бесшумный канал
канал AWGN
статический частотно-избирательный канал плюс AWGN
избирательный канал частоты замирания плюс AWGN
Избирательный по частоте замирания канал реализуется блоком библиотеки SISO Fading Channel.
Использование нескольких каналов позволяет исследовать их влияние на производительность приемника, особенно на работу блоков синхронизации символов. Бесшумный канал наиболее эффективно изолирует работу приемника, а каналы только AWGN и селективные по статической частоте демонстрируют изящное ухудшение рабочих характеристик. Избирательный по частоте замирания канал моделирует умеренный канал Уоттерсона, описанный в [2].
Приемник MIL-STD-188-110A состоит из четырех подсистем:
Фильтр RRC и АРУ
Обнаружение преамбулы для включения обработки в нисходящем направлении
Восстановление несущей, восстановление синхронизации и выравнивание
Демодуляция и исправление ошибок
Подсистема RRC Filter и AGC выполняет фильтрацию принятого сигнала квадратным корнем с увеличенным косинусом, обеспечивая согласованную фильтрацию для передаваемого сигнала. АРУ гарантирует, что средняя мощность сигнала в эквалайзер равна 1 Вт. Эта операция гарантирует, что совокупность входного сигнала эквалайзера наиболее близка к идеальной совокупности, по которой он принимает символьные решения.
Подсистема обнаружения преамбулы для включения обработки нисходящего потока выполняет корреляцию с известной 0.6-секундной преамбулой синхронизации, которая состоит из трех фактически идентичных 0.2-секундных сегментов данных. Он обнаруживает три последовательных пика корреляции при 0,2, 0,4 и 0,6 сек, чтобы объявить обнаружение преамбулы. После обнаружения преамбулы подсистема посылает управляющий сигнал для включения обработки в нисходящем направлении, включая восстановление несущей, восстановление синхронизации, выравнивание, демодуляцию и исправление ошибок. Три последовательных пика обнаруживаются с помощью конечного автомата Stateflow ®, показанного ниже. Блок-схема показывает конечный автомат в контексте коррелятора преамбулы, и конечный автомат находится ниже блок-схемы.
Подсистема восстановления несущей, восстановления синхронизации и выравнивания использует переключаемую NCO для генерации компенсирующей синусоиды для удаления относительно постоянного сдвига несущей частоты. Управляющий сигнал NCO генерируется путем оценки фазовой ошибки между выходом корректора RLS и его входом. Корректор RLS реализуется блоком библиотеки корректора обратной связи принятия решения. Оценка выполняется путем вычисления перекрестного спектра между входом эквалайзера и его выходом и выполнения линейного наименьшего квадрата, соответствующего результирующей фазовой характеристике. Затем фазовая ошибка фильтруется пропорционально-интегральным (PI) контроллером и подается в NCO восстановления несущей.
Для компенсации ошибки частоты синхронизации, присущей полученной форме сигнала, подсистема восстановления несущей, восстановления синхронизации и выравнивания использует переключаемый блок управления синхронизацией для генерации значения дробной задержки и тактового сигнала символа. Значение дробной задержки используется для управления блоком переменной задержки, который использует структуру фильтра Фэрроу для интерполяции его входного сигнала. Переменная задержка реализуется блоком библиотеки переменной дробной задержки.
Тактовый сигнал символа, который работает на скорости 9600 sps, используется для понижающей дискретизации входного сигнала, который избыточно дискретизирован на четыре, до скорости 2400 sym/sec. Тактовый сигнал обычно поднимается через каждые четыре выборки, но из-за сдвига частоты синхронизации он периодически поднимается через каждые пять выборок. Часы приводят в действие операцию отпора, которая создает разнесенные по символам данные в кадрах длиной 40 выборок. Эти кадры идеально подходят для обработки эквалайзером RLS, так как он имеет 40 отводов. Обратное переключение происходит в подсистеме восстановления несущей, восстановления синхронизации и выравнивания - > выравнивания и повторного буферизации. Эта подсистема также генерирует тактовый генератор кадра, который активизирует корректор RLS. Этот кадровый синхросигнал также работает с частотой избыточной выборки 9600 sps, но номинально достигает высокого значения каждые 160 выборок. Из-за смещения частоты синхронизации она периодически поднимается через каждые 161 выборку.
Модель использования высокоскоростных тактовых импульсов для приведения в действие системы обработки с более низкой скоростью может быть свободно использована в конструкциях приемников связи. Этот шаблон показан в более фундаментальной форме в системе DSP Toolbox™ пример цифрового приемника WWV - синхронизация и обнаружение. Ниже показана подсистема восстановления несущей, восстановления синхронизации и выравнивания - > выравнивания и повторного буферизации:
Временная задержка, произведенная корректором RLS, снова оценивается с помощью кросс-спектрального метода и используется для управления NCO блока управления синхронизацией. Линейная наименьшая квадратичная подгонка выполняется по фазовой характеристике поперечного спектра между входом эквалайзера и его выходом. Наклон этой фазы оценивает задержку, вызванную эквалайзером.
Блок корректора обратной связи принятия решения сконфигурирован для использования алгоритма RLS и имеет 20 отводов обратной связи и 20 отводов обратной связи. Структура DFE необходима из-за глубоких спектральных нулей, индуцированных каналом Уоттерсона. Быстро сходящийся алгоритм обновления веса RLS необходим для борьбы с быстрым замиранием канала Уоттерсона. Половина данных, обрабатываемых эквалайзером, - это обучающие данные. Этот большой процент обучающих данных необходим из-за быстро колеблющегося HF-канала. Как только обучающие данные отбрасываются, выходная скорость эквалайзера номинально составляет 1200 sps. Кроме того, подсистема корректора выполняет дескремблирование для отмены скремблирования, выполняемого передатчиком.
Подсистема Equalize and Re-Buffer также генерирует тактовый сигнал кадра для обеспечения обработки нисходящего потока, выполняемой в подсистеме демодуляции и коррекции ошибок. Данные в подсистему нисходящего потока упакованы в кадры длиной 720 выборок, что соответствует длительности времени 0,6 сек. Этот второй тактовый сигнал кадра, как и первый, также работает с частотой избыточной выборки 9600 sps, но номинально достигает высокого значения каждые 5760 выборок. Однако из-за предыдущего понижающего дискретизации на четыре для получения данных со скоростью передачи символов и эффективного понижающего дискретизации на два из отбрасывания обучающих данных эквалайзера часы запускают приблизительно каждые 5760/8 = 720 выборок. Однако из-за сдвига частоты синхронизации тактовый сигнал фактически становится высоким либо через каждые 5762, либо через каждые 5763 выборки.
Подсистема демодуляции и коррекции ошибок выполняет следующие функции:
Извлечение символов посредством демодуляции QPSK
Измененная кодировка серого цвета
Обратное перемежение блоков
Декодирование Витерби скорости 1/2, длина ограничения 7 сверточный код
Вычисления частоты байтовых ошибок
Обнаружение конца сообщения
Печать текстового сообщения, которое управляло передатчиком
При выполнении моделирования отображаются следующие числовые или графические результаты:
Частота байтовых ошибок
Спектр мощности выхода канала
Оценка кросс-спектральной фазы между входом эквалайзера и его выходом
Управляющий сигнал, используемый для управления дробной задержкой Фэрроу
График рассеяния входного сигнала эквалайзера
График рассеяния выходного сигнала эквалайзера
График рассеяния выходного сигнала дескремблера
Окно, показывающее демодулированное декодированное текстовое сообщение
Эти графики показаны ниже, начиная со спектра выходной мощности канала.
Ниже приведена оценка кросс-спектральной фазы между входом эквалайзера и его выходом.
Ниже приведен управляющий сигнал, используемый для управления дробной задержкой Фэрроу.
Ниже приведен график рассеяния входного сигнала эквалайзера.
Ниже приведен график рассеяния выходного сигнала эквалайзера.
Ниже приведен график рассеяния выходного сигнала дескремблера. Следует отметить, что созвездие 8PSK было свернуто в созвездие QPSK в соответствии со спецификацией MIL-STD-188-110A для этой скорости передачи данных.
Ниже приведен отрывок из демодулированного сообщения, взятого из стандарта MIL-STD-188-110a [1].
В этом примере можно поэкспериментировать с несколькими системными возможностями, чтобы проверить их влияние на производительность частоты байтовых ошибок. Например, можно просмотреть влияние изменения модели канала на различные дисплеи. В частности, при выборе канала, селективного по частоте замирания, оценка фазы канала, сигнал управления Фэрроу и отображение графика рассеяния заметно ухудшаются.
Также можно включить или отключить блок управления синхронизацией и дробную задержку Фэрроу. Когда блок управления синхронизацией отключен, демодуляция работает правильно в течение времени, но в конечном счете сдвиг частоты синхронизации символа превышает длину эквалайзера, который больше не может компенсировать задержку. В этот момент процесс демодуляции полностью разрушается. Когда дробная задержка Фэрроу отключена и блок управления синхронизацией включен, эффект более нюансирован. Однако в этом случае можно увидеть, что графики рассеяния мерцают, когда синхронизация символа пересекает границу символа. Это легче всего видно в бесшумном случае.
Обратите внимание на качество демодулированного сообщения в окне изображения MATLAB. Для последовательно ухудшенных конфигураций канала и/или приемника демодулированное сообщение становится постепенно более нечитаемым.
Для создания исполняемого кода для этой модели необходимо отключить отображение текстового сообщения с помощью подсистемы «Параметры модели». Блок, выполняющий печать текста, реализуется с помощью блока интерпретируемой функции MATLAB, который не генерирует код.
[1] MIL-STD-188-110B: Стандарты совместимости и производительности для модемов данных, Министерство обороны США, 2000. (Суперсеть стандарта MIL-STD-188-110A)
[2] Рекомендация ITU-R 520-2: Использование имитаторов высокочастотных ионосферных каналов, 1978/1982/1992.
В примере «Defense Communications: US MIL-STD-188-110B Baseband End-to-End Link» показаны как передатчик MIL-STD-188-110B, так и приемник без операций синхронизации. Это также позволяет гибко выбирать скорости передачи данных, тогда как в этом примере фиксированная скорость передачи данных составляет 1200 бит/с.