SA - модуль OFDM, созвездия в каналах

SA модуль OFDM, созвездия в каналах.

Фазовые созвездия в каналах сигналов OFDM.

Как обычно, для выяснения всех тонкостей, нюансов и проблем, с начала попробуем разобраться с заведомо качественным сигналом, параметры которого не вызывают сомнений, это во первых позволит оценить возможности метода в принципе, и во вторых даст достаточно четкое представление как и что нужно делать на реальных сигналах, и на что можно расчитывать. Для этого у нас есть синтезированный сигнал OFDM test2.wav.

Параметры сигнала следующие:

Количество каналов - 30
Манипуляция в каналах - pi/4 DQPSK
Шаг между каналами(сетка частот)- 80 Гц
Скорость манипуляции - 66.6(6) Гц
Частота дискретизации формироваиня сигнала - 6400 Гц
Длинна символа(LS) с CP, в отсчетах - 96
Длинна защитного интервала(LG), в отсчетах- 16
Длинна символа(LU), размер блока IFFT/FFT, в отсчетах - 80

Предварительно, хочу обратить внимание на одну достаточно распространенную ошибку, которую допускают при работе с модулем OFDM. Очень часто в записях, в начале присутствует пауза, эту паузу не видно на спектре так как она достаточно короткая и просто маскируется, особенно если длинна блока FFT при отображении спектра выбрана большой. Выбирая фрагмент сигнала для анализа в модуле OFDM и захватывая эту паузу, мы сильно снижаем эффективность расчетов, если фрагмент достаточно короткий. Так как из, допустим, 40 символов для вычисления корреляционного треугольника, может случится так, что их будет всего 10 или того меньше, основная часть попадет на совершенно не информативную часть паузы, что естественно недопустимо. Речь не идет именно о нулевом уровне, это может быть и пауза в передаче сигнала, так или иначе попавшая в запись. Пример:



Подобные случаи необходимо отслеживать, просто будьте внимательны. Особенно это касается коротких сигналов. Тем более, что например, SA Free вставляет нулевой фрагмент в начало всегда, SA Full в этом отношении работает более корректно.

Откроем в SA тестовый сигнал и выберем фрагмент, обратите внимание, мы выбираем фрагмент с самого начала файла, так как сигнал синтезирован, и абсолютно точно не содержит ни каких пауз. Вызываем модуль OFDM и оставляя все настройки по умолчанию запускаем поиск корреляционного треугольника. Нет необходимости ждать конца вычислений, очень часто треугольник не вызывающий сомнений находится очень быстро, программу можно остановить. В сомнительных случаях, этого делать конечно не следует.



Если все сделано как написано, треугольник будет позиционирован точно вершиной на желтом маркере автоматически. Это связано с тем, что сигнал синтезирован, и запись начинается точно с начала символа, этот символ точно первый, и все параметры найденные программой точно соответствуют реальным, фактически сейчас, можно провести идеальную демодуляцию сигнала, но у нас другие задачи, по этому ограничимся созведиями.

Выделим двойным кликом самый первый(нижний канал) на графике, и включим показ созвездий, так же двойным кликом на нужной записи в списке, порядок действий особой роли не играет. Далее двигаясь по сигналу посимвольно можно наблюдать созвездие в нижем канале. В абсолютных углах это PSK-8, в относительных PSK-4, все правильно, это классическая pi/4 DQPSK.



Выбирая одиночным кликом другие каналы на графике спектра, и перемещаясь по сигналу посимвольно, можно получить созвездие любого канала.



Посмотрите этот видеоклип, где все вышеописанное наглядно показано. Не все можно описать словами, иногда лучше просто увидеть.

При подготовке видоклипа, возникла небольшая проблема, так как точки созвездия, на идеальном сигнале это действительно точки в один пиксель, на видеоклипе их оказалось совсем не видно, пришлось менять алгоритм отрисовки для большей наглядности. В этой связи, у кого версия не 6.1.0.5a а просто 6.1.0.5 ее нужно обновить, алгоритм оставлен как рабочий.

Обратите внимание на тонкий момент, на любом канале, и абсолютное, и относительное созвездие будет всегда точно ориентировано по осям. Пояснение, в относительных режимах, по крайней мере у pi/4 DQPSK относительное созвездие всегда развернуто на 45 градусов, в случае синхронизации с точностью до частоты(не фазы!) разумеется. Стабильная ориентация созвездий, следствие идеальности условий в которых сигнал анализируется. Эти условия очень хрупкие и неустойчивые, достаточно сдвинуть маркер с вершины треугольника на левый склон, и от ориентации точно по осям, у абсолютных углов ничего не останется, более того, на каждом канале ориентация может быть разной. У относительного создвездия все будет по прежнему.



Почему это происходит? Сдвиг по хорошей стороне трегольника, как вы должны помнить из предыдущих статей, гарантирует выбор одного из правильных LU, которых в OFDM сигнале с CP имеется в количестве LG+1. Вспомните рисунок.



Все LU отличаются друг от друга фазовыми сдвигами. Изначально, пока маркер был точно на вершине треугольника, обрабатывался самый последний LU, а так как именно этот LU и есть "родитель" всех остальных, то именно на нем, при соблюдении всех выдержанных нами условий, можно, с точностью до начальной фазы всех каналов, демодулировать символ и сигнал в целом. На самом деле именно этот LU и является целью демодулятора, так как остальные LU "потомки", отдаются на съедение искажениям в сигнале, таким как различные задержки распространения, многолучевости и т.д. По этому, как только мы уходим с "истинного" LU, мы тут же получаем в "подарок", случайный фазовый сдвиг в абсолютных углах. На относительных углах это ни как не отражается, так как относительные режимы манипуляции не чувствительны к фазовым не точностям при демодуляции. Что бы завершить картину, нужно рассмотреть еще один момент. Мы загружали фрагмент сигнала точно с первого символа, с начала файла, что будет если загрузить с какого либо случайного? Будет тоже самое, абсолютные углы будут случано сдвинуты, даже если желтый маркер будет стоять точно на вершине треугольника. Относительные останутся так же стабильно на месте.



Что же произошло? Разве LU теперь "не родной", ведь он все так же последний в полном символе? LU "родной", если говорить более правильно он все так же наиболее достоверный, так как искажения доберутся до него в последнюю очередь, но теперь "не родной" сам символ! :) Программа считает его первым символом, а на деле он не известно какой. Да, да, в OFDM все увязано в очень крепкий узел, и номер символа, и номер LU, и частота дискретизации, и сдвиг по частоте. Если один из этих параметров не тот который должен быть, в абсолютных углах начинается хаос. :) К счастью в относительных углах, достаточно крепкий порядок, но и он не устойчив. Именно по этой причине так широко распространены различные относительные виды манипуляций в OFDM. Требования к демодулятору гораздо менее жесткие.

На самом деле, все не так страшно как представлено, дело в том, что даже не родной символ, и не родной LU, в принципе, при точном соблюдении всех других параметров, таких как частота дискретизации и сдвиг по частоте, не грозят ничем смертельным, кроме, разворота абсолютного созвездия отнсительно осей, в чем мы убедились только что. Само созвездие рисуется правильно, и вычислить угол погрешности и компенсировать его для каждого канала дело техники, это не простая задача, но она решаема, и более того, для ее быстрого и правильного решения в сигнал вводят различные специальные символы и последовательности. В этом смысле, каждый OFDM сигнал имеет свой специальный демодулятор решающий задачи полной синхронизации наиболее эффективно, как на начальном этапе, так и поддерживающий ее в процессе сеанса.

На практике, для анализа годится любой не пораженный помехами LU и в принципе не важно какой именно номер имеет символ. Максимум, что можно потерять в этом случае, это правильную ориентацию абсолютного созвездия, потеря не слишком велика, в конце концов у нас не демодулятор, а анализатор.

Посмотрим, к чему приводит не точная частота дискретизации. Если вы читали предыдущие статьи, то сразу можете сказать. Как минимум это - треугольник будет скользить относительно маркера в ту или иную сторону, что автоматически означает, что при посимвольном перемещении, шансов остаться на одном и том же LU крайне мало. Это тянет за собой полный хаос в абсолютных углах, ни о каком пусть и развернутом, но стабильном созвездии речи идти не может. А в зависимости от скорости перемещения треугольника, возможно и в относительных углах нарушение порядка. Так же следует ожидать различных казусов при смене канала.

Проверяем. Изменим частоту дискретизации на 1 Герц.



Как и ожидалось, в абсолютных углах полный хаос, созвездие не просто развернуто, оно постоянно поворачивается. В относительных углах вроде порядок, но, при больших погрешностях оно будет так же развернуто, единственное отличие от абсолютных углов, оно не вращается постоянно. Желающие могут изменить частоту дискретизации более радикально, проблемы только увеличатся, проявятся гораздо ярче. Если обратите внимание, на верхних каналах амплитуда сигнала имеет неравномерность, порядка +/- 0.5-0.7 дб. это проблемы ресемплера SA, нам они известны, и будут устранены. Сейчас это не так важно.

Посмотрим, что дает сдвиг по частоте. Сдвинем сигнал на 0.1 Герца.



Все то же самое, только чувствительность к сдвигу еще выше, чем к смене частоты дискретизации.

Пожалуй я не буду приводить примеры, что происходит при сдвиге сигнала по частоте и при не верной частоте дискретизации одновренменно, и так понятно, что все только усугубляется. Цель всего этого показать, насколько чувствителен сигнал OFDM к этим параметрам.

И тут самое время вспомнить, в каких условиях мы находимся имея запись действительно не известного сигнала OFDM. В общем случае, нам не известно ни чего, ни частота дискретизации формирования сигнала, ни частота дискретизации записи, а она может быть любой, уж на один два герца отличатся от заявленой легко, а в действительности эта погрешность гораздо больше. Так же, нам не известна и точная частота на которой сигнал должен быть. Как мы видели сдвиг сигнала всего лишь на 0.1 Герца, практически разваливает абсолютное созвезде. Это означает только одно, без систем авторегулирования, шансы дать точные параметры по модуляции крайне не велики. Но есть одна проблема, что бы система автоподстройки работала, нужно знать какие точные величины нужно поддерживать, а точные параметры получить нельзя, так как вообще ничего не известно.:) Замкнутый круг. В этом и состоит основная сложность анализа OFDM, в отличии от демодуляции сигнала с полностью известными параметрами.

Неужели так все плохо? Честно говоря, все не так уж и хорошо, в сухом остатке получается, есть возможность наблюдать достаточно убедительно, только относительные созвездия, что это дает? К сожалению не много, даже имея хорошее относительное созвездие, без четкого абсолютного, не возможно гарантировать ни режим модуляции в канале, ни значение тактовой частоты, ни точность положения сигнала по частоте, ни точный разнос сетки каналов. Все это будет что-то, где-то, в диапазоне чего-то.

Почему относительное созвездие, не позволяет точно определить параметры манипуляции? Дело в том, что например в рамках относительной манипуляции pi/4 DQPSK, можно, и очень часто это делают, использовать и PSK-2 и PSK-4. Причем есть два варианта PSK-2, с разной ориентацией относительно осей. Ничто не мешает использовать и относительную манипуляцию 3*pi/8 DPSK-8, и это используется. Этот вид относительной манипуляции, имеет в своем арсенале, еще больше вариантов более низких порядков. В общем случае, нет ни какой возможности сказать точно, только по виду относительного созвездия, используется действительно относительная манипуляция или абсолютная. Учитывая, что в не синхронизированном сигнале OFDM относительное созвездие будет развернуто на случайный угол, который к тому же в разных каналах, разный.

Если на абсолютных и относительных режимах PSK можно получить более менее убедительное относительное созвездие, толку от которого правда не так и много, то такие режимы как QAM и этого не позволяют, за очень редким исключением, но это всего лишь частные случаи.

Случайные фазовые сдвиги в каналах ни чем не ограничены, и очень легко могут создать иллюзию явного и очень крепкого созвездия в абсолютных углах.



Попробуйте убедить кого либо, что в этом канале не абсолютная PSK-4 или QPSK, а все та же pi/4 DQPSK. При том, что треугольник не подвижен при посимвольном перемещении, пик его положительный и размер LU четный. Практически можно в любом канале, сделать любое убедительное абсолютное созвездие. Проблема в том, что на этой частоте дискретизации вообще не возможно получить правильных параметров. Но кто бы мне сказал, как это узнать точно, если о сигнале ни чего не известно, и если расхождения параметров в доли процента от действительных значений, фатальны?

Вот собственно и все. :)

Конечно иногда, в основном на идеальных, или случайных точных записях, можно что-то гарантировать, но это скорее исключение, чем правило. Крайне осторожно нужно относиться к результатам полученным в текущей версии модуля OFDM.

На самомо деле, наша команда далека от отчаяния, мы полагаем, что можно и нужно, хотя бы попытаться решить этот комплекс проблем, возможно мы ошибаемся, и задача не имеет решения в общем виде, просто мы об этом еще не знаем. :)

Удачи. getQuotation();






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.