Модель связи OFDM на основе QPSK¶
Модель в данной демонстрации представляет собой систему связи, основанную на технологии ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM, Orthogonal frequency division multiplexing) с использованием QPSK-модуляции. OFDM — это метод модуляции, при котором сигнал разбивается на несколько поднесущих, передаваемых параллельно в частотной области. В данной архитектуре структура блоков организована таким образом, чтобы отразить процессы модуляции, маппинга на частотные компоненты, добавления шума и обратного преобразования для восстановления сигнала.
Сама модель показана на рисунке ниже.
Архитектура модели такова.
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). На первом этапе цифровые данные модулируются с использованием метода QPSK. QPSK представляет информацию, изменяя фазу несущего сигнала, и каждый символ кодирует два бита данных. На выходе блока QPSK получается модулированный сигнал, готовый к передаче.
IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) После модуляции QPSK данные переводятся из временной области в частотную с помощью блока IFFT. IFFT в данном случае используется для создания OFDM-символа, распределяя данные по поднесущим частотам. На этом этапе сигнал разбивается на ортогональные поднесущие. После этого он готов к передаче в канале связи.
AWGN (Additive White Gaussian Noise) В канале связи добавляется аддитивный белый гауссовский шум (AWGN) для моделирования реальных условий передачи. Этот блок имитирует случайные помехи, которые влияют на сигнал в реальных системах, такие как термические шумы и атмосферные помехи.
FFT (Fast Fourier Transform) На приёмной стороне сигнал переводится обратно в частотную область с помощью блока FFT. Этот процесс восстанавливает частотные компоненты сигнала, позволяя выделить полезные данные из зашумленного сигнала, которые затем можно демодулировать.
QPSK Demodulation Наконец, сигнал подвергается демодуляции QPSK, которая восстанавливает исходные цифровые данные, опираясь на фазовые изменения модулированного сигнала. На выходе получаем восстановленный цифровой сигнал, прошедший через канал связи.
Вспомогательные функции для запуска модели.¶
# 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
Запуск и анализ модели¶
run_model("QPSK_Based_OFDM_Communication_Model") # Запуск модели.
BER = collect(BER)
println("BER: $(BER.value[end])")
Как мы видим, ошибка нулевая, значит, система работает корректно.
Вывод¶
В заключение выделим основные особенности этой модели.
- Эффективное использование полосы пропускания: благодаря использованию OFDM модулированный сигнал эффективно занимает полосу пропускания, что делает модель подходящей для систем связи с ограниченными ресурсами, таких как Wi-Fi и LTE.
- Устойчивость к шуму: добавление AWGN позволяет оценить производительность системы в реальных условиях передачи данных через зашумленный канал.
- Применение частотного мультиплексирования: использование IFFT и FFT для перехода в частотную область позволяет системе передавать данные по параллельным поднесущим, повышая устойчивость к замиранию сигнала и межсимвольной интерференции.
Подводя итог, скажем, что эта модель наглядно демонстрирует, как QPSK и OFDM можно комбинировать для повышения производительности систем связи в условиях помех и ограниченной полосы пропускания.