Формирование и исследование существующих и перспективных навигационных радиосигналов (лабораторная работа) — различия между версиями

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Создание DataList-файла)
Строка 30: Строка 30:
 
<!-- Исходник в 20111003_Theta_function.vsd -->
 
<!-- Исходник в 20111003_Theta_function.vsd -->
 
{{pic|20111003_Theta_function.png|Рисунок 1 - Пример функции <math>\theta \left( t \right)</math>|pic1}}
 
{{pic|20111003_Theta_function.png|Рисунок 1 - Пример функции <math>\theta \left( t \right)</math>|pic1}}
 +
  
 
В большинстве радиотехнических приложений ось времени можно разбить на равные интервалы, в течение которых смена значений функции <math>\theta \left( t \right)</math> не происходит - манипуляция сигнала производится с некоторым периодом <math>\tau_{chip}</math>. Тогда функцию <math>\theta \left( t \right)</math> можно описать последовательностью её значений на каждом интервале:
 
В большинстве радиотехнических приложений ось времени можно разбить на равные интервалы, в течение которых смена значений функции <math>\theta \left( t \right)</math> не происходит - манипуляция сигнала производится с некоторым периодом <math>\tau_{chip}</math>. Тогда функцию <math>\theta \left( t \right)</math> можно описать последовательностью её значений на каждом интервале:
Строка 53: Строка 54:
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2.png{{!}}600px|Рисунок 2 - Интерфейс программы WinIQSim2|pic2}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2.png{{!}}600px|Рисунок 2 - Интерфейс программы WinIQSim2|pic2}}
 +
  
 
==== Создание DataList-файла ====
 
==== Создание DataList-файла ====
Строка 63: Строка 65:
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_2.png{{!}}600px|Рисунок 3|pic3}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_2.png{{!}}600px|Рисунок 3|pic3}}
 +
  
 
* Далее ''List Management'' (см. [[#pic2|рисунок 4]])
 
* Далее ''List Management'' (см. [[#pic2|рисунок 4]])
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_3.png{{!}}600px|Рисунок 4|pic4}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_3.png{{!}}600px|Рисунок 4|pic4}}
 +
  
 
* Далее выбираем ''Select Data List To Edit'' (см. [[#pic5|рисунок 5]])
 
* Далее выбираем ''Select Data List To Edit'' (см. [[#pic5|рисунок 5]])
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_4.png{{!}}600px|Рисунок 5|pic5}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_4.png{{!}}600px|Рисунок 5|pic5}}
 +
  
 
* В выпадающем меню выбираем ''Create Data List'' (см. [[#pic6|рисунок 6]])
 
* В выпадающем меню выбираем ''Create Data List'' (см. [[#pic6|рисунок 6]])
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_5.png{{!}}600px|Рисунок 6|pic6}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_5.png{{!}}600px|Рисунок 6|pic6}}
 +
  
 
* Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать ''Edit Data List'' (см. [[#pic7|рисунок 7]])   
 
* Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать ''Edit Data List'' (см. [[#pic7|рисунок 7]])   
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_6.png{{!}}600px|Рисунок 7|pic7}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_6.png{{!}}600px|Рисунок 7|pic7}}
 +
  
 
* В редакторе вводим последовательность битов модуляции (см. [[#pic8|рисунок 8]]). Как именно применять эти биты мы скажем генератору позже. В случае с модуляцией BPSK: "1" - сдвиг фазы на <math>pi</math> (множители модулятора I=-1, Q=0), "0" - отсутствие сдвига фазы (I=1, Q=0).  
 
* В редакторе вводим последовательность битов модуляции (см. [[#pic8|рисунок 8]]). Как именно применять эти биты мы скажем генератору позже. В случае с модуляцией BPSK: "1" - сдвиг фазы на <math>pi</math> (множители модулятора I=-1, Q=0), "0" - отсутствие сдвига фазы (I=1, Q=0).  
  
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_7.png{{!}}600px|Рисунок 8|pic8}}
 
{{pic|20111003_WinIQSim2_7.png{{!}}600px|Рисунок 8|pic8}}
 +
  
 
Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim, для приведенного примера, создаст файл с содержанием, приведенным на [[#pic9|рисунке 9]].
 
Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim, для приведенного примера, создаст файл с содержанием, приведенным на [[#pic9|рисунке 9]].
  
 
{{pic|20111003_HEX_1.png|Рисунок 9|pic9}}
 
{{pic|20111003_HEX_1.png|Рисунок 9|pic9}}
 +
  
 
Здесь <code>8C 00 00 00 00 0</code> - запись в hex'е введенной строки "100011000......"
 
Здесь <code>8C 00 00 00 00 0</code> - запись в hex'е введенной строки "100011000......"
Строка 98: Строка 107:
 
Сохраненный DataList-файл тем или иным образом предоставляем генератору (сеть, флэш и т.п.). Дальнейшие манипуляции проводим с помощью собственного программного обеспечения генератора.
 
Сохраненный DataList-файл тем или иным образом предоставляем генератору (сеть, флэш и т.п.). Дальнейшие манипуляции проводим с помощью собственного программного обеспечения генератора.
  
−
Открываем сгенерированный файл в окне ''Custom Digital Modulation'' с помощью кнопки ''Select Data List'':
+
* Открываем сгенерированный файл в окне ''Custom Digital Modulation'' с помощью кнопки ''Select Data List'' (см. [[#pic10|рисунок 10]])
 +
 
 +
{{pic|20111003_Gen_1.png{{!}}300px|Рисунок 10|pic10}}
 +
 
 +
 
 +
* В графе ''Symbol Rate'' устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем (см. [[#pic11|рисунок 11]])
 +
 
 +
{{pic|20111003_Gen_2.png{{!}}300px|Рисунок 11|pic11}}
 +
 
  
−
[[File:20111003_Gen_1.png|center|300px]]
+
* Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - ''BPSK'' (см. [[#pic12|рисунок 12]])
  
−
В графе ''Symbol Rate'' устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем
+
{{pic|20111003_Gen_3.png{{!}}300px|Рисунок 12|pic12}}
  
−
[[File:20111003_Gen_2.png|center|300px]]
 
  
−
Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - ''BPSK'':
+
* Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов (см. [[#pic13|рисунок 13]])
  
−
[[File:20111003_Gen_3.png|center|300px]]
+
{{pic|20111003_Gen_4.png{{!}}300px|Рисунок 13|pic13}}
  
−
Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов:
 
  
−
[[File:20111003_Gen_4.png|center|300px]]
+
Остается установить требуемую частоту и мощность - требуемый сигнал готов (см. [[#pic14|рисунок 14]]).
  
−
Остается установить требуемую частоту и мощность - требуемый сигнал готов.
+
{{pic|20111003_spectr.PNG{{!}}600px|Рисунок 14 - Спектральная плотность мощности сформированного BPSK-сигнала|pic14}}
  
−
[[File:20111003_spectr.PNG|center|600px]]
 
  
 
== Настройка метки начала эпохи кода ==
 
== Настройка метки начала эпохи кода ==

Версия 22:56, 3 октября 2011

Содержание

Цели работы

  • Расширение представлений о структуре существующих и перспективных навигационных сигналов
  • Изучение возможностей современных векторных генераторов сигналов по формированию сигналов с произвольной структурой

Состав стенда

  • Векторный генератор сигналов R&S SMBV100A или аналог
  • Осциллограф R&S RTO1024 или аналог
  • Анализатор спектра и сигналов R&S FSV3 или аналог
  • Тестовый приемник с необходимой периферией
  • Персональный компьютер с установленным ПО WinIQSim2 (опционально)

Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора

Описание сигнала с помощью модулирующей последовательности

Векторный генератор сигналов R&S SMBV100A способен формировать сигналы произвольного вида, удовлетворяющие ограничениям по полосе (до 60 или 120 МГц в зависимости от опций) и несущей частоте (до 3 или 6 ГГц). Для этого сигнал представляется в виде своего низкочастотного эквивалента, который используется генератором для модуляции несущего колебания в соответствии со следующей математической моделью:

y\left( t \right)=A \cdot I \left( t \right)\cos \left( \omega _{0}^{{}}t \right) - A \cdot Q \left( t \right)\sin \left( \omega _{0}^{{}}t \right).
(1)

В случае сигнала BPSK и отсутствии ограничений на значение начальной фазы, низкочастотный эквивалент может быть представлен в виде:

\left\{ \begin{align} & I\left( t \right)= \cos \left( \pi \cdot \theta \left( t \right) \right); \\ & Q\left( t \right)=0, \\ \end{align} \right.
(2)
где \theta \left( t \right) - модулирующая функция (см. рисунок 1), принимающая значения \left\{ 0;1 \right\}.

20111003 Theta function.png
Рисунок 1 - Пример функции \theta \left( t \right)


В большинстве радиотехнических приложений ось времени можно разбить на равные интервалы, в течение которых смена значений функции \theta \left( t \right) не происходит - манипуляция сигнала производится с некоторым периодом \tau_{chip}. Тогда функцию \theta \left( t \right) можно описать последовательностью её значений на каждом интервале:

\theta _{k}^{{}}=\theta \left( t_{k}^{{}} \right).
(3)

В современных векторных генераторах присутствует возможность формирования соответствующих BPSK-сигналов по записанной в файл или оперативную память последовательности (3).

В свою очередь, манипуляция несущего колебания на \pi позволяет генерировать большинство существующих и перспективных радионавигационных сигналов.

Формирование сигнала по моделирующей последовательности

Рассмотрим пример использования генератора сигнала R&S SMBV100A для решения практической инженерной задачи - формирования радионавигационного сигнала на промежуточной частоте. Данная задача возникает на этапе разработки и отладки программного обеспечения НАП.

Параметры сигнала:

  • промежуточная частота 70 МГц;
  • манипуляция BPSK с темпом 5.11 МГц известной периодической последовательностью.

Дополнительно требуется обеспечить выдачу метки начала каждой эпохи последовательности.

WinIQSim2

Для управления генераторами при помощи персонального компьютера, компанией Rohde & Schwarz поставляется программное обеспечение, носящее название WinIQSim. Интерфейс (см. рисунок 2) и функции программы аналогичны интерфейсу и функциям программного обеспечения, установленного на приборах. Его использование в данной лабораторной работе обусловлено удобством импортирования модулирующих последовательностей из подготовленных студентами файлов. При отсутствии ПК с установленным WinIQSim аналогичные действия следует проводить непосредственно на приборе.

20111003 WinIQSim2.png
Рисунок 2 - Интерфейс программы WinIQSim2


Создание DataList-файла

Программное обеспечение R&S хранит модулирующую последовательность в DataList-файле (расширение файла .dm_iqd).

Процесс создания DataList-файла в программе WinIQSim2:

20111003 WinIQSim2 2.png
Рисунок 3


20111003 WinIQSim2 3.png
Рисунок 4


20111003 WinIQSim2 4.png
Рисунок 5


  • В выпадающем меню выбираем Create Data List (см. рисунок 6)

20111003 WinIQSim2 5.png
Рисунок 6


  • Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать Edit Data List (см. рисунок 7)

20111003 WinIQSim2 6.png
Рисунок 7


  • В редакторе вводим последовательность битов модуляции (см. рисунок 8). Как именно применять эти биты мы скажем генератору позже. В случае с модуляцией BPSK: "1" - сдвиг фазы на pi (множители модулятора I=-1, Q=0), "0" - отсутствие сдвига фазы (I=1, Q=0).

20111003 WinIQSim2 7.png
Рисунок 8


Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim, для приведенного примера, создаст файл с содержанием, приведенным на рисунке 9.

20111003 HEX 1.png
Рисунок 9


Здесь 8C 00 00 00 00 0 - запись в hex'е введенной строки "100011000......"

Если число символов в ПСП не кратно 4, то в конце строки добавляется специальный код, который IQSim распознает с помощью параметра DATA BITLENGTH.

Если последовательность длинная, её можно вставить с помощью кнопки Paste. Например, предварительно скопировав последовательность 0 и 1 из файла (строка, в которой символы разделены проблемами).

Применение DataList-файла на генераторе

Сохраненный DataList-файл тем или иным образом предоставляем генератору (сеть, флэш и т.п.). Дальнейшие манипуляции проводим с помощью собственного программного обеспечения генератора.

  • Открываем сгенерированный файл в окне Custom Digital Modulation с помощью кнопки Select Data List (см. рисунок 10)

20111003 Gen 1.png
Рисунок 10


  • В графе Symbol Rate устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем (см. рисунок 11)

20111003 Gen 2.png
Рисунок 11


  • Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - BPSK (см. рисунок 12)

20111003 Gen 3.png
Рисунок 12


  • Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов (см. рисунок 13)

20111003 Gen 4.png
Рисунок 13


Остается установить требуемую частоту и мощность - требуемый сигнал готов (см. рисунок 14).

20111003 spectr.PNG
Рисунок 14 - Спектральная плотность мощности сформированного BPSK-сигнала


Настройка метки начала эпохи кода

Перейдем в меню Marker (в некоторых версиях Trigger/Marker):

20111003 Gen 5.png

С помощью граф On Time и Off Time устанавливаем длительность (в чипах последовательности) положения маркера в высоком и низком уровне напряжения соответственно.

Например, для генерирования положительного импульса длительностью n чипов в начале каждого периода повторения последовательности (на каждой эпохе) устанавливаем в поле On Time значение n, а в поле Off Time значение L-n, где L - длительность модулирующей последовательности.

20111003 Gen 6.png

При этом положительный фронт импульса будет приходится на середину интервала первого чипа последовательности.

20111003 LeCroy15.png

Домашняя подготовка

Лабораторное задание

Контрольные вопросы

1. Возможно ли формирование сигнала GPS L1 C/A на несущей частоте с помощью векторного генератора R&S SMBV100A? 2. Каков период и скорость следования чипов дальномерного кода сигналов современных СРНС? Запишите математические модели этих сигналов. 2. В данном пособии приведен пример формирования сигнала на промежуточной частоте с заданными параметрами. Излучается ли сигнал с соответствующими параметрами современными СРНС?

Источник — «https://2fwww.srns.ru/index.php?title=Формирование_и_исследование_существующих_и_перспективных_навигационных_радиосигналов_(лабораторная_работа)&oldid=4315»
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты