Digitális modulációk vizsgálata WinIQSIM programmal Lódi Péter(D1WBA1) Bartha András(UKZTWZ) 2016. október 24. 1. Mérés célja Mérés helye: PPKE-ITK 3. emeleti 321-es Mérőlabor Mérés ideje: 2016.10.24. 12:15-16:00 Mérés tárgya: Digitális modulációk vizsgálata WinIQSIM programmal Mérés eszköze: WinIQSIM program Ismerkedés a digitális modulációs eljárásokkal, és az átvitel során keletkező zavarok hatásaival. 2. BPSK A mérési utasításnak megfelelően beállítottuk a blokkok paramétereit. A forrás egy 15 bites pseudo random bináris sorozat volt, amit BPSK kódolással moduláltunk. Az alábbi konstellációs ábrákat kaptuk: 1. ábra. többutas terjedés off, zaj off, vevő szűrő off 1
2. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő off 3. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on 2
4. ábra. többutas terjedés on, zaj off, vevő szűrő off 5. ábra. többutas terjedés on, zaj off, vevő szűrő on 3
6. ábra. többutas terjedés on, zaj on, vevő szűrő off 7. ábra. többutas terjedés on, zaj on, vevő szűrő on Az ábrák alapján megállapítható, hogy megfelelő vevőoldali szűrő nélkül közel lehetetlen a zavartalan jelátvitel. BPSK esetén megfelelő szűrővel a zaj kevésbé jelent problémát, mint a többutas terjedés, azonban ha nincs zaj a csatornán, akkor a szűrő csak ront a helyzeten. Az előírt ábrákat kikapcsolt többutas terjedés, bekapcsolt zaj, és bekapcsolt szűrővel készítettük el. 4
8. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on időfüggvény Az időfüggvény InPhase grafikonján (felső) a konstellációs ábra vízszintes tengelyét láthatjuk zajjal terhelve. Viszonylag jól megkülönböztethető a két állapot. A Quadrature grafikonon (alsó) elméletileg konstans nullát kéne látnunk, mivel a BPSK modulációnak nincs kvadratúra összetevője, de a zaj miatt mégis kerül bele, tehát amit a grafikonon látunk, az a Gauss eloszlású zaj. 9. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on InPhase szemábra A szemábrán a szemek "nyitottak" tehát viszonylag tiszta a vétel. Mivel a BPSK jelnek csak InPhase 5
összetevője van, nem vizsgáltuk a Quadrature szemábrát, mert csak zajt láttunk volna rajta. 10. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on spektrum A spektrumból látszik hogy a szűrő jól funkcionál, az átvitel során visszonylag hatékonyan van kihasználva a rendelkezésre álló sávszélesség. A többutas terjedés hatására az állapotok közelebb kerültek egymáshoz, tehát a demoduláció során a tévesztés valószínűsége nagyobb. 6
3. QPSK Elvégeztük a méréseket QPSK moduláció esetén. 11. ábra. többutas terjedés off, zaj off, vevő szűrő off 12. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő off 7
13. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on 14. ábra. többutas terjedés on, zaj off, vevő szűrő off 8
15. ábra. többutas terjedés on, zaj off, vevő szűrő on 16. ábra. többutas terjedés on, zaj on, vevő szűrő off 9
17. ábra. többutas terjedés on, zaj on, vevő szűrő on Az ábrák alapján megállapítható, hogy megfelelő vevőoldali szűrő nélkül közel lehetetlen megkülönböztetni a különböző állapotokat. Az alábbi ábrákat kikapcsolt többutas terjedés, bekapcsolt zaj, és bekapcsolt szűrővel készítettük el. 18. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on időfüggvény A QPSK jelnek van InPhase és Quadrature összeteveője is, melyeket terhel zaj. Ezek jól kivehetőek 10
az ábrán. 19. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on InPhase szemábra A szemábrán a szemek ezesetben is "nyitottak" tehát tiszta a vétel. A QPSK jelnek van Quadrature összetevője is, de ennek a szemábráját elfelejtettük vizsgálni. 20. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on spektrum A spektrum ránézésre megegyezik a BPSK spektrumával, de mivel QPSK esetben egy szimbólum 11
2 bit adatot hordoz, valójában hatékonyabban használja ki a rendelkezésre álló sávszélességet, mint a BPSK ahol egy szimbólum 1 bit adatot hordoz. A többutas terjedés hatására az állapotok jóval közelebb kerültek egymáshoz, ezért a bithiba valószínűsége jobban megnő mint BPSK esetén. 12
4. 16QAM Elvégeztük a méréseket 16QAM moduláció esetén. 21. ábra. többutas terjedés off, zaj off, vevő szűrő off 22. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő off 13
23. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on 24. ábra. többutas terjedés on, zaj off, vevő szűrő off 14
25. ábra. többutas terjedés on, zaj off, vevő szűrő on 26. ábra. többutas terjedés on, zaj on, vevő szűrő off 15
27. ábra. többutas terjedés on, zaj on, vevő szűrő on Az ábrák alapján megállapítható, hogy függetlenül attól hogy van-e a vevő oldalon szűrő, a többutas terjedés és a zaj együttese teljesen ellehetetlenítni az átvitelt. Az alábbi ábrákat kikapcsolt többutas terjedés, bekapcsolt zaj, és bekapcsolt szűrővel készítettük el. 28. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on időfüggvény Az időfügvényekről leolvasható hogy mind az InPhase összetevőnek, mind a Quadrature összetevőnek 16
4 különböző szintje van. 29. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on szemábra A szemábrán a szemek alig "nyitottak" tehát az átvitel meglehetősen rossz, ennek ellenére még kivehető a 4 különböző szint. A Quadrature összetevő szemábráját itt is elfelejtettük vizsgálni. 30. ábra. többutas terjedés off, zaj on, vevő szűrő on spektrum A spektrum ránézésre megegyezik a BPSK és a QPSK spektrumával, de 16QAM esetén egy szimbólum 17
már 4 bit információt hordoz, tehát a vizsgált modulációk közül ez használja ki a leghatékonyabban a rendelkezésre álló sávszélességet. A többutas terjedés, ezesetben közel teljesen ellehetetleníti az állapotok elkülönítését, szóval meglátásunk szerint ez a modulásció csak olyan közegben használható, ahol nincs többutas terjedés, és a zaj amplitúdója jóval kisebb pl: koax kábel. 5. Kiértékelés A BPSK és a QPSK modulálás esetén, a mérés során beállított zavaró tényezők ellenére, még viszonylag használható módon reprodukálni lehetett a modulált jelet. QPSK esetén hatékonyabban volt kihasználva a rendelkezésre álló sávszélesség, de szűrő nélkül már közel használhatatlan volt a jel. 16QAM a beállított paraméterekkel rendelkező csatornára nem való, nem reprodukálható a modulált jel. 18