INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI
ZAKA
AD RADIOKOMUNIKACJI
Instrukcja laboratoryjna z przedmiotu
Podstawy Telekomunikacji
Podstawowe modele kanałów telekomunikacyjnych
Przepustowości kanałów ciągłych i dyskretnych
Warszawa 2010r.
1. Cel ćwiczeń:
Celem ćwiczeń jest :
 zapoznać studentów ze strukturą łańcucha telekomunikacyjnego realizującego transmisję
informacji analogowych i cyfrowych,
 zapoznać z modelami kanałów radiowych,
 przypomnieć informacje z zakresu miar subiektywnych i obiektywnych oceny informacji,
 nauczyć wykorzystania miary oczkowej do oceny jakości transmitowanych sygnałów,
 pokazać wpływ zakłóceń kanałowych (szum addytywny) na jakość odbioru sygnałów,
 nauczyć praktycznej miary oceny jakości transmisji informacji (wyrażenie stosunku mocy
sygnał/szum poprzez rozpiętość wykresu oczkowego uzyskiwanego za pomocą oscyloskopu 
tylko modulacje fazy),
 pokazać zależność przepustowości kanału w funkcji rozpiętości oczka,
 pokazać wpływ zjawiska wielopromieniowości na stopień degradacji sygnału na wyjściu kanału,
 zapoznać studentów z wpływem kształtowania charakterystyk widmowych sygnału za pomocą
filtrów.
2. Aplikacja WinIQSIM
W trakcie ćwiczenia wykorzystany będzie komputer osobisty typu PC wraz z zainstalowanym
oprogramowaniem symulacyjnym WinIQSIM firmy Rohde&Schwarz w wersji 4.30 07.06.2005.
(rys. 1). Oprogramowanie to umożliwia przeprowadzanie badań symulacyjnych transmisji danych
przez łańcuch telekomunikacyjny z uwzględnieniem różnych zjawisk występujących w nadajniku,
kanale radiowym oraz odbiorniku.
Rys. 1. Okienko informacyjne programu WinIQSIM firmy Rohde&Schwarz
Analiza transmisji danych realizowana jest w oparciu o sygnał analityczny, który można
przedstawić w postaci ogólnej:
x(t)= I(t)+ jQ(t). (1)
gdzie: I(t)  część rzeczywista sygnału zwana składową kwadraturową, Q(t)  część urojona
sygnału zwana składową symfazową.
Po uruchomieniu aplikacji pojawia się okno główne programu (rys. 2). Z menu File wybieramy
opcję New [ Ctrl+N ], która powoduje pojawienie się okna przedstawionego na rysunku 3.
Z dostępnych opcji wybieramy Single Carrier i naciskamy przycisk OK, które spowoduje
pojawienie się w oknie głównym (rys. 1) programu okna Block Diagram  Single Carrier (rys. 4).
Rys. 2. Okno główne programu WinIQSIM
Rys. 3. Dostępne opcje menu File/New
Schemat blokowy na rysunku 4 ilustruje poszczególne elementy łańcucha telekomunikacyjnego
do transmisji sygnałów cyfrowych (dyskretnych) oraz zjawiska występujące w kanałach radiowych:
 Data Source  z
ródło sygnału (danych),
 Modulation Settings  ustawienia modulacji,
 IQ Impairments  błędy kwadratury (zniekształcenia sygnałów I Q),
 Phase Distortion  zniekształcenia fazy, podzielona na dwa bloczki:
 Phase Noise  szum fazowy,
 Sidebands  niesymetryczność wstęg bocznych,
 Bandpass  zniekształcenia charakterystyk widmowych
 Amplifier Dist. (Distortion)  zniekształcenia wzmacniacza związane z przekroczeniem zakresu
dynamiki sygnału,
 Power Ramping  zniekształcenia związane z nieliniowością charakterystyki wzmacniacza,
 Multipath  wielodrogowość (zjawisko wielopromieniowości),
 Offset  skutki rozstrojenia,
 Interferer  zakłócenia addytywne (interferencyjne), w ramach których można wyróżnić:
 Noise  szumy addytywne,
 CW Interferer  nośna interferencyjna (addytywny sygnał monochromatyczny),
 Add Signal  inny sygnał addytywny,
 Receiver Filter  filtr odbiornika,
 Quantization  kwantyzacja (sygnału dyskretnego),
 Smoothing  wygładzanie,
 IF Generation  generator sygnału częstotliwości pośredniej.
Rys. 4. Okno  Block Diagram  Single Carrier
Bloczki: IQ Impairments, Phase Distortion, Bandpass, Amplifier Dist., Power Ramping,
Multipath, Offset odpowiadają za tak zwane zniekształcenia multiplikatywne, czyli zniekształcenia
czasowo-częstoltiwościowe sygnału wynikające z jego transmisji przez kanał.
Wszystkie bloczki w diagramie, oprócz Data Source i Modulation Settings, posiadają
przełączniki Off / On, za pomocą których są wyłączane lub włączane. Bloczki odpowiedzialne za
z
ródło danych oraz ustawienia modulacji są zawsze aktywne (kolor zielony). Włączenie któregoś z
obligatoryjnych elementów łańcucha telekomunikacyjnego, w wyniku zmiany przełącznika z
pozycji On na Off, powoduje zmianę koloru bloczka z szarego (nieaktywny) na zielony (aktywny).
Dostęp do możliwych opcji dla każdego bloczka odbywa się poprzez najechanie kursorem na
bloczek i kliknięcie lewym przyciskiem myszy.
W ćwiczeniu laboratoryjnym wykorzystane zostaną tylko pewne elementy diagramu: Data
Source, Modulation Settings, Multipath, Interferer / Noise.
W programie WinIQSIM dostępne są następujące cyfrowe z
ródła danych (rys. 5):
 All 0  sygnał składa się z samych  0 (bitów 0),
 All 1  sygnał składa się z samych  1 (bitów 1),
 PRBS  pseudolosowe sekwencje bitów (PRBS  ang.: Pseudo Random Bit Sequence,
 Pattern  zadany przez użytkownika wzorzec ciągu bitów,
 File  sygnał zdefiniowany w pliku.
Rys. 5. Okno  Data Source
W ćwiczeniu jako z
ródło sygnału wykorzystany zostanie generator sygnałów pseudolosowych
PRBS 9, którego opis można znalez
ć na stronie: http://pl.wikipedia.org/wiki/PRBS. W oknie
Modulation Settings (rys. 6) ustawiane będą następujące parametry:
 Modulation Type  typ modulacji; w ćwiczeniu należy ustawić BPSK  ang. Binary Phase Shift
Keying  czyli najprostszą z modulacji fazy, zwaną binarnym kluczowanie fazy,
 Symbol Rate  szybkość symbolowa Fm ; wartość zadana przez prowadzącego ćwiczenie,
 Sequence Length  długość sekwencji bitów  liczba symboli w analizowanym sygnale; wartość
zadana przez prowadzącego ćwiczenie,
 Filter Function  funkcja filtru nadajnika; w ćwiczeniu wykorzystane będą dwa filtry:
prostokątny (Rect) oraz gaussowski (Gauss).
Pozostałe z opcji w oknie Modulation Settings powinny być niezmienione, tzn. ich wartości
powinny być identyczne jak w oknie przedstawionym na rysunku 6.
Rys. 6. Okno  Modulation Settings
W ćwiczeniu symulowane będą dwa typy kanałów radiowych: liniowy z addytywnym szumem
oraz kanał dyspersyjny (wielodrogowy) [patrz wykłady  Modele kanałów radiowych!]. Kanał
linowy (rys. 7) uwzględniał będzie addytywne zakłócenia o charakterze szumowym  włączony
bloczek Interferer / Noise, natomiast kanał dyspersyjny (rys. 8) wymagał będzie dodatkowo
włączenia bloczka Multipath.
Rys. 7. Elementy uwzględniane w kanale liniowym z addytywnym szumem
Rys. 8. Elementy uwzględniane w kanale dyspersyjnym
Bloczek Interferer (rys. 9) zawiera ustawienia wszystkich sygnałów addytywnych. W ramce
Noise można ustawiać wartości dwóch parametrów:
 Eb/No  stosunek energii Eb przypadającej na jeden bit do gęstości widmowej mocy szumu N0 ,
w programie wyrażany w dB (decybelach); parametr ten będzie przestrajany w zakresie
określonym przez prowadzącego ćwiczenie, z krokiem 1dB; miara Eb N0 zostanie opisana w
dalszej części instrukcji,
 Bandwidth  szerokość pasma sygnału; w programie wyrażana w fsym (fsym=1/Tsym; Tsym 
czas trwania pojedynczego symbolu); w ćwiczeniu parametr ten powinien mieć ustawioną
wartość 0.5 fsym.
Rys. 9. Okno  Interferer
Modelowanie kanałów dyspersyjnych sprowadza się do symulowania propagacji sygnału
radiowego po kilku promieniach o różnych drogach propagacji (i różnym czasie przebycia tej drogi)
pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Bloczek Multipath umożliwia określenie nastawę
parametrów, istotnych z punktu widzenia modelowania zjawiska dyspersji, dla kilku (maksymalnie
6) takich promieni. W ramce Defie path definiowane są promienie (ścieżki) poprzez ustawienia
wartości parametrów:
 Delay / Tsym  opóz
nienie sygnału (symbolu) w danym promieniu w stosunku do sygnału w
pierwszym promieniu, w programie wielkość ta wyrażana jest w Tsym, czyli czasie trwania
pojedynczego symbolu,
 Level  tłumienie sygnału w danym promieniu w stosunku sygnału w pierwszym promieniu,
wyrażana w mierze logarytmicznej (dB  decybelach),
 Phase  przesunięcie fazowe promienia, wyrażane w stopniach (�).
W ramce Defined Paths (ścieżki zdefiniowane) zestawione są parametry już zdefiniowanych
promieni. Jeżeli prowadzący nie określi inaczej, należy uwzględnić ustawione w programie
wartości parametrów dla poszczególnych promieni.
Rys. 10. Okno  Multipath
W aplikacji WinIQSIM, oprócz omówionych elementów struktury łańcucha
telekomunikacyjnego, wykorzystane będą również następujące opcje programu:
 z menu Graphics polecenie Settings&  umożliwiające wybranie, w oknie prezentowanym na
rysunku 11, typu analizowanego wykresu,
 z menu Graphics polecenie Show Graphic&  wyświetla analizowany wykresu.
W oknie Graphics Setting (rys. 11), za pomocą ustawienia parametru Format można wybrać typ
analizowanego wykresu. W ćwiczeniu wykorzystane będą dwa typy wykresów:
 Eye diagram i (lub q)  wykres (diagram) oczkowy składowej I (lub Q) sygnału (rys. 12),
 FFT MAG  widmo amplitudowe sygnału (rys. 13).
Dla wykresu oczkowego istotnym parametrem ustawianym w oknie Graphics Setting jest Eye
Length  długość oczka, która określa liczbę wyświetlanych na wykresie oczek. Wartość ta
powinna wynosić 4 lub 3. Analizowany wykres można wyświetlić poleceniem Show Graphic& z
menu Graphics albo za pomocą przycisku Plot Graph w oknie Graphics Setting (rys. 11).
Rys. 11. Okno  Graphics Setting
Rys. 12. Okno  Graphics: Eye Diagram I
Rys. 13. Okno  Graphics: FFT Magnitude
3. Miary i wielkości wykorzystywane w ćwiczeniu
Podstawową miarą jakości transmisji wykorzystywaną w ćwiczeniu laboratoryjnym będzie
miara oczkowa M (miara rozpiętości oczka). W mierze liniowej M definiuje się jako stosunek
wysokości oczka A do wysokości obwiedni oczka A0 w wykresie oczkowym:
A
M = . (2)
A0
Ponieważ A i A0 traktowane są jako wielkości o charakterze amplitudowym, M w mierze
logarytmicznej (wyrażana w decybelach) definiowana jest jako:
�# ś# �# ś#
A A
ś# ź# ś# ź#
M[dB]= 20 �" log10ś# ź# = 20 �" logś# ź# . (3)
A0 A0
�# # �# #
Wielkości A i A0 , niezbędne do wyznaczenia miary oczkowej M , wyznaczane są z wykresu
oczkowego. Sposób wyznaczania wartości wysokości oczka A przedstawiono na rysunku 14,
natomiast wysokość obwiedni dokonywana jest w podobny sposób. Do wyznaczenia wartości A i
A0 należy wykorzystać dostępne w programie kursory, których pozycje ustawia się poprzez
przeciągnięcie ich za pomocą kursora myszki, przy wciśniętym lewym przycisku. Poniżej wykresu
w ramce opcję Cursor State należy ustawić na wartość Delta: X-O. Opcja ta umożliwi pomiar
odległości pomiędzy dwoma kursorami, czyli wartości A lub A0 , który wyświetlany jest w
sąsiedniej ramce I (rys. 14).
Rys. 14. Sposób wyznaczania wielkości A i A0
W ćwiczeniu laboratoryjnym, obserwowana będzie zmiana miary oczkowej M w funkcji miary
SNR , która jest jedną z podstawowych, obiektywnych miar jakości transmisji sygnałów. SNR
(ang. Signal to Noise Ratio) jest to stosunek mocy sygnału użytecznego PS do mocy szumów PN .
W mierze liniowej SNR definiuje się wzorem:
W PS W
Ą# ń#
SNRĄ# ń# = . (4)
ó# Ą# ó# Ą#
W PN W
Ł# Ś# Ł# Ś#
Ponieważ PS i PN są wielkościami o charakterze energetycznym, dlatego też w mierze
logarytmicznej SNR definiowany jest jako:
�# PS
W
ś#
SNR[dB]=10 �" log(SNR[W W])= 10 �" logś# Ą# ń#ś# . (5)
Ą#ź#
PN ó# W
Ł# Ś#ź#
�# #
W aplikacji WinIQSIM nie ma możliwości bezpośredniego pomiaru wartości SNR . Można
natomiast określić wartość parametru Eb N0 . Pomiędzy SNR a Eb N0 zachodzi następująca
relacja:
Eb
SNR[dB]= [dB]+10�"log K . (6)
N0
gdzie:
K = G �"log2 D . (7)
G  zysk kodowania (ang. Code Rate), D  wartościowość modulacji.
W trakcie ćwiczenia przeprowadzane są symulacje dla modulacji BPSK bez zastosowania
kodowania nadmiarowego i wówczas:
D = 2
�#
�! K = 1, (8)
G = 1Ź#
�#
zatem dla analizowanego przypadku zachodzi równość
Eb
SNR[dB]= [dB]. (9)
N0
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zmian przepustowości C kanału analogowego w funkcji
miary oczkowej M . Wykonane to zostanie metodą graficzną. Niezbędne będzie wykorzystanie do
tego celu zależności Shanona na przepustowość kanału liniowego:
C[bit s]= C[b s]= Fm[Hz]�"log2(1+ SNR[W W]), (10)
gdzie: Fm  szerokość pasma zajmowana przez sygnał użyteczny, w analizowanym przypadku
odpowiada ona szybkości symbolowej (ang. Symbol Rate) ustalonej w oknie Modulation Settings
(rys. 6).
Należy zwrócić uwagę, że do wzoru (10) podstawiana jest wartość SNR w mierze liniowej,
wymaga to zatem przeliczenia SNR z miary logarytmicznej. W tym celu należy przekształcić
zależność (5):
SNR[dB]
10
SNR[W W]= 10 . (11)
4. Realizacja ćwiczenia
4.1. Ocena jakości transmisji sygnałów w kanale liniowym
Dla zadanych przez prowadzącego ćwiczenie wartości parametrów (zapisać w tabeli 1),
dokonać pomiaru wysokości oczka A oraz wysokości obwiedni A0 w funkcji miary SNR
( Eb N0 ). Pomiary zapisać w tabeli 2. Następnie:
 dokonać przeliczenia SNR z miary logarytmicznej na miarę liniową,
 wyznaczyć miarę oczkową M dla kanału liniowego w mierze liniowej i logarytmicznej,
 wyznaczyć przepustowość C kanału linowego, korzystając z zależności (9) Shanona,
 uzyskane wyniki wpisać do tabeli 2,
 sporządzić wykres M[dB]= f(SNR[dB]) dla kanału liniowego na [Rys. W1],
 sporządzić wykres C[kb/s]= f(M[dB]) dla kanału liniowego na [Rys. W2].
Tab. 1 Wartości parametrów dla badań symulacyjnych
Lp. Parametr Wartość
1. Typ z
ródła danych (data source) PRBS 9
2. Rodzaj modulacja (modulation type) BPSK
3. Szybkość symbolowa (symbol rate) Fm [ ]
4. Długość sekwencji bitów (sequence length)
5. Rodzaj filtru (filter function) Rect
Tab. 2. Zestawienie wyników pomiarów i obliczeń dla kanału liniowego
Lp. Kanał liniowy
SNR A A0 M C
[dB] [W/W] [ ] [ ] [1] [dB] [kb/s]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
4.2. Ocena jakości transmisji sygnałów w kanale dyspersyjnym
Uwzględniając zjawisko wielopromieniowości (dołączenie dodatkowego bloku Multipath w
programie) należy wykonać pomiary podobnie jak w punkcie 3.2. Dla zadanych przez
prowadzącego ćwiczenie wartości parametrów dla poszczególnych promieni modelu kanału
dyspersyjnego (zapisać w tabeli 3), dokonać pomiaru wysokości oczka A oraz wysokości obwiedni
A0 w funkcji miary SNR ( Eb N0 ). Pomiary zapisać w tabeli 4. Następnie:
 dokonać przeliczenia SNR z miary logarytmicznej na miarę liniową,
 wyznaczyć miarę oczkową M dla kanału dyspersyjnego w mierze liniowej i logarytmicznej,
 uzyskane wyniki wpisać do tabeli 4,
 sporządzić wykres M[dB]= f(SNR[dB]) dla kanału dyspersyjnego na [Rys. W1],
 korzystając z wykresy [Rys. W2] odczytać wartości przepustowości C odpowiadające rozpiętości
oczka M dla kanału dyspersyjnego  uzupełnić tabelę wyników 4,
 sporządzić wykres C[kb/s]= f(M[dB]) dla kanału dyspersyjnego na [Rys. W2].
Tab. 3. Parametry promieni dla modelu kanału dyspersyjnego
Lp. Opóz
nienie � [Tsym] Tłumienie L [dB] Faza Ś [�]
Delay [Tsym] Level [dB] Phase [�]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Tab. 4. Zestawienie wyników pomiarów i obliczeń dla kanału dyspersyjnego
Lp. Kanał dyspersyjny
SNR A A0 M C
[dB] [W/W] [ ] [ ] [1] [dB] [kb/s]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
4.3. Badanie wpływu kształtowania struktury widmowej sygnału na wejściu układu
demodulacji na jakość transmisji sygnałów w kanale liniowym
Wybrać gaussowski filtr (Filter Function  Gauss) kształtujący strukturę sygnału na wejściu
układu modulacji (w bloczku Modulation Settings) i ustawić jego parametr BT. Parametr BT jest to
iloczyn szerokości pasma B sygnału użytecznego (ang. bandwidth) oraz czasu T trwania
pojedynczego symbolu (bitu). Dla kanału liniowego z zakłóceniem addytywnym (wyłączony
bloczek Multipath !) dokonać pomiaru rozpiętości oczka M jako funkcji stosunku sygnał/szum 
wyniki umieścić w tabeli 5. Sporządzić wykres M[dB]= f(SNR[dB]) na [Rys. W1]. Zmieniając
parametr BT filtru powtórzyć pomiary, a uzyskane wyniki zobrazować we wspólnym układzie
współrzędnych [Rys. W1]. Na podstawie widm amplitudowych (rys. 13) wyznaczyć stromość
opadania zboczy dla każdego z trzech analizowanych przypadków (moduł zakłóceń kanałowych
wyłączony  Interferer / Noise: Off ). Dane do pierwszej części (filtr prostokątny) tabeli 5 należy
przepisać z tabeli 2.
Tab. 5. Wpływu kształtowania struktury widmowej sygnału
na jakość transmisji w kanałach liniowych
Lp. Kanał liniowy
Filtr prostokątny Filtr gaussowski Filtr gaussowski
BT = . BT = .
SNR A A0 M SNR A A0 M SNR A A0 M
[dB] [ ] [ ] [dB] [dB] [ ] [ ] [dB] [dB] [ ] [ ] [dB]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
B = B = B =
5. Wnioski