Модель IQ модулятора/демодулятора

@Genshiken · Регистрация: 09.07.2013

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Здравствуйте. Случилась у меня такая проблема - пытаюсь смоделировать работу квадратурного модулятора, но сталкивают то ли с непониманием его работы то ли с неверно составленной программой.
Пример:
Требуется вести передачу сигналом на частоте 500 МГц, модуляция BPSK, обработка сигнала ведется квадратурными модулятором/демодулятором, входы/выходы в виде I и Q.

В примере дается тестовая комбинация из 4х кусков сигнала (0,π/2,π,3π/2);

Matlab M

clear;clc;close;
carrier = 500e6;
Fs = carrier*100;
Ts = 1/Fs;
t = 0:Ts:1/carrier;
 
signal1 = sin (2*pi*carrier*t + 0);
signal2 = sin (2*pi*carrier*t + pi/2);
signal3 = sin (2*pi*carrier*t + pi);
signal4 = sin (2*pi*carrier*t + 3*pi/2);
 
wholeSignal = cat(2,signal1,signal2,signal3,signal4);
 
analyticSignal = hilbert(wholeSignal,2^nextpow2(length(wholeSignal)));
plot (real(analyticSignal)); hold on; plot(imag(analyticSignal),'r'); ylim([-3 3]);

Однако, как видите I и Q примерно одинаковы по амплитуде, хотя согласно представлению I*cos + Q*sin их амплитуда должна меняться значительно (пример π/2 - I = 1, Q = 0 и т.д.).

@R2D2 · 06.08.2013, 11:55

Сообщение от Genshiken

t = 0:Ts:1/carrier;

Может быть маловато одного периода?...

@Genshiken · 06.08.2013, 12:23 **[ТС]**

Да нет, пробовал подставлять 100 - все осталось как есть.

Добавлено через 23 минуты

(пример π/2 - I = 1, Q = 0 и т.д.)

Ошибся, π/2 - I = 0, Q = 1

Зосима · 06.08.2013, 12:54

Вот мой вариант

Matlab M

clear;clc;close;
 
fc = 500e6;
Fs = fc*100;
Ts = 1/Fs;
t = 0:Ts:1/fc; % масив времени
 
d = [1 0]; % данные
fprintf('Отправленные данные: %d %d\n', d)
I = d(1); Q = d(2); % квадратуры
% сигнал
S = I*sin(2*pi*fc*t) + Q*cos(2*pi*fc*t);
 
% прием
ZI = S.*sin(2*pi*fc*t);
ZQ = S.*cos(2*pi*fc*t);
Ir = 2*abs( mean( ZI ) );
Qr = 2*abs( mean( ZQ ) );
% принятые данные
Dr = [Ir, Qr];
fprintf('Полученные данные: %f %f\n', Dr)
Er = abs(d-Dr);
fprintf('Ошибка: %e %e\n', Er)

Результат:

Matlab M

1
2
3

Отправленные данные: 1 0
Полученные данные: 0.990099 0.000000
Ошибка: 9.900990e-003 4.186722e-017

Добавлено через 4 минуты
mean - это усреднение, которое тут вместо интегратора. А двоечка - это подгониан ^__^" Иначе квадратуры получаются 0.5 .

@Genshiken · 06.08.2013, 14:42 **[ТС]**

Так отрицательные компоненты передать не получается (π,3π/2). Еще непонятно - если сигнал изменяется - придется ставить интегратор или как-то по-другому можно обойтись? Потому что mean все срежет в одно значение.

Зосима · 06.08.2013, 14:48

Genshiken, если допустить, что данные меняются в диапазоне [-1 1], то отрицательные компоненты будут появляться автоматом.
А вообще я квадратурную модуляцию перепутал с манипуляцией QPSK4

@Genshiken · 06.08.2013, 14:57 **[ТС]**

Genshiken, если допустить, что данные меняются в диапазоне [-1 1], то отрицательные компоненты будут появляться автоматом.

Да, но тогда расстояние между точками созвездия будет π/2, а не π, что серьезно скажется на помехоустойчивости.
Тем более, исходя из диапазона фаз сигнала 0-1, если передавать π , то Q = 0, т.к. вектор идет вдоль реальной оси и I = 0 (крайнее левое положение вектора из возможных) - получается отсутствие сигнала

Зосима · 06.08.2013, 15:14

Какие созвездия, если ты собираешься передавать непрерывные данные?

Расстояние в пи будет только в случае двоичной фазовой манипуляции (BPSK)

в случае 4х точечного созвездия расстояние будет:
sqrt( (п/2)^2 + (п/2)^2 ) = п/sqrt(2) ~ п/1.41

Сообщение от Genshiken

получается отсутствие сигнала

Разве отсутствие сигнала это не сигнал?

можно всю систему повернуть на п/4

Зосима · 06.08.2013, 15:26

Вот, набросал

Matlab M

clear, clc
 
fc = 500e6;
Fs = fc*100;
Ts = 1/Fs;
t = 0:Ts:1/fc; % масив времени
 
I = t*fc-0.5; 
Q = sin(pi*fc*t); % квадратуры
% сигнал
S = I.*sin(2*pi*fc*t) + Q.*cos(2*pi*fc*t);
subplot(221)
plot(t,I)
title('Отправленная I')
subplot(222)
plot(t,Q)
title('Отправленная Q')
 
 
% прием
Ir = S.*sin(2*pi*fc*t);
Qr = S.*cos(2*pi*fc*t);
 
subplot(223)
plot(t,Ir)
title('Принятая I')
subplot(224)
plot(t,Qr)
title('Принятая Q')

В приемнике просто идет перемножения композитного сигнала с опорным колебанием?

@Genshiken · 07.08.2013, 15:32 **[ТС]**

Какие созвездия, если ты собираешься передавать непрерывные данные?
Расстояние в пи будет только в случае двоичной фазовой манипуляции (BPSK)

Пример:
Требуется вести передачу сигналом на частоте 500 МГц, модуляция BPSK,

Разве отсутствие сигнала это не сигнал?

Ну вобщем нет, это его отсутствие) Иначе разделительные паузы в передаче тоже за сигнал сойдут)

Вот, набросал

Большое спасибо. Я вот подставил дискретные значения и собственно получил то же, с чего и начинал - на входе дискретные значения - на выходе гармонические колебания.

Matlab M

clear, clc
 
fc = 500e6;
Fs = fc*100;
Ts = 1/Fs;
t = 0:Ts:1/fc; % масив времени
 
I = zeros(1,length(t))-1; 
Q =  zeros(1,length(t))-1; % квадратуры
% сигнал
S = I.*sin(2*pi*fc*t) + Q.*cos(2*pi*fc*t);
subplot(221)
stem(t,I)
title('Отправленная I')
subplot(222)
stem(t,Q)
title('Отправленная Q')
 
 
% прием
Ir = S.*sin(2*pi*fc*t);
Qr = S.*cos(2*pi*fc*t);
 
subplot(223)
stem(t,Ir)
title('Принятая I')
subplot(224)
stem(t,Qr)
title('Принятая Q')

Зосима · 07.08.2013, 16:40

я еще пробовал ввести сдвиг на п/4 в строках 11 и 21,22, но толкового ничего не вышло

Кстать, тебе не будет сложно привести блок-схему приемника?

меня очень интересует, что идет после смесителей.

@Genshiken · 08.08.2013, 10:29 **[ТС]**

Вот, как пример, квадратурный демодулятор ADRF6850. Входы - дифференциальные RFI.

@Genshiken · 08.08.2013, 11:07 **[ТС]**

Все, похоже разобрался

. Твой метод здесь Модель IQ модулятора/демодулятора был почти полностью правильный, за исключением того, что ты взял mean по модулю, за счет чего отрицательные значения и не передавались. Большое спасибо за помощь, Зосима

. Теперь все стало понятнее.

Зосима · 08.08.2013, 15:53

Genshiken, я действовал по наитию - что-то мне стукнуло, что нужно смесь сигнала и опорного колебания нужно интегрировать

На здоровьечко! Самому было любопытно разобраться

@Genshiken · 08.08.2013, 17:20 **[ТС]**

С интеграцией как раз было все в порядке - модуль был лишним

Новые блоги и статьи
Счётчик на базе сумматоров + регистров и генератора сигналов согласования. Hrethgir 07.01.2025 Создан с целью проверки скорости асинхронной логики: ранее описанного сумматора и предополагаемых fast регистров. Регистры созданы на базе ранее описанного, предполагаемого fast триггера. То-есть. . .	Как перейти с Options API на Composition API в Vue.js BasicMan 06.01.2025 Почему переход на Composition API актуален В мире современной веб-разработки фреймворк Vue. js продолжает эволюционировать, предлагая разработчикам все более совершенные инструменты для создания. . .	Архитектура современных процессоров inter-admin 06.01.2025 Процессор (центральный процессор, ЦП) является основным вычислительным устройством компьютера, которое выполняет обработку данных и управляет работой всех остальных компонентов системы. Архитектура. . .	История создания реляционной модели баз данных, правила Кодда Programming 06.01.2025 Предпосылки создания реляционной модели В конце 1960-х годов компьютерная индустрия столкнулась с серьезными проблемами в области управления данными. Существовавшие на тот момент модели данных -. . .	Полезные поделки на Arduino, которые можно сделать самому raxper 06.01.2025 Arduino как платформа для творчества Arduino представляет собой удивительную платформу для технического творчества, которая открывает безграничные возможности для создания уникальных проектов. Эта. . .	Подборка решений задач на Python IT_Exp 06.01.2025 Целью данной подборки является предоставление возможности ознакомиться с различными задачами и их решениями на Python, что может быть полезно как для начинающих, так и для опытных программистов. . . .
С чего начать программировать микроконтроллеры raxper 06.01.2025 Введение в мир микроконтроллеров Микроконтроллеры стали неотъемлемой частью современного мира, окружая нас повсюду: от простых бытовых приборов до сложных промышленных систем. Эти маленькие. . .	Из чего собрать игровой компьютер inter-admin 06.01.2025 Сборка игрового компьютера требует особого внимания к выбору комплектующих и их совместимости. Правильно собранный игровой ПК не только обеспечивает комфортный геймплей в современных играх, но и. . .	Обновление сайта www.historian.by Reglage 05.01.2025 Обещал подвести итоги 2024 года для сайта. Однако начну с того, что изменилось за неделю. Добавил краткий урок по последовательности действий при анализе вредоносных файлов и значительно улучшил урок. . .	Как использовать GraphQL в C# с HotChocolate Programming 05.01.2025 GraphQL — это современный подход к разработке API, который позволяет клиентам запрашивать только те данные, которые им необходимы. Это делает взаимодействие с API более гибким и эффективным по. . .	Модель полного двоичного сумматора с помощью логических операций (python) AlexSky-coder 04.01.2025 def binSum(x:list, y:list): s=^y] p=x and y for i in range(1,len(x)): s. append((x^y)^p) p=(x and y)or(p and (x or y)) return s x=list() y=list()	Это мы не проходили, это нам не задавали...(асихронный счётчик с управляющим сигналом зад Hrethgir 04.01.2025 Асинхронный счётчик на сумматорах (шестиразрядный по числу диодов на плате, но наверное разрядов будет больше - восемь или шестнадцать, а диоды на старшие), так как триггеры прошли тестирование и. . .

@R2D2 939 / 839 / 121 Регистрация: 23.11.2012 Сообщений: 2,489
	06.08.2013, 11:55	2
	Сообщение от Genshiken t = 0:Ts:1/carrier; Может быть маловато одного периода?... 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	06.08.2013, 12:23 [ТС]	3
	Да нет, пробовал подставлять 100 - все осталось как есть. Добавлено через 23 минуты (пример π/2 - I = 1, Q = 0 и т.д.) Ошибся, π/2 - I = 0, Q = 1 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	06.08.2013, 14:42 [ТС]	5
	Так отрицательные компоненты передать не получается (π,3π/2). Еще непонятно - если сигнал изменяется - придется ставить интегратор или как-то по-другому можно обойтись? Потому что mean все срежет в одно значение. 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,473 Записей в блоге: 17
	06.08.2013, 14:48	6
	Genshiken, если допустить, что данные меняются в диапазоне [-1 1], то отрицательные компоненты будут появляться автоматом. А вообще я квадратурную модуляцию перепутал с манипуляцией QPSK4 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	06.08.2013, 14:57 [ТС]	7
	Genshiken, если допустить, что данные меняются в диапазоне [-1 1], то отрицательные компоненты будут появляться автоматом. Да, но тогда расстояние между точками созвездия будет π/2, а не π, что серьезно скажется на помехоустойчивости. Тем более, исходя из диапазона фаз сигнала 0-1, если передавать π , то Q = 0, т.к. вектор идет вдоль реальной оси и I = 0 (крайнее левое положение вектора из возможных) - получается отсутствие сигнала 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,473 Записей в блоге: 17
	06.08.2013, 15:14	8
	Какие созвездия, если ты собираешься передавать непрерывные данные? Расстояние в пи будет только в случае двоичной фазовой манипуляции (BPSK) в случае 4х точечного созвездия расстояние будет: sqrt( (п/2)^2 + (п/2)^2 ) = п/sqrt(2) ~ п/1.41 Сообщение от Genshiken получается отсутствие сигнала Разве отсутствие сигнала это не сигнал? можно всю систему повернуть на п/4 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,473 Записей в блоге: 17
	07.08.2013, 16:40	11
	я еще пробовал ввести сдвиг на п/4 в строках 11 и 21,22, но толкового ничего не вышло Кстать, тебе не будет сложно привести блок-схему приемника? меня очень интересует, что идет после смесителей. 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	08.08.2013, 11:07 [ТС]	13
	Все, похоже разобрался . Твой метод здесь Модель IQ модулятора/демодулятора был почти полностью правильный, за исключением того, что ты взял mean по модулю, за счет чего отрицательные значения и не передавались. Большое спасибо за помощь, Зосима . Теперь все стало понятнее. 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,473 Записей в блоге: 17
	08.08.2013, 15:53	14
	Genshiken, я действовал по наитию - что-то мне стукнуло, что нужно смесь сигнала и опорного колебания нужно интегрировать На здоровьечко! Самому было любопытно разобраться 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	08.08.2013, 17:20 [ТС]	15
	С интеграцией как раз было все в порядке - модуль был лишним 0