Документация Engee
Notebook

Сравнение DSB AM и DSBSC AM модуляции в канале с ограниченным белым шумом

Открыть пример в Engee

Данная модель демонстрирует различия в устойчивости и эффективности передачи между двухполосной амплитудной модуляцией с несущей (DSB AM) и с подавленной несущей (DSBSC AM) в условиях каналов связи с ограниченным по полосе белым шумом. Она состоит из генератора сигнала, каналов модуляции и демодуляции, а также блоков для расчета и анализа ошибок.

Сама модель показана на рисунке ниже.

image.png

Основные блоки модели описаны ниже.

Генерация исходного сигнала состоит из двух блоков.

  • Sine Wave: формирует исходный гармонический сигнал.
  • Zero-Order Hold: обеспечивает дискретизацию, фиксируя уровень сигнала на каждом временном шаге.

Первая ветка — DSB AM.

  1. DSB AM Modulator Passband модулирует сигнал с сохранением несущей частоты, что упрощает передачу и демодуляцию.
  2. Добавление шума: к сигналу добавляется ограниченный по полосе белый шум (Band-Limited White Noise) с помощью блока Add, что позволяет смоделировать реальный шумовой канал связи.
  3. DSB AM Demodulator Passband демодулирует сигнал, восстанавливая исходную информацию.
  4. Сравнение и расчет ошибки.
  • Add находит разность между исходным сигналом и сигналом на выходе демодулятора.
  • Abs вычисляет абсолютное значение ошибки для каждого отсчета.
  • Average Filter — фильтр со скользящим окном на 1000 отсчетов для расчета средней ошибки.

Вторая ветка — DSBSC AM отличается только блоками модуляции.

  1. DSBSC AM Modulator Passband модулирует сигнал с подавлением несущей. Энергия концентрируется на боковых полосах, что снижает затраты энергии.
  2. DSBSC AM Demodulator Passband демодулирует сигнал, требуя точной синхронизации для восстановления несущей частоты, поскольку несущая не передается.

Перейдём к моделированию

Объявление вспомогательной функции

In [ ]: 
# Подключение вспомогательной функции запуска модели.
function run_model(name_model)
    Path = (@__DIR__) * "/" * name_model * ".engee"
    
    if name_model in [m.name for m in engee.get_all_models()] # Проверка условия загрузки модели в ядро
        model = engee.open( name_model ) # Открыть модель
        model_output = engee.run( model, verbose=true ); # Запустить модель
    else
        model = engee.load( Path, force=true ) # Загрузить модель
        model_output = engee.run( model, verbose=true ); # Запустить модель
        engee.close( name_model, force=true ); # Закрыть модель
    end
    sleep(5)
    return model_output
end
Out[0]:
run_model (generic function with 1 method)

Инициализация и запуск модели

In [ ]: 
Noise_power = 0.1;
window = 1000;

run_model("DSB_and_DSBSC") # Запуск модели.

Average_error_DSB = collect(Average_error_DSB);
Average_error_DSBSC = collect(Average_error_DSBSC);

Building...
Progress 0%
Progress 0%
Progress 10%
Progress 18%
Progress 25%
Progress 35%
Progress 43%
Progress 52%
Progress 61%
Progress 69%
Progress 77%
Progress 86%
Progress 94%
Progress 100%
Progress 100%

Анализ результата

In [ ]: 
gr()
plot(Average_error_DSB.time,Average_error_DSB.value, title = "Error", label = "DSB_AM")
plot!(Average_error_DSBSC.time,Average_error_DSBSC.value, title = "Error", label = "DSBSC_AM")
Out[0]:

Как мы можем видеть на графике, среднее значение ошибки меньше в случае DSBSC AM. Это связано с отличиями между этими двумя видами модуляции. Давайте разберём их подробнее.

DSB AM (с несущей).

  1. Характеристика модуляции: сигнал передается с несущей, что упрощает демодуляцию, так как несущая частота может быть легко восстановлена приемником.
  2. Энергозатраты: требует больше мощности, так как часть энергии уходит на несущую.
  3. Устойчивость к шуму: более подвержен влиянию шума, так как несущая также подвержена искажениям.
  4. Преимущества: простота демодуляции, что делает его удобным для систем с ограниченной вычислительной мощностью или упрощенной синхронизацией.
  5. Недостатки: низкая энергетическая эффективность, так как значительная часть мощности уходит на передачу несущей.

DSBSC AM (с подавленной несущей).

  1. Характеристика модуляции: передача происходит только за счет боковых полос, делая схему более энергоэффективной.
  2. Энергозатраты: требует меньше мощности, поскольку несущая не передается, и энергия концентрируется на полезной информации.
  3. Устойчивость к шуму: меньше подвержен шумам по сравнению с DSB AM, но требует точной синхронизации для демодуляции.
  4. Преимущества: высокая энергетическая эффективность и лучшая помехозащищенность по сравнению с DSB AM.
  5. Недостатки: сложность в демодуляции из-за необходимости точной синхронизации с опорной частотой.

Вывод

Главный итог демонстрации: мы увидели, что среднее значение ошибки для DSBSC AM ниже, чем для DSB AM.

Это различие объясняется особенностями самих методов модуляции: в DSBSC AM мощность сигнала сосредоточена только в боковых полосах, что делает его менее чувствительным к шуму по сравнению с DSB AM, где часть энергии уходит на передачу несущей. В DSB AM эта дополнительная несущая подвержена искажениям и вносит дополнительную ошибку при восстановлении сигнала после прохождения через шумовой канал.

Таким образом, данное сравнение подтверждает, что DSBSC AM обладает более высокой устойчивостью к шуму и большей энергетической эффективностью, что делает его предпочтительным в системах, требующих высокого уровня защиты от помех и минимальных энергозатрат.

Блоки, использованные в примере