Документация

Компоненты приложения для анализа частоты битовых ошибок

Приложение состоит из трех основных компонентов: верхней панели, нижней панели и отдельного окна BER Figure.

Взаимодействие между компонентами приложения для анализа частоты битовых ошибок

Компоненты приложения действуют как один интегрированный инструмент.

Обзор раздела

Для создания и анализа теоретических данных BER можно использовать приложение Bit Error Rate Analysis. Теоретические данные могут быть полезны для сравнения с результатами моделирования. Однако выражения BER закрытой формы существуют только для определенных типов систем связи. Дополнительные сведения см. в разделе Аналитические выражения и обозначения, используемые в анализе BER.

Чтобы получить доступ к возможностям приложения, связанным с теоретическими данными BER, выполните следующие действия.

Пример создания и анализа теоретических данных BER с помощью приложения Bit Error Rate Analysis см. на вкладке Use Theetoric в разделе Bit Error Rate Analysis App.

Сведения о комбинациях параметров, доступных на вкладке «Теоретический», и базовых функциях, выполняющих вычисления BER, см. в разделе Доступные наборы теоретических данных BER.

Используйте теоретическую вкладку в приложении Bit Error Rate Analysis

В этом примере показано, как использовать приложение для создания и печати теоретических данных BER. В частности, в примере сравниваются характеристики различных порядков модуляции для КАМ в системе связи, которая включает в себя канал AWGN.

Выполнение теоретического примера BER

Доступные наборы теоретических данных BER

Приложение Bit Error Rate Analysis может генерировать большой набор теоретических BER. Параметры на вкладке Теоретический позволяют настроить тип канала, тип и порядок модуляции, обнаружение и исправление ошибок кодирования канала, а также ошибки синхронизации, используемые при вычислении приложением теоретического BER. Приложение корректирует комбинацию выбираемых значений параметров на основе ваших вариантов так, чтобы конфигурация всегда была действительной, или использует диалоговое окно для информирования вас о допустимых значениях параметров.

Приложение вычисляет теоретический BER для этих типов модуляции, предполагая, что Грей упорядочил двоичные данные передачи. Приложение использует эти функции BER для выполнения базовых вычислений и ограничивает порядок модуляции практическими пределами.

Чтобы вычислить BER для более высоких порядков модуляции, чем разрешено в приложении, используйте функции BER. Для получения дополнительной информации о конкретных комбинациях параметров см. справочные страницы для функций BER, перечисленных в группе функций Bit Error Rate Calculation and Estimation категории Test and Measurement.

Обзор раздела

С помощью вкладки Monte Carlo с параметром среды моделирования MATLAB можно использовать приложение Bit Error Rate Analysis совместно с собственными функциями моделирования системы связи MATLAB для генерации и анализа данных BER. Приложение вызывает моделирование, указанное параметром Имя функции для каждого заданного значения Eb/N0, собирает данные BER из моделирования и создает график. Приложение также позволяет настроить диапазон Eb/N0 и критерии остановки для моделирования.

Чтобы сделать собственные функции моделирования совместимыми с приложением, см. раздел Подготовка функции MATLAB к использованию в примере приложения анализа частоты битовых ошибок на справочной странице приложения Анализ частоты битовых ошибок.

Использование функции MATLAB с приложением для анализа частоты битовых ошибок

В этом примере показано, как приложение Bit Error Rate Analysis может запускать viterbisim Моделирование MATLAB.

Чтобы выполнить этот пример, выполните следующие действия.

Назначить критерии остановки функции

При создании функции моделирования MATLAB для использования с приложением Bit Error Rate Analysis, управляйте длительностью выполнения моделирования, задавая целевое количество ошибок и максимальное количество битов. Моделирование останавливает текущий Eb/N0 при достижении любого предела. Дополнительные сведения об этом требовании см. в разделе Требования к использованию функций MATLAB с приложением анализа частоты битовых ошибок.

После создания функции задайте целевое количество ошибок и максимальное количество битов на вкладке Monte Carlo приложения.

Как правило, значение параметра Число ошибок не менее 100 создает точную частоту ошибок. Значение Number of bits не позволяет выполнять моделирование слишком долго. В зависимости от значения Eb/N0 и других аспектов смоделированной системы связи (таких как характеристики модуляции и условия канала) достижение 100 битовых ошибок может быть нереалистичным. Однако если возникает менее 100 ошибок, так как значение параметра Number of bits слишком мало, частота возвращаемых ошибок может вводить в заблуждение. Доверительные интервалы можно использовать для измерения точности коэффициентов ошибок, создаваемых моделированием. При повышении доверительного уровня точность вычисленной частоты ошибок снижается.

График доверительных интервалов

После запуска моделирования с помощью приложения Bit Error Rate Analysis результирующий набор данных в средстве просмотра данных имеет активное меню в столбце Уровень достоверности. По умолчанию значение доверительного уровня равно off, что означает, что данные моделирования в окне BER Figure не показывают доверительные интервалы.

Для отображения доверительных интервалов в окне BER Figure установите для параметра Confidence Level значение 90%, 95%, или 99%.

График в окне BER Figure автоматически реагирует на изменение значения доверительного уровня. На этом рисунке показан образец графика.

Пример построения доверительных интервалов для моделирования Simulink см. в разделе Использование модели Simulink с приложением анализа частоты битовых ошибок.

Чтобы найти доверительные интервалы для уровней, не перечисленных в меню Доверительный уровень (Confidence Level), используйте berconfint функция.

Точки BER подгонки кривой

После запуска моделирования с помощью приложения Bit Error Rate Analysis в окне BER Figure отображаются отдельные точки данных BER. Чтобы подогнать кривую к набору данных, содержащему по крайней мере четыре точки, выберите в средстве просмотра данных пункт Вписать для этих данных (Fit for this data viewer).

График в окне BER Figure автоматически реагирует на этот выбор. На этом графике показана подгонка кривой к набору результатов BER.

Для большей гибкости процесса подбора кривой к данным BER используйте berfit функция.

Шаблон для функции моделирования

Используйте этот шаблон при адаптации кода для работы с приложением Bit Error Rate Analysis. Чтобы открыть шаблон в редакторе, введите edit bertooltemplate в командной строке MATLAB. При разработке функции моделирования без использования шаблона убедитесь, что эта функция удовлетворяет требованиям, описанным в разделе «Требования к использованию функций MATLAB с приложением для анализа частоты битовых ошибок».

function [ber,numBits] = bertooltemplateTemp(EbNo,maxNumErrs,maxNumBits,varargin)
%BERTOOLTEMPLATE Template for a BERTool (Bit Error Rate Analysis app) simulation function.
%   This file is a template for a BERTool-compatible simulation function.
%   To use the template, insert your own code in the places marked "INSERT
%   YOUR CODE HERE" and save the result as a file on your MATLAB path. Then
%   use the Monte Carlo pane of BERTool to execute the script.
%
%   [BER, NUMBITS] = YOURFUNCTION(EBNO, MAXNUMERRS, MAXNUMBITS) simulates
%   the error rate performance of a communications system. EBNO is a vector
%   of Eb/No values, MAXNUMERRS is the maximum number of errors to collect
%   before stopping the simulation, and MAXNUMBITS is the maximum number of 
%   bits to run before stopping the simulation. BER is the computed bit error 
%   rate, and NUMBITS is the actual number of bits run. Simulation can be 
%   interrupted only after an Eb/No point is simulated.
%
%   [BER, NUMBITS] = YOURFUNCTION(EBNO, MAXNUMERRS, MAXNUMBITS, BERTOOL)
%   also provides BERTOOL, which is the handle for the BERTool app and can
%   be used to check the app status to interrupt the simulation of an Eb/No
%   point.
%
%   For more information about this template and an example that uses it,
%   see the Communications Toolbox documentation.
%
%   See also BERTOOL and VITERBISIM.

% Copyright 2020 The MathWorks, Inc.

% Initialize variables related to exit criteria.
totErr  = 0; % Number of errors observed
numBits = 0; % Number of bits processed

% --- Set up the simulation parameters. ---
% --- INSERT YOUR CODE HERE.

% Simulate until either the number of errors exceeds maxNumErrs
% or the number of bits processed exceeds maxNumBits.
while((totErr < maxNumErrs) && (numBits < maxNumBits))

    % Check if the user clicked the Stop button of BERTool.
    if isBERToolSimulationStopped(varargin{:})
      break
    end
  
    % --- Proceed with the simulation.
    % --- Be sure to update totErr and numBits.
    % --- INSERT YOUR CODE HERE.

end % End of loop

% Compute the BER.
ber = totErr/numBits;

Сведения о шаблоне для функции моделирования

Шаблон функции моделирования либо удовлетворяет требованиям, перечисленным в разделе «Требования к использованию функций MATLAB с приложением анализа частоты битовых ошибок», либо указывает, куда необходимо вставить код. В частности, шаблон:

Использовать шаблон функции моделирования

Выполните следующие действия для обновления шаблона функции моделирования с помощью собственного кода моделирования.

Обзор раздела

Для создания и анализа данных BER можно использовать приложение Bit Error Rate Analysis совместно с моделями Simulink. Модель Simulink моделирует производительность системы связи, которую вы хотите изучить, в то время как приложение Bit Error Rate Analysis управляет серией симуляций с использованием модели и собирает данные BER.

Чтобы получить доступ к возможностям приложения Bit Error Rate Analysis, связанного с моделями Simulink, откройте вкладку Monte Carlo, а затем установите для параметра среды Simulation значение Simulink.

Дополнительные сведения о доверительных интервалах и подгонке кривой для данных моделирования см. в разделах «График доверительных интервалов» и «Точки соответствия кривой BER» соответственно.

Использование модели Simulink с приложением Bit Error Rate Analysis

В этом примере показано, как приложение Bit Error Rate Analysis может управлять серией моделирований модели Simulink и как можно изменять график. На этом рисунке показаны commgraycode модель.

Чтобы выполнить этот пример, выполните следующие действия.

Другой пример использования приложения Bit Error Rate Analysis для управления серией симуляций Simulink см. в примере приложения Prepare Simulink Model for Use with Bit Error Rate Analysis на справочной странице приложения Bit Error Rate Analysis.

Назначить критерии остановки модели

При создании модели Simulink для использования с приложением Bit Error Rate Analysis необходимо настроить ее таким образом, чтобы имитация заканчивалась при обнаружении целевого количества ошибок или обработке максимального количества битов в зависимости от того, что произойдет раньше. Дополнительные сведения об этом требовании см. в разделе Требования к использованию моделей Simulink с приложением Bit Error Rate Analysis App.

После создания модели Simulink задайте целевое количество ошибок и максимальное количество битов на вкладке Monte Carlo приложения Bit Error Rate Analysis.

Как правило, значение параметра Число ошибок не менее 100 создает точную частоту ошибок. Значение Число битов не позволяет выполнять моделирование слишком долго, особенно при больших значениях Eb/N0. Однако, если значение числа битов настолько мало, что моделирование собирает очень мало ошибок, частота ошибок может быть неточной. Доверительные интервалы можно использовать для измерения точности коэффициентов ошибок, создаваемых моделированием. Большие доверительные интервалы приводят к менее точным вычисленным коэффициентам ошибок.

Можно также нажать кнопку Остановить (Stop) в диалоговом окне Моделирование Монте-Карло (Monte Carlo Simulation), чтобы преждевременно остановить серию моделирования.

Управление данными в средстве просмотра данных

Средство просмотра данных обеспечивает гибкость переименования и удаления наборов данных, а также изменения порядка столбцов в средстве просмотра данных.

Экспорт набора данных приложения для анализа частоты битовых ошибок

Приложение Bit Error Rate Analysis позволяет экспортировать отдельные наборы данных в рабочую область MATLAB или в MAT-файлы. Экспорт данных позволяет обрабатывать данные вне приложения «Анализ частоты битовых ошибок». Например, чтобы создать настраиваемые графики с использованием данных из приложения «Анализ частоты битовых ошибок», экспортировать набор данных приложения в рабочую область MATLAB и использовать любую из команд печати в MATLAB. Чтобы повторно импортировать структуру позже, см. раздел Импорт набора данных приложения анализа битовых ошибок.

Чтобы экспортировать отдельный набор данных, выполните следующие действия.

Проверка экспортированной структуры

В этом разделе описывается содержимое структуры, которую приложение Bit Error Rate Analysis экспортирует в рабочую область или в MAT-файл. В этой таблице описываются поля экспортированной структуры данных. При необходимости манипулирования экспортированными данными наиболее релевантными полями являются paramsEvaled и data.

Поля параметров

params и paramsEvaled поля похожи друг на друга, за исключением того, что params описывает точное состояние пользовательского интерфейса, тогда как paramsEvaled указывает значения, которые фактически используются для вычислений. Например, в теоретической системе с каналом AWGN, params записи, но paramsEvaled пропускает параметр порядка разнесения. Порядок разнесения не используется в вычислениях, поскольку он релевантен только для систем с релеевскими каналами. В качестве другого примера, если ввести [0:3]+1 в интерфейсе пользователя в качестве диапазона значений Eb/N0, params указывает [0:3]+1, тогда как paramsEvaled указывает 1 2 3 4.

Длина и точное содержание paramsEvaled зависит от набора данных, поскольку появляется только соответствующая информация. Если значение содержания paramsEvaled не ясно после проверки, один из способов узнать больше - повторно импортировать набор данных в приложение Bit Error Rate Analysis и проверить значения параметров, которые появляются в интерфейсе пользователя.

Поле данных

Если экспортируемая переменная рабочей области называется ber0, поле ber0.data - массив ячеек, содержащий числовые результаты в следующих векторах:

Сеанс приложения анализа частоты ошибок при сохранении битов

Приложение Bit Error Rate Analysis позволяет сохранить весь сеанс. Эта функция полезна, если сеанс содержит несколько наборов данных, к которым необходимо вернуться в более позднем сеансе. Чтобы повторно импортировать сохраненный сеанс, см. раздел Открыть предыдущий сеанс анализа частоты битовых ошибок.

Чтобы сохранить весь сеанс приложения Bit Error Rate Analysis, выполните следующие действия.

Приложение Bit Error Rate Analysis сохраняет данные в файле MAT или двоичном файле, который записывает все наборы данных, находящиеся в данный момент в средстве просмотра данных, вместе с параметрами пользовательского интерфейса, связанными с наборами данных.

Импорт набора данных приложения для анализа частоты битовых ошибок

Приложение Bit Error Rate Analysis позволяет повторно импортировать отдельные наборы данных, ранее экспортированные в структуру. Дополнительные сведения об экспорте наборов данных из приложения Bit Error Rate Analysis см. в разделе Экспорт набора данных приложения Bit Error Rate Analysis.

Чтобы импортировать в структуру отдельный набор данных, ранее экспортированный из приложения Bit Error Rate Analysis, выполните следующие действия.

После закрытия диалогового окна Импорт данных (Data Import) (и диалогового окна выбора файлов, в случае MAT-файла) средство просмотра данных отображает новый импортированный набор данных, а в окне BER Figure - соответствующий график.

Открыть сеанс приложения анализа частоты ошибок предыдущих битов

Приложение Bit Error Rate Analysis позволяет открывать предыдущие сохраненные сеансы. Дополнительные сведения об экспорте наборов данных из приложения Bit Error Rate Analysis см. в разделе Сохранение сеанса приложения Bit Error Rate Analysis.

Чтобы заменить наборы данных в средстве просмотра данных наборами данных из предыдущего сеанса приложения Bit Error Rate Analysis, выполните следующие действия.

После того как приложение Bit Error Rate Analysis считывает файл сеанса, средство просмотра данных показывает наборы данных из файла.

Если для сеанса приложения Bit Error Rate Analysis требуются определенные переменные рабочей области, сохраненные отдельно в MAT-файле, их можно извлечь с помощью load в командной строке MATLAB. Например, чтобы загрузить сеанс приложения Bit Error Rate Analysis с именем ber_analysis_filename.mat введите эту команду.

load ber_analysis_filename.mat