Формирование и исследование существующих и перспективных навигационных радиосигналов (лабораторная работа) — различия между версиями
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Формирование метки начала эпохи модулирующей последовательности) |
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Использование DataList-файла для формирования сигнала) |
||
Строка 127: | Строка 127: | ||
− | Остается установить | + | Остается установить частоту и мощность - требуемый сигнал готов (см. [[#pic14|рисунок 14]]). |
{{pic|20111003_spectr.PNG{{!}}600px|Рисунок 14 - Спектральная плотность мощности сформированного BPSK-сигнала|pic14}} | {{pic|20111003_spectr.PNG{{!}}600px|Рисунок 14 - Спектральная плотность мощности сформированного BPSK-сигнала|pic14}} |
Версия 23:21, 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:
- (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
.
- где
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 несущего колебания 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 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.
Создание DataList-файла
Программное обеспечение R&S хранит модулирующую последовательность в DataList-файле (расширение файла .dm_iqd).
Процесс создания DataList-файла в программе WinIQSim2:
- В BaseBand выбираем Custom Digital Mode (см. рисунок 3)
- Далее List Management (см. рисунок 4)
- Далее выбираем Select Data List To Edit (см. рисунок 5)
- В выпадающем меню выбираем Create Data List (см. рисунок 6)
- Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать Edit Data List (см. 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
(множители модулятора I=-1, Q=0), "0" - отсутствие сдвига фазы (I=1, Q=0).
Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim создаст файл с содержанием, приведенным на рисунке 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).
Использование DataList-файла для формирования сигнала
Сохраненный DataList-файл тем или иным образом предоставляем генератору (флэш-карта или т.п.). Дальнейшие манипуляции проводим с помощью собственного программного обеспечения генератора, либо продолжаем производить настройку в WinIQSim, если ПК имеет непосредственный интерфейс с генератором (сеть или USB-кабель).
- Открываем сгенерированный файл в окне Custom Digital Modulation с помощью кнопки Select Data List (см. рисунок 10)
- В графе Symbol Rate устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем (см. рисунок 11)
- Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - BPSK (см. рисунок 12)
- Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов (см. рисунок 13)
Остается установить частоту и мощность - требуемый сигнал готов (см. рисунок 14).
Рисунок 14 - Спектральная плотность мощности сформированного BPSK-сигнала
Формирование метки начала эпохи модулирующей последовательности
Перейдем в меню Marker (в некоторых версиях Trigger/Marker, см. рисунок 15)
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 (см. рисунок 16).
При этом положительный фронт импульса будет приходится на середину интервала первого чипа последовательности (см. рисунок 17).
Рисунок 17 - Осциллограммы сформированного сигнала, синфазной модулирующей функции , метки начала эпохи модулирующей последовательности
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.
3. В данном пособии приведен пример формирования сигнала на промежуточной частоте с заданными параметрами. Излучается ли сигнал с соответствующими параметрами современными СРНС?