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    
        
            
                
                
                
                
            
        
    Скопировано
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
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    
        
            
                
                
                
                
            
        
    Скопировано
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
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    
        
    Скопировано
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    
        
            
                
                
                
                
            
        
    Скопировано
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
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    
        
            
                
                
                
                
            
        
    Скопировано
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
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 Все статьи Все блоги /
Результаты исследования от команды MCM (март 2025 г.) Programma_Boinc 07.04.2025 Результаты исследования от команды MCM (март 2025 г. ) В рамках наших текущих исследований мы продолжаем изучать гены, которые имеют наибольшую вероятность развития рака легких, выявленные в рамках. . .	Рекурсивные типы в Python py-thonny 07.04.2025 Рекурсивные типы - это типы данных, которые определяются через самих себя или в сочетании с другими типами, которые в свою очередь ссылаются на исходный тип. В мире программирования такие структуры. . .	C++26: Объединение и конкатенация последовательностей и диапазонов в std::ranges NullReferenced 07.04.2025 Работа с последовательностями данных – одна из фундаментальных задач, с которой сталкивается каждый разработчик. C++ прошел длинный путь в эволюции средств для манипуляции коллекциями – от. . .	Обмен данными в микросервисной архитектуре ArchitectMsa 06.04.2025 Когда разработчики начинают погружаться в мир микросервисов, они часто сталкиваются с парадоксальным правилом: "два сервиса не должны делить один источник данных". Эта мантра звучит повсюду в. . .	PostgreSQL в Kubernetes: Автоматизация обслуживания с CNPG Mr. Docker 06.04.2025 Администраторы баз данных сталкиваются с целым рядом проблем при обслуживании PostgreSQL в Kubernetes: как обеспечить правильную репликацию данных, как настроить автоматическое переключение при. . .
Async/await в TypeScript run.dev 06.04.2025 Асинхронное программирование — это подход к разработке программного обеспечения, при котором операции выполняются независимо друг от друга. В отличие от синхронного выполнения, где каждая последующая. . .	Многопоточность в C#: Синхронизация потоков UnmanagedCoder 06.04.2025 Многопоточное программирование стало неотъемлемой частью разработки современных приложений на C#. С появлением многоядерных процессоров возможность выполнять несколько задач параллельно значительно. . .	TypeScript: Классы и конструкторы run.dev 06.04.2025 TypeScript, как статически типизированный язык, построенный на основе JavaScript, привнес в веб-разработку новый уровень надежности и структурированности кода. Одним из важнейших элементов этой. . .	Многопоточное программирование: Rust против C++ golander 06.04.2025 C++ существует уже несколько десятилетий и его поддержка параллелизма постепенно наращивалась со временем. Начиная с C++11, язык получил стандартную библиотеку для работы с потоками, а в последующих. . .	std::vector в C++: от основ к оптимизации производительности NullReferenced 05.04.2025 Для многих программистов знакомство с std::vector происходит на ранних этапах изучения языка, но между базовым пониманием и подлинным мастерством лежит огромная дистанция. Контейнер std::vector. . .

@R2D2 939 / 839 / 121 Регистрация: 23.11.2012 Сообщений: 2,489
	06.08.2013, 11:55
	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]
	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]
	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: 6,475 Записей в блоге: 17
	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 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	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 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,475 Записей в блоге: 17
	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 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,475 Записей в блоге: 17
	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. 0

@Genshiken 0 / 0 / 0 Регистрация: 09.07.2013 Сообщений: 11
	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. 0

Зосима 5243 / 3571 / 379 Регистрация: 02.04.2012 Сообщений: 6,475 Записей в блоге: 17
	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 0

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