Формирование и исследование существующих и перспективных навигационных радиосигналов (лабораторная работа) — различия между версиями
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора) |
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора) |
||
Строка 13: | Строка 13: | ||
== Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора == | == Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора == | ||
+ | |||
+ | === Описание сигнала с помощью модулирующей последовательности === | ||
Векторный генератор сигналов [[SMBV_(серия приборов)|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: | Векторный генератор сигналов [[SMBV_(серия приборов)|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: | ||
Строка 27: | Строка 29: | ||
<!-- Исходник в 20111003_Theta_function.vsd --> | <!-- Исходник в 20111003_Theta_function.vsd --> | ||
− | {{pic|20111003_Theta_function.png|Рисунок 1 - | + | {{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: | ||
− | :<math>\theta _{k}^{{}}=\theta \left( t_{k}^{{}} \right).</math> {{eqno|3}} | + | ::<math>\theta _{k}^{{}}=\theta \left( t_{k}^{{}} \right).</math> {{eqno|3}} |
В современных векторных генераторах присутствует возможность формирования соответствующих BPSK-сигналов по записанной в файл или оперативную память последовательности {{eqref|3}}. | В современных векторных генераторах присутствует возможность формирования соответствующих BPSK-сигналов по записанной в файл или оперативную память последовательности {{eqref|3}}. | ||
В свою очередь, манипуляция несущей на <math>\pi</math> позволяет генерировать большинство существующих и перспективных радионавигационных сигналов. | В свою очередь, манипуляция несущей на <math>\pi</math> позволяет генерировать большинство существующих и перспективных радионавигационных сигналов. | ||
+ | |||
+ | === Формирование сигнала по моделирующей последовательности === | ||
+ | |||
+ | Рассмотрим пример использования генератора сигнала [[SMBV|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 с персонального компьютера компанией Rohde & Schwarz поставляется программное обеспечение, носящее название WinIQSim. Интерфейс (см. [[#pic2|рисунок 2]]) и функции программы аналогичны интерфейсу и функциям программного обеспечения, установленного на приборах. | ||
+ | |||
+ | {{pic|File:20111003_WinIQSim2.png{{!}}600px|Рисунок 2 - Подпись|pic2}} | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==== Создание DataList-файла ==== | ||
+ | |||
+ | Процесс создания DataList в программе WinIQSim2: | ||
+ | |||
+ | * В ''BaseBand'' выбираем ''Custom Digital Mode'' | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_WinIQSim2_2.png|600px|center]] | ||
+ | |||
+ | * Далее ''List Management'' | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_WinIQSim2_3.png|600px|center]] | ||
+ | |||
+ | * Далее выбираем ''Select Data List To Edit'' | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_WinIQSim2_4.png|600px|center]] | ||
+ | |||
+ | * В выпадающем меню выбираем ''Create Data List'' | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_WinIQSim2_5.png|600px|center]] | ||
+ | |||
+ | * Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать ''Edit Data List''. | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_WinIQSim2_6.png|600px|center]] | ||
+ | |||
+ | * В редакторе вводим последовательность битов модуляции. 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). | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_WinIQSim2_7.png|600px|center]] | ||
+ | |||
+ | Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim, для приведенного примера, создаст файл со следующим содержанием: | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_HEX_1.png|center]] | ||
+ | |||
+ | Здесь <code>8C 00 00 00 00 0</code> - запись в hex'е введенной строки "100011000......" | ||
+ | |||
+ | Если число символов в ПСП не кратно 4, то в конце строки добавляется магический 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'': | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_Gen_1.png|center|300px]] | ||
+ | |||
+ | В графе ''Symbol Rate'' устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_Gen_2.png|center|300px]] | ||
+ | |||
+ | Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - ''BPSK'': | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_Gen_3.png|center|300px]] | ||
+ | |||
+ | Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов: | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_Gen_4.png|center|300px]] | ||
+ | |||
+ | Остается установить требуемую частоту и мощность - требуемый сигнал готов. | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_spectr.PNG|center|600px]] | ||
+ | |||
+ | == Настройка метки начала эпохи кода == | ||
+ | |||
+ | Перейдем в меню ''Marker'' (в некоторых версиях ''Trigger/Marker''): | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_Gen_5.png|center|300px]] | ||
+ | |||
+ | 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. | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_Gen_6.png|center]] | ||
+ | |||
+ | При этом положительный фронт импульса будет приходится на середину интервала первого чипа последовательности. | ||
+ | |||
+ | [[File:20111003_LeCroy15.png|center|800px]] | ||
== Домашняя подготовка == | == Домашняя подготовка == | ||
== Лабораторное задание == | == Лабораторное задание == | ||
== Контрольные вопросы == | == Контрольные вопросы == |
Версия 22:19, 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
- Персональный компьютер с установленным ПО WinIQSim2
- 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
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:
- (1)
-
В случае сигнала BPSK и отсутствии ограничений на значение начальной фазы, низкочастотный эквивалент может быть представлен в виде:
- (2)
-
- где - модулирующая функция (см. рисунок 1), принимающая значения .
В большинстве радиотехнических приложений ось времени можно разбить на равные интервалы, в течение которых смена значений функции не происходит - манипуляция сигнала производится с некоторым периодом . Тогда функцию можно описать последовательностью её значений на каждом интервале:
- (3)
-
В современных векторных генераторах присутствует возможность формирования соответствующих BPSK-сигналов по записанной в файл или оперативную память последовательности (3).
В свою очередь, манипуляция несущей на 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 с 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.
600px
Рисунок 2 - Подпись
Создание DataList-файла
Процесс создания DataList в программе WinIQSim2:
- В BaseBand выбираем Custom Digital Mode
- Далее List Management
- Далее выбираем Select Data List To Edit
- В выпадающем меню выбираем Create Data List
- Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать Edit Data List.
- В редакторе вводим последовательность битов модуляции. Как именно применять эти биты мы скажем генератору позже. В случае с модуляцией BPSK: "1" - сдвиг фазы на (множители модулятора I=-1, Q=0), "0" - отсутствие сдвига фазы (I=1, Q=0).
Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim, для приведенного примера, создаст файл со следующим содержанием:
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 магический 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:
В графе Symbol Rate устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем
Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - BPSK:
Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов:
Остается установить требуемую частоту и мощность - требуемый сигнал готов.
Настройка метки начала эпохи кода
Перейдем в меню Marker (в некоторых версиях Trigger/Marker):
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.
При этом положительный фронт импульса будет приходится на середину интервала первого чипа последовательности.