BPSK матлаб модулятор демодулятор Опции

[Acvarif]

Имеется код BPSK модема, передатчик и приемник.

CODE

clear all;
Br = 117.1875*10^3;
Fd = Br*8;

Fif = 20*10^6;
Fdif = 60*10^6;
Fdopl = 100;

%% === TRANSMITTER ===
M = pngen(5);
D = rand(1, 200*8) > 0.5;
CRC = zeros(1, 16);
for i=1:length(D),
CRC(16) = xor(CRC(16), D(i));
CRC = [CRC(2:16) CRC(1)];
end;
FILL = ones(1, 200)*0.5;
DATA = [dec2bin(length(D)/8, 11)=='1' D CRC];
packet = [FILL M M diff_enc([0 DATA]) FILL]*2-1;

% redescr
Ndkr = Fd/Br;
pkt = packet(ceil(0.01:1/Ndkr:length(packet)));

hch = firls(31, [0 .24 .3 .5]*2, [1 1 0 0]);
pktf = filter(hch, [1], pkt);

% upsample
t1 = upsample4(pktf, 31);
t2 = upsample4(t1, 31);
pktfu = upsample4(t2, 31)';

% -> IF
l = length(pktfu);
s = sin(2*pi*(Fif+Fdopl)*(0:1/Fdif:l/Fdif));
c = cos(2*pi*(Fif+Fdopl)*(0:1/Fdif:l/Fdif));
pkts = pktfu.*s(1:l);
pktc = pktfu.*c(1:l);

%% === TRANSMIT LINE ===
Ir = awgn(awgn(pkts, 0.05), 0.01);
Qr = awgn(awgn(pktc, 0.05), 0.01);

%% === RECEIVER ===
% -> 0
l = length(Ir);
s = sin(2*pi*Fif*(0:1/Fdif:l/Fdif));
c = cos(2*pi*Fif*(0:1/Fdif:l/Fdif));

Rreu = Ir.*s(1:l) + Qr.*c(1:l);
Rimu = Qr.*s(1:l) - Ir.*c(1:l);

tr00 = downsample4(Rreu);
tr01 = downsample4(tr00);
Rre_ = downsample4(tr01);
Rre = filter(hch, [1], Rre_);

tr10 = downsample4(Rimu);
tr11 = downsample4(tr10);
Rim_ = downsample4(tr11);
Rim = filter(hch, [1], Rim_);

%figure; hold on; plot(Rre); plot(Rim, 'r');

% detection
Ms = M(ceil(0.01:1/Ndkr:length(M)));
cfh = Ms(length(Ms):-1:1);
cre = filter(cfh, [1], Rre)/length(cfh);
cim = filter(cfh, [1], Rim)/length(cfh);
%cr = sqrt(cre.^2 + cim.^2);
cr = (7/8)*max(abs(cre), abs(cim)) + (1/8)*min(abs(cre), abs(cim));

%figure; hold on; plot(cre); plot(cim); plot(cr, 'r');

env(length(cr)) = 0;
for j=1:length(cr),
f = max(1, j-Ndkr*length(M)+2*Ndkr);
t = min(length(cr), max(2, j-Ndkr));
env(j) = sum(cr(f:t))/(t-f);
end;

%figure; hold on; plot(cr, 'r'); plot(env, 'g'); plot(env*5);

%
for i=length(M)*Ndkr+1:length(cr)-1,
c1 = cr(i) > env(i)*5;
% c2 = (cr(i) > cr(i-1)) && (cr(i) > cr(i+1));
c2 = (cr(i-1) > cr(i-2)) && (cr(i-1) > cr(i));
c3 = abs(cr(i)-cr(i-length(M)*Ndkr)) < 4*env(i);
c4 = cr(i-length(M)*Ndkr) > env(i-length(M)*Ndkr)*5;

if c1 && c2 && c3 && c4,
break;
end;
end;
i
re = Rre(i:length(Rre));
im = Rim(i:length(Rim));

%figure; hold on; plot(re); plot(im, 'r');
figure; hold on; plot(cr, 'r'); plot(env, 'g'); plot(env*5); plot((c1&c2&c3&c4)*1.3, 'k');

%
l = length(re);
lb = length(packet);
Yre(lb) = 0;
Yim(lb) = 0;
fre(lb) = 0;
fim(lb) = 0;
are(lb) = 0;
aim(lb) = 0;
mark(l) = 0;
bit(lb) = 0;

k = 1;
gamma = 0.1;
Yre(1) = re(1);
Yim(1) = im(1);

for i = 8:8:length(re)-10,
mark(i) = 1;
are(k) = sum(re(i-6:i-1));
aim(k) = sum(im(i-6:i-1));

% okre(k) = are(k)*Yim(k) - aim(k)*Yre(k);
okim(k) = aim(k)*Yim(k) + are(k)*Yre(k);

bit(k) = sign(okim(k));

fre(k) = are(k)*bit(k);
fim(k) = aim(k)*bit(k);

Yre(k+1) = (1-gamma)*Yre(k) + gamma*fre(k);
Yim(k+1) = (1-gamma)*Yim(k) + gamma*fim(k);

k = k + 1;
end;

bit_dec = diff_dec(sign(bit+1));
bits = bit_dec(2:length(bit_dec));

%figure; hold on; plot(okim); plot(okre, 'r');
%figure; hold on; plot(re); plot(Yre(ceil(0.01:1/Ndkr:length(bit))), 'r');
%figure; hold on; plot(im); plot(Yim(ceil(0.01:1/Ndkr:length(bit))), 'r');

figure; hold on; plot(im); plot(mark, 'k');

%
len = bin2dec(int2str(bits(1:11)));
data = bits(12:12+len*8-1);
rcrc = bits(12+len*8:12+len*8+15);
crc = zeros(1, 16);
for i=1:length(D),
crc(16) = xor(crc(16), data(i));
crc = [crc(2:16) crc(1)];
end;

disp('---');
disp(sprintf('Received packet length: %d bytes', len));
disp(sprintf('Data ok: %d', sum(abs(data-D))==0));
disp(sprintf('CRC ok: %d', sum(abs(crc-rcrc))==0));

При компиляции возникает ошибка:
Undefined function 'pngen' for input arguments of type 'double'.

Error in Modem (line 10)
M = pngen(5);
Я так понимаю, что функция pngen должна быть где-то описана. Или такая функция уже встроена в Матлаб последних версий.
Использую R2014a.
Подскажите пожалуйста в чем проблема.
Если кто сталкивался, подсобите пожалуйста простейшим рабочим кодом BPSK модема (передатчик + приемник).

[ataradov]

Костас только убирает несовпадение частот и допплер (они не различимы на приемнике). Костас ничего не делает для символьной синхронизации. Для этого в данные вставляют синхропоследовательности для начальной синхронизации и дальнейшая синхронизация осуществляется по смене фаз дынных. И чтобы этих смен было достаточно используют скремблеры.

Сообщение отредактировал ataradov - Mar 26 2018, 05:10

[Acvarif]

Костас только убирает несовпадение частот и допплер (они не различимы на приемнике). Костас ничего не делает для символьной синхронизации. Для этого в данные вставляют синхропоследовательности для начальной синхронизации и дальнейшая синхронизация осуществляется по смене фаз дынных. И чтобы этих смен было достаточно используют скремблеры.

Спасибо. Понятно. Стало более понятно значение нескольких байт преамбулы обычно используемой в пакете данных.
Попытаюсь встроить петлю Костаса в код
На демодулятор поступает rx (смесь модулированного сигнала с аддит. гаусовым шумом) которую далее необходимо умножать на
sin и cos поступающие с выхода VCO
Очевидно что в демодуляторе необходимо будет организовать
1. Управляемый генератор sin cos (VCO).
2. Два одинаковых ФНЧ
3. Фазовый дискриминатор
4. Еще фильтр перед управляемым генератором
Какова роль фильтра (loopfilter) после фазового дискриминатора?

[petrov]

Попытаюсь встроить петлю Костаса в код

В коде сложнее что-либо разглядеть, чем в симулинк модели.

2. Два одинаковых ФНЧ

Согласованный фильтр лучше поставить до петли, иначе задержка фильтра будет входить в петлю ФАПЧ, с соответствующим увеличением времени настройки, для обеспечения устойчивасти.

4. Еще фильтр перед управляемым генератором
Какова роль фильтра (loopfilter) после фазового дискриминатора?

Пропорционально интегрирующее звено ФАПЧ.

Ещё что-то надо делать с амплитудой сигнала, которую надо учитывать при рассчёте коэффициентов передачи ФАПЧ.

[Acvarif]

Согласованный фильтр лучше поставить до петли, иначе задержка фильтра будет входить в петлю ФАПЧ, с соответствующим увеличением времени настройки, для обеспечения устойчивасти.

До петли это как? На схеме разве не так? Фильтры стоят сразу после I Q умножителей.
Разве можно как-то иначе поставить фильтры и так чтобы не учитывалась их задерка в петле ФАПЧ?
Хотя Ваша схема ФАПЧ не похожа на привычную петлю Костаса
Если не сложно, поясните пожалуйста в нескольких фразах как она работает.

Ещё что-то надо делать с амплитудой сигнала, которую надо учитывать при рассчёте коэффициентов передачи ФАПЧ.

С этим я вообще пока не знаю что делать...
В свое время когда петля ФАПЧ делалась в бинарном виде этот вопрос вообще не стоял.

Сообщение отредактировал Acvarif - Mar 26 2018, 11:20

[petrov]

До петли это как? На схеме разве не так? Фильтры стоят сразу после I Q умножителей.

Уже выше обсуждали, что комплексный сигнал у вас будет на нулевой частоте, сначала фильтр согласованный, а потом уже ФАПЧ - умножение на управляемую комплексную экспоненту, поворачиваем вращающееся созвездие в обратную сторону, чтобы оно стояло неподвижно.

Хотя Ваша схема ФАПЧ не похожа на привычную петлю Костаса
Если не сложно, поясните пожалуйста в нескольких фразах как она работает.

Это и не петля Костаса, в оригинальной статье петля работает без символьной синхронизации, здесь же она работает после символьной синхронизации в домене одного отсчёта на символ. Согласованный фильтр здесь как раз включён в петлю.

С этим я вообще пока не знаю что делать...
В свое время когда петля ФАПЧ делалась в бинарном виде этот вопрос вообще не стоял.

Моделировать, моделировать. У вас же в общем случае короткие пакеты будут приходить минимального и максимального уровня друг за другом.

[Acvarif]

Уже выше обсуждали, что комплексный сигнал у вас будет на нулевой частоте, сначала фильтр согласованный, а потом уже ФАПЧ - умножение на управляемую комплексную экспоненту, поворачиваем вращающееся созвездие в обратную сторону, чтобы оно стояло неподвижно.

Запутался.
Вот петля Костаса
Входной сигнал m(t) sin(ωt) Далее он сразу умножается в одном плече на sin(ωt) в другом на cos(ωt) Как результат - на выходе верхнего плеча компонента I, нижнего Q. Произошел снос на нулевую частоту. Что понимается под согласованным фильтром? У нас, например, под согласованным фильтром понимается коррелятор при работе со сложным сигналом.

Сообщение отредактировал Acvarif - Mar 26 2018, 13:10

[petrov]

Запутался.
Вот петля Костаса
Входной сигнал m(t) sin(ωt) Далее он сразу умножается в одном плече на sin(ωt) в другом на cos(ωt) Как результат - на выходе верхнего плеча компонента I, нижнего Q. Произошел снос на нулевую частоту. Что понимается под согласованным фильтром? У нас, например, под согласованным фильтром понимается коррелятор при работе со сложным сигналом.

Статья Костаса древняя, эту петлю в аналоге делали, не нужно её тупо переносить в цифру.
Разобрались, что мы можем перенести сигнал на нулевую частоту.
Далее фильтруем его согласованным фильтром, согласованным с формой видео импульсов, которые мы передаём.
Коррелятор фильтром не является, он не инвариантен ко времени прихода.
Далее петлёй Костаса на нулевой частоте разворачиваем созвездие BPSK, чтобы оно стояло.
Filter1,3 не нужны, 2 - ПИ звено. VCO - NCO, комплексная экспонента управляемая, умножается на комплексный сигнал с выхода согласованного фильтра. Детектор ошибки - произведение реальной и мнимой частей после умножителя.

[Acvarif]

Спасибо что Вы мне подсказываете. Общее понимание почти сложилось. Но непонятые детали не дают покоя.

Статья Костаса древняя, эту петлю в аналоге делали, не нужно её тупо переносить в цифру.

Да. Картинка немного не та. Вот та картинка
Но суть вроде не меняется.

Разобрались, что мы можем перенести сигнал на нулевую частоту.

Железно.
Перенос на нулевую частоту это умножения входного сигнала на комплексную экспоненту.

Далее фильтруем его согласованным фильтром, согласованным с формой видео импульсов, которые мы передаём.

В цифровом варианте это будет FIR (LPF) Это понимается под согласованным фильтром?

Filter1,3 не нужны

Если по цифровой схеме Костаса то не нужны. Там стоят LPF.

VCO - NCO, комплексная экспонента управляемая, умножается на комплексный сигнал с выхода согласованного фильтра.

Тут опять тупик. Получается что согласованный фильтр должен стоять до умножителей.
Может в качестве согласованного фильтра имеется ввиду это?

Сообщение отредактировал Acvarif - Mar 26 2018, 19:11

[petrov]

Чем отличается согласованный фильтр от ФНЧ?

Тем, что максимально возможный сигнал/шум даёт на выходе. Читайте про приподнятый косинус и корень из приподнятого косинуса.

А как быть с компонентами на удвоенной несущей после переноса на нулевую?
Вроде ФНЧ их устраняет.

Да устраняет.

Тут опять тупик. Получается что
1. Согласованный фильтр должен стоять до умножителей.
2. ФНЧ не нужны.

Да, всё уже отфильтровано, осталось только устранить вращение созвездия.

Поймите, что от переноса частоты в ноль и даунсемплинга нужно абстрагироваться, с этим вопросом можно разобраться отдельно, всё равно никакого Костаса у вас не будет в итоге, потому что ФАПЧ медленно настраивается. Далее вся обработка осуществляется на нулевой частоте, в комплексном виде, с малым количеством отсчётов на символьный интервал.

[Acvarif]

Далее вся обработка осуществляется на нулевой частоте, в комплексном виде, с малым количеством отсчётов на символьный интервал.

Да. Где-то я это понимаю. В частности про малое количество отсчетов.
Но тем не менее для моделирования должна сложиться четкая картинка компонентов и их соединения. Схема Костаса эту картинку дает.

всё равно никакого Костаса у вас не будет в итоге, потому что ФАПЧ медленно настраивается.

Как-же тогда быть? Никакой другой схемы кроме Костаса пока не встречал...

Сообщение отредактировал Acvarif - Mar 27 2018, 04:44

[Acvarif]

Если посчитать за какое время сработает петля Костаса, например, при доплере 150 Гц (в воде это движение ~2 м/сек) (несущая 100 кГц) то получится, что для полной синхронизации потребуется время равное 150 символам (битам). Это если шаг изменения частоты NCO будет 1 Гц.
150 бит это ~18 байт преамбулы. Если длительность одного символа 4 периода несущей то это 40 мкс. Всего 150*40 = 6000 мкс. Тоесть полная подстройка произойдет за 6 мс. Это вполне нормально. Но в реальности наверняка шаг подстройки будет меньше чем 1 Гц, например 0.5 Гц. Ну тогда полная синхронизация наступит через 12 мс. Тоже вроде неплохо. Далее пойдет синхросимвол и данные.
Для случая с несущей в 100 кГц вроде неплохо.

Можно почитать для начала RF Architectures and Digital Signal Processing Aspects of Digital Wireless Transceivers - Nezami.

Уже читаю. Глава 5.
Думаю для начала всеравно нужно построить петлю Костаса. Приступать сразу к FeedForward наверное неправильно. Ведь так?

[petrov]

Уже читаю. Глава 5.
Думаю для начала всеравно нужно построить петлю Костаса.

Это ещё месяц назад надо было сделать, в симулинке изучить все возможные воздействия и сочетания параметров, непонятно чего тянете, стройте уже. Такими темпами и 5 лет не хватит, на то, что на самом деле надо сделать для вашей задачи.

[Acvarif]

Это ещё месяц назад надо было сделать, в симулинке изучить все возможные воздействия и сочетания параметров, непонятно чего тянете, стройте уже. Такими темпами и 5 лет не хватит, на то, что на самом деле надо сделать для вашей задачи.

Ok. Попробую. В простейшем виде.
Сформировал BPSK сигнал

Я так понимаю сигнал необходимо оцифровать для того, чтобы потом умножать на сигнал формируемый Discrete-Time VCO.
Сделал примерно так

Ход верный или ерунда?
На FPGA я делал-бы именно так...

[petrov]

Ok. Попробую. В простейшем виде.
Сформировал BPSK сигнал

Я так понимаю сигнал необходимо оцифровать для того, чтобы потом умножать на сигнал формируемый Discrete-Time VCO.
Сделал примерно так

Ход верный или ерунда?
На FPGA я делал-бы именно так...

Не нужно моделировать сигнал на несущей, этим вы только замедляете модель, увеличивая количество отсчётов, необходимое для представления сигнала на несущей. Ни о какой оцифровке на данном этапе думать не нужно, и про FPGA тоже. Работайте с комплексными сигналами. В общем примеры я выкладывал, смотрите как там сделано.

[Acvarif]

Не нужно моделировать сигнал на несущей, этим вы только замедляете модель, увеличивая количество отсчётов, необходимое для представления сигнала на несущей. Ни о какой оцифровке на данном этапе думать не нужно, и про FPGA тоже. Работайте с комплексными сигналами. В общем примеры я выкладывал, смотрите как там сделано.

Рад-бы. Но мой уровень симулинк не позволяет сходу это сделать.
Ваш пример для меня сложен. А примеры имеющиеся в сети на мой взгляд бестолковые. Их даже в качестве рыбы нельзя использовать. Оторванные от реального железа.
Поскольку в симулинк я вообще не умею работать то он вызывает некоторое отторжение.
Петлю ФАПЧ попробую сделать в классическом матлабе.

CODE

%% BPSK модель
% Количество бит данных
N = 4;
% Данные
data = [1 0 1 0];
%data = randi(1,N);
pData = data*2 - 1;
% Несущая частота (100 кГц)
fn= 100000;
% частота выборок
fns = fn*10;
% Период выборки
Tns = 1/fns;
% Период несущей
Tn = 1/fn;
% Количество периодов несущей на бит-символ
M = 4;
% Длина пакета данных
n = M*length(data);
% Текущее время
tn = 0:Tns:n*Tn;
% Несущая в пакете
car = sin(2*pi*fn*tn);

%% Преобразование данных в прямоугольные импульсы
tpn = 0:Tns:Tn*M;
exdata = [];
for (i = 1:length(data))
for(j = 1:length(tpn) - 1)
exdata = [exdata pData(i)];
end
end
exdata = [exdata 0];

%% Модуляция
% Перенос exdata на несущую
mSig = exdata.*car;

Теория говорит, что mSig по сути комплексный сигнал. Но в демодуляторе нужно использовать только реальную его часть, которую затем в петле ФАПЧ нужно умножать на комплексную экспоненту.
Какой выглядит в коде реальная часть mSig?