Modulace 2 Modulace je nelineární proces, který mění parametry nosného signálu pomocí modulačního signálu. Cílem úlohy je probrat takové typy modulací, jako jsou fázová modulace (Phase Modulation PM), klíčování fázovým posuvem (Phase Shift Keying PSK) a kvadraturní amplitudová modulace (Quadrature Amplitude Modulation QAM). 1. Klíčování amplitudovým posuvem je forma amplitudové modulace, která reprezentuje digitální data pomocí změn amplitudy nosné vlny. a) Pomocí programu MATLAB R2015b otevřete soubor ASK nacházející se na ploše, ve složce modulace 2. Zobrazí se vám schéma na obrázku 1. b) Nastavte bloky podle obrázku 2. Blok M-PAM Demodulator Baseband nastavte stejně, jako blok M-PAM Modulator Baseband. c) V bloku Repeating Sequence Stair změňte posloupnost na 11010010 a v bloku Scope prozkoumejte, jak se chová signál po klíčování. d) V bloku Sine Wave změňte parametr Frequency (Hz) odpovídající za kmitočet modulačního signálu na 1, 5, 10, 100 a 500 Hz. Při velkých hodnotách zmenšujte hodnotu parametru Sample Time, která odpovídá za periodu vzorkování signálu. Vysvětlete, proč se hodnota musí snižovat. e) Otevřete blok AWGN Channel a změňte parametr Es/No (db) odpovídající za vztah signál/šum na 20, 50, 100 a 1000 db. f) Zaznamenejte průběhy a najděte ty hodnoty vztahu signál/šum, při kterých se ztratí tvar signálu po modulaci a po demodulaci. Obrázek 1: Model klíčování amplitudovým posuvem v programu MATLAB 1
Obrázek 2: Nastavení bloků 2. Fázová modulace je druh modulace, u které modulační signál mění fázi nosné vlny. a) Vytvořte nový soubor a sestavte schéma na obr. 3 následujícím způsobem. Obrázek 3: Model fázové modulace V okně Command Window příkazem dsplib spusťte knihovnu pro zpracování signálu DSP System Toolbox. Ve složce Sources najděte blok Sine Wave a umístěte ho na pracovní desku Simulink. Příkazem commlib spusťte knihovnu simulaci datových přenosu Communications System Toolbox. 2
Ze složky Modulation Analog Passband přeneste na pracovní desku bloky PM Modulator Passband a PM Demodulator Passband a ze složky Channels blok AWGN Channel Příkazem Simulink spusťte prohlížeč knihoven Simulink. Ze složky Commonly Used Blocks umístěte na pracovní desku blok Scope. b) Změňte nastavení bloků dle obrázku 4. Obrázek 4: Nastavení bloků fázové modulace c) Blok PM Demodulator Passband nastavte stejně, jako blok PM Modulator Passband. d) Otevřete blok Scope a nalevo nahoře klikněte na Configuration Settings. Změňte parametr Number of input ports na 3 a v menu layouts vyberte 3 řady, abyste dostali 3 různé grafy. e) Prozkoumejte, jak se mění původní signál po fázové modulaci. f) Vysvětlete, proč se po demodulaci mění fáze původního signálu. g) V bloku AWGN Channel postupujte stejně, jako v bodě 1. e). 3. Klíčování fázovým posuvem je metoda digitální modulace, která pro přenos informací používá změny fáze referenčního signálu (nosné vlny). PSK se používá pro nižší rychlosti komunikace u Bluetooth, Wi-Fi a pro RFID. a) Otevřete soubor PSK ve stejné složce. Schéma můžete vidět na obrázku 5. Nastavte bloky dle obrázku 6. 3
Obrázek 5: Klíčování fázovým posuvem Obrázek 6: Nastavení bloků klíčování fázovým posuvem b) Zjistěte, jak vypadá klíčování fázovým posuvem. c) V bloku Repeating Sequence Stair měňte přidanou posloupnost. Přidejte posloupnosti 10110101 a 11001101 d) V bloku Sine Wave změňte parametr Frequency (Hz) odpovídající za kmitočet modulačního signálu na 1, 5, 10, 100 a 500 Hz. Při velkých hodnotách zmenšujte hodnotu parametru Sample Time, která odpovídá za periodu vzorkování signálu. e) V bloku AWGN Channel postupujte stejně, jako v bodě 1. e). 4
4. Kvadraturní amplitudová modulace je digitální i analogové modulační schéma, které umožnilo sestrojení modemů pro analogové telefonní linky s přenosovou rychlostí vyšší, než je maximální kmitočet telefonního signálu, a které je používáno pro digitální televizní vysílání. Obrázek 7: Schéma kvadraturní amplitudové modulace a) Vytvořte nový soubor a sestavte schéma na obrázku 7 následujícím způsobem. Umístěte na pracovní desce blok Random Integer Generator nacházející se v knihovně commlib, složka Comm Sources Random Data Sources. Ze složky Modulations Digital Baseband AM najděte a umístěte na desku bloky Rectangular QAM Modulator Baseband a ze složky Channels blok AWGN Channel Ve složce Comm Sinks je blok Discrete-Time Scatter Plot Scope. b) Nastavte bloky tak, aby odpovídaly obrázku 8. Obrázek 8: Nastavení bloků kvadraturní amplitudová modulace c) V blocích Random Integer Generator a Rectangular QAM Modulator Baseband měňte parametr M-ary number na 2, 4, 8, 16, 64 a 256. Tímto způsobem realizujete 5
modulace BPSK, 2-QAM, 4-QAM, 8-QAM atd. Pozor: v obou blocích musí mít parametr M-ary number stejnou hodnotu. d) V bloku AWGN Channel postupujte stejně, jako v bodě 1. e). 5. Vysílání digitální televize. Následující model demonstruje pozemní vysílání signálů digitální televize. a) Otevřete knihovnu commlib a otevřete složku Demos. b) Nalevo v obsazích vyberte Application-Specific Examples. c) V pododdíle Simulink zvolte příklad Digital Video Broadcasting Terrestrial (obr. 9) Obrázek 9: Model vysílání digitálních signálů d) Seznamte se s návodem a prozkoumejte, jak funguje vysílání DVB-T. e) Tlačítkem Open This Example otevřete model a pusťte ho. f) Otevřete blok AWGN Channel, pomalu měňte parametr SNR (db) (zajímavá hodnota je např. 16 db) a zaznamenejte hodnoty BER na úrovni vnitřního a vnějšího samoopravného kódu. 6