Lab4 IQ TUTOR
วัตถุประสงค์
1. ศึกษาการผสมสัญญาณดิจิตอลชนิดต่างๆ เช่น BPSK,QPSK, 16QAM
2. ศึกษาผลของลักษณะการตอบสนองความถี่ของฟิลเตอร์ที่มีต่อสัญญาณ
3. ศึกษาผลของ BER Vs. SNR
4. ศึกษาเรื่องของ Multipath
การเตรียมการทดลอง
1. เข้าโปรแกรม IQ TUTOR โดยใช้ชื่อไฟล์ IQTUTOR.EXE
2. หลังจากเห็นข้อความแนะนำโปรแกรม กด Spacebar เพื่อผ่านต่อไป
3. ในหน้านี้ สามารถใช้ลูกศร ขึ้น – ลง เพื่อเปลี่ยนจากบล็อกเป็นรูปสัญญาณ เป็นข้อความ
และสามารถใช้ลูกศร เลื่อนซ้าย-ขวา ขึ้น-ลง หรือ EDIT เพื่อแก้ไขตัวแปรในการทดลอง
การทดลอง
การทดลองที่ 1 เรื่องการเปรียบเทียบค่า Signal to Noise Ratio (SNR) กับค่าความเป็นไปได้ของ
อัตราความผิดพลาดข้อมูล (Probability of Error, Pe)
1. กำหนด Modulation BPSK
2. Filter Alpha 0.1
3. SNR 6 (ไม่มีข้อความ HPA Impairment on หรือ Multipath fade on)
4. หลังจากกำหนดตัวแปรต่างๆ ตามที่ต้องการแล้ว กด Enter เพื่อให้ระบบทำงาน จะมี
ข้อความ “working” หมายความว่า ค่าต่างๆ ที่เราต้องการได้มีการปรับเรียบร้อยแล้ว
5. สามารถดูค่า P(e) ได้ที่ Detector Output บันทึกค่าไว้
6. ทำการทดลองซ้ำอีกครั้ง โดยใช้ค่าตามตารางที่ 1-3
การทดลองที่ 2 การศึกษาเรื่อง Noise, Errors และ I-Q Vector Diagram
เลือกตัวแปรในการทดลองดังนี้ BPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
1. เลื่อนลูกศรไปดูที่ Demodulator output แล้วกดดูสัญญาณ IQ ในโดเมนเวลา
2. กด Enter เพื่อดู Vector Display
3. กดปุ่ม / เพื่อดูข้อมูลขณะนั้น
4. บันทึกผลการทดลอง
5. กดปุ่ม Enter อีกครั้งเพื่อเข้าสู่แกนเวลา
6. ตั้งค่า SNR = 8 เป็นการเพิ่มสัญญาณรบกวนเข้าในระบบ
7. บันทึกผล รูปในแกนเวลา
8. บันทึกลักษณะของ Vector Diagram
9. ทำการทดลองเช่นเดียวกันนี้กับสัญญาณ 16QAM
การทดลองที่ 3 Multipath & Curves
ในการเดินทางของคลื่นวิทยุผ่านระยะทางไกลในอากาศ คลื่นที่เดินทางมายังเครื่องรับ ส่วนใหญ่จะเดินทางมาทางลำคลื่นหลัก ( Main beam) บางส่วนมาจากการสะท้อน (Reflections) บางส่วนมาจากการหักเห (Refraction) ทำให้เกิดการเดินทางจากหลายเส้นทาง (Multipath Propagation) เมื่อเครื่องรับสัญญาณได้ จะเป็นผลรวมของคลื่นจากทิศทางต่างๆ ผลของ Multipath จะมีมาก เมื่อมีการสะท้อน หรือ หักเหมากขึ้น ผลของ Multipath ที่สามารถสังเกตได้ คือ ทำให้รูปสัญญาณผิดเพี้ยน (Distortion) เกิดการจางหายของสัญญาณ (Fading) ในระบบสื่อสารวิทยุแบบอนาล็อกมีผลทำให้ S/N มีค่าลดลง ในระบบดิจิตอลมีผลทำให้ค่าความผิดพลาดของข้อมูลมากขึ้น ในการทดลองนี้เราจะศึกษาในบางช่วงความถี่ของแบนวิดธ์เครื่องรับ
ขั้นตอนการทดลอง
1. เลื่อนภาพไปดูที่ Demodulator output จากนั้นดูที่แกนเวลา กด E เพื่อ Edit ค่าต่างๆ ดังนี้ QPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.3 ยังไม่ต้องกด Enter
2. กด D เพื่อเข้าสู่หน้าจอ Advance Design กดลูกศรขึ้นเพื่อเปลี่ยนค่า Delay = 16.6 ns
(Delay = ค่าเวลาที่แตกต่างระหว่างสัญญาณจริงที่มาถึงก่อน และสัญญาณที่สะท้อนมาทีหลัง) ทำให้เกิดการ Notch ขึ้นทุกๆ 1/16.6 ns หรือ 60 MHz
3. กดลูกศรขึ้นเพื่อเปลี่ยนค่า depth = 40 dB (เพื่อเปลี่ยนค่าความแตกต่างขนาด) สังเกตค่า
Notch ที่เกิดขึ้น
4. เลื่อนลูกศรไปทางซ้ายเพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของ Notch เลื่อนลูกศรขึ้น เพื่อเปลี่ยน
ตำแหน่งไป 100%
5. บันทึกผล
ผลการทดลอง
วัตถุประสงค์
1. ศึกษาการผสมสัญญาณดิจิตอลชนิดต่างๆ เช่น BPSK,QPSK, 16QAM
2. ศึกษาผลของลักษณะการตอบสนองความถี่ของฟิลเตอร์ที่มีต่อสัญญาณ
3. ศึกษาผลของ BER Vs. SNR
4. ศึกษาเรื่องของ Multipath
การเตรียมการทดลอง
1. เข้าโปรแกรม IQ TUTOR โดยใช้ชื่อไฟล์ IQTUTOR.EXE
2. หลังจากเห็นข้อความแนะนำโปรแกรม กด Spacebar เพื่อผ่านต่อไป
3. ในหน้านี้ สามารถใช้ลูกศร ขึ้น – ลง เพื่อเปลี่ยนจากบล็อกเป็นรูปสัญญาณ เป็นข้อความ
และสามารถใช้ลูกศร เลื่อนซ้าย-ขวา ขึ้น-ลง หรือ EDIT เพื่อแก้ไขตัวแปรในการทดลอง
การทดลอง
การทดลองที่ 1 เรื่องการเปรียบเทียบค่า Signal to Noise Ratio (SNR) กับค่าความเป็นไปได้ของ
อัตราความผิดพลาดข้อมูล (Probability of Error, Pe)
1. กำหนด Modulation BPSK
2. Filter Alpha 0.1
3. SNR 6 (ไม่มีข้อความ HPA Impairment on หรือ Multipath fade on)
4. หลังจากกำหนดตัวแปรต่างๆ ตามที่ต้องการแล้ว กด Enter เพื่อให้ระบบทำงาน จะมี
ข้อความ “working” หมายความว่า ค่าต่างๆ ที่เราต้องการได้มีการปรับเรียบร้อยแล้ว
5. สามารถดูค่า P(e) ได้ที่ Detector Output บันทึกค่าไว้
6. ทำการทดลองซ้ำอีกครั้ง โดยใช้ค่าตามตารางที่ 1-3
การทดลองที่ 2 การศึกษาเรื่อง Noise, Errors และ I-Q Vector Diagram
เลือกตัวแปรในการทดลองดังนี้ BPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
1. เลื่อนลูกศรไปดูที่ Demodulator output แล้วกดดูสัญญาณ IQ ในโดเมนเวลา
2. กด Enter เพื่อดู Vector Display
3. กดปุ่ม / เพื่อดูข้อมูลขณะนั้น
4. บันทึกผลการทดลอง
5. กดปุ่ม Enter อีกครั้งเพื่อเข้าสู่แกนเวลา
6. ตั้งค่า SNR = 8 เป็นการเพิ่มสัญญาณรบกวนเข้าในระบบ
7. บันทึกผล รูปในแกนเวลา
8. บันทึกลักษณะของ Vector Diagram
9. ทำการทดลองเช่นเดียวกันนี้กับสัญญาณ 16QAM
การทดลองที่ 3 Multipath & Curves
ในการเดินทางของคลื่นวิทยุผ่านระยะทางไกลในอากาศ คลื่นที่เดินทางมายังเครื่องรับ ส่วนใหญ่จะเดินทางมาทางลำคลื่นหลัก ( Main beam) บางส่วนมาจากการสะท้อน (Reflections) บางส่วนมาจากการหักเห (Refraction) ทำให้เกิดการเดินทางจากหลายเส้นทาง (Multipath Propagation) เมื่อเครื่องรับสัญญาณได้ จะเป็นผลรวมของคลื่นจากทิศทางต่างๆ ผลของ Multipath จะมีมาก เมื่อมีการสะท้อน หรือ หักเหมากขึ้น ผลของ Multipath ที่สามารถสังเกตได้ คือ ทำให้รูปสัญญาณผิดเพี้ยน (Distortion) เกิดการจางหายของสัญญาณ (Fading) ในระบบสื่อสารวิทยุแบบอนาล็อกมีผลทำให้ S/N มีค่าลดลง ในระบบดิจิตอลมีผลทำให้ค่าความผิดพลาดของข้อมูลมากขึ้น ในการทดลองนี้เราจะศึกษาในบางช่วงความถี่ของแบนวิดธ์เครื่องรับ
ขั้นตอนการทดลอง
1. เลื่อนภาพไปดูที่ Demodulator output จากนั้นดูที่แกนเวลา กด E เพื่อ Edit ค่าต่างๆ ดังนี้ QPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.3 ยังไม่ต้องกด Enter
2. กด D เพื่อเข้าสู่หน้าจอ Advance Design กดลูกศรขึ้นเพื่อเปลี่ยนค่า Delay = 16.6 ns
(Delay = ค่าเวลาที่แตกต่างระหว่างสัญญาณจริงที่มาถึงก่อน และสัญญาณที่สะท้อนมาทีหลัง) ทำให้เกิดการ Notch ขึ้นทุกๆ 1/16.6 ns หรือ 60 MHz
3. กดลูกศรขึ้นเพื่อเปลี่ยนค่า depth = 40 dB (เพื่อเปลี่ยนค่าความแตกต่างขนาด) สังเกตค่า
Notch ที่เกิดขึ้น
4. เลื่อนลูกศรไปทางซ้ายเพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของ Notch เลื่อนลูกศรขึ้น เพื่อเปลี่ยน
ตำแหน่งไป 100%
5. บันทึกผล
ผลการทดลอง
การทดลองที่ 1 เรื่อง การเปรียบเทียบค่า Signal to Noise Ratio (SNR) กับ ค่าความเป็นไปได้ของอัตราความผิดพลาดข้อมูล (Probability of Error, Pe)
ตารางที่ 1 BPSK
SNR (dB) | Errors | Errors/100 = P(e) |
6 | 3 | 0.00369 |
4 | 2 | 0.01895 |
2 | 2 | 0.06003 |
0 | 14 | 0.13062 |
-2 | 14 | 0.20663 |
ตารางที่ 2 QPSK
SNR (dB) | Errors | Errors/100 = P(e) |
16 | 0 | ≤ 1x10-5 |
14 | 0 | ≤ 1x10-5 |
12 | 0 | ≤ 1x10-5 |
10 | 0 | ≤ 1x10-5 |
8 | 0 | 0.00132 |
ตารางที่ 3 16QAM
SNR (dB) | Errors | Errors/100 = P(e) |
8 | 37 | 0.33497 |
6 | 57 | 0.48978 |
4 | 57 | 0.59566 |
2 | 75 | 0.63096 |
0 | 82 | 0.66834 |
ตารางที่ 4 ผลการเปรียบเทียบระหว่าง SNR Vs. P(e) สำหรับการผสมทั้งสามแบบ
การทดลองที่ 2 การศึกษาเรื่อง Noise, Errors และ I-Q Vector Diagram
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดดูสัญญาณ IQ ในโดเมนเวลา
เมื่อ BPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดดูสัญญาณ IQ ในรูป Vector
เมื่อ BPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดปุ่ม /
เมื่อ BPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อตั้งค่า SNR = 8
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดดูสัญญาณ IQ ในรูป Vector
เมื่อ BPSK, SNR = 8, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดปุ่ม /
เมื่อ BPSK, SNR = 8, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดดูสัญญาณ IQ ในโดเมนเวลา
เมื่อ 16QAM, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดดูสัญญาณ IQ ในรูป Vector
เมื่อ 16QAM, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดปุ่ม /
เมื่อ 16QAM, SNR = 40, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อตั้งค่า SNR = 8
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดดูสัญญาณ IQ ในรูป Vector
เมื่อ 16QAM, SNR = 8, Filter Alpha 0.5
รูปแสดงลักษณะโปรแกรมเมื่อกดปุ่ม /
เมื่อ 16QAM, SNR = 8, Filter Alpha 0.5
การทดลองที่ 3 Multipath & Curves
รูปแสดงลักษณะโปรแกรม
เมื่อตั้งค่า QPSK, SNR = 40, Filter Alpha 0.3
รูปแสดงลักษณะโปรแกรม เมื่อกดปุ่ม D
เข้าหน้าจอ Advance Design และเปลี่ยนค่า Delay = 16.6 ns
รูปแสดงลักษณะโปรแกรม เมื่อกดปุ่ม D
เข้าหน้าจอ Advance Design และเปลี่ยนค่า Depth = 40 dB
Notch Position = 0%
รูปแสดงลักษณะโปรแกรม เมื่อกดปุ่ม D
เข้าหน้าจอ Advance Design และเปลี่ยนค่า Depth = 40 dB
Notch Position = 100%
สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองที่1 เป็นการดูผลการผสมสัญญาณทั้ง3แบบ เมื่อดูจากค่าbit error rate สรุปได้ว่า
การผสมแบบBPSKมีการทนทานต่อ NOISE มากที่สุดโดยสังเกตุจาก S/Nจะน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับ การผสมแบบ 16QAM และ QPSK ส่วนการทดลองที่ 2 เป็นการศึกษาผลของ NOISE โดยดูผลจาก VECTOR DIAGRAM ซึ่งโดยสรุปแล้วแบบ BPSKก็ทนทานต่อNOISEได้ดีที่สุดเนื่องจากหลังจากเราลดค่า S/Nจาก40เป็น8จะทำให้เห็นNOISEของการผสมชัดเจยขึ้นโดยBPSKนั้นPHASEต่างกัน 180จุดของกลุ่มดาวที่เกิดขึ้น แต่16 QAMนั้นปกติมีจุดเวกเตอร์ทั้งหมด 16 จุด และเมื่อมีผลของสัญญาณรบกวนที่จุดกลุ่มดาวแล้วจะทำให้แยกค่าของสัญญาณได้ยากขึ้นเป็นผลให้เกิด BIT ERROR ส่วนการทดลองที่3เป็นการดูผลของสัญญาณที่เดินทางมาถึงจุรับพิจารณาเฉพาะสัญญาณที่เป็นPATHของDIRECT BEAMซึ่งเกิดการหักเห หรือสะท้อนจากการเดินทาง ซึ่งบางส่วนเกิด DELAYขึ้นเมื่อ ส่งผลถึงการหักล้าง
และเสริมกันของสัญญาณขึ้น
วิจารณ์ผลการทดลอง เนื่องจากเป็นการทดลองโปรแกรมบน SIMULATION แทนการทดลองด้วยอุปกรณ์จริงจึงช่วยประหยัดเวลาและสถานที่ในการทดลอง ซึ่งผลที่ออกมาก็ไม่แตกต่างจากความเป็นจริง ในตัวโปรแกรมมีค่าพารามิเตอร์ต่างๆอย่างครบถ้วน เช่น ROLL OUTเอาไว้ปรับค่าFILTER ALPHA หรือการปรับS/N เป็นต้น ซึ่งหากทดลองจริงจะมีตงามยุ่งยากในการปรับค่าบางอย่าง แต่ก็ช่วยให้เราได้สัมผัสอุปกรณ์จริงที่ไม่สามรถทำได้บน SIMULATION
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น