Fachhochschule Düsseldorf. Simulation der Eigenschaften eines CDMA- Systems mittels ADS

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1 Fachhochschule Düsseldorf Fachbereich Elektrotechnik Simulation der Eigenschaften eines CDMA- Systems mittels ADS Prof. Dr. P. Pogatzki Name: Matr.-Nr.: Testat:

2 2 Einleitung Ziel dieses Versuches ist es, einige der wesentlichen Eigenschaften eines CDMA-Systems zu untersuchen. Dazu wird ein nahezu komplettes Sende- und Empfangssystem aufgebaut. Dazu wird der Systemsimulator ADS von Agilent Technologies eingesetzt. 1. Vorbereitung Als Vorbereitung auf diesen Versuch wird ein erneutes Studium des Vorlesungsskriptes empfohlen. Ferner sollten die Kenntnisse bzgl. der Eigenschaften von Auto- und Kreuzkorrelationsfunktionen aufgefrischt werden. Für die Simulation mittels ADS sind im wesentlichen die folgenden Komponenten erforderlich. Je nach Aufbau der Schaltung werden einige Elemente der Auflistung nicht benötigt, jedoch dafür andere erforderlich, die in der folgenden Tabelle nicht enthalten sind. Zu jedem Element existiert eine Help-Funktion, die eine kurze Beschreibung und Erklärung der Anschlüsse/Parameter liefert. Das Starten der Help-Funktion erfolgt mittels Doppelklick auf das Element und anschließendem Betätigen des Help -Button. Name Schematic-Symbol DF DF DF DefaultNumericStart=0 DefaultNumericStop=100 DefaultTimeStart=0 usec DefaultTimeStop=100 usec PARAMETER SWEEP ParamSweep Var ParamSweep Sweep1 SweepVar= SimInstanceName[1]= SimInstanceName[2]= SimInstanceName[3]= SimInstanceName[4]= SimInstanceName[5]= SimInstanceName[6]= Start=1 Stop=10 Step=1 Var Eqn VAR VAR1 X=1.0

3 3 NumerikSink Numeric NumericSin N1 Plot=Rectangul ControlSimulation=Y Start=DefaultNumericSt Stop=DefaultNumericSt Add2 Add2 A1 Sub Sub M1 Mpy2 Mpy2 M1

4 4 DownSample DownSample Factor=2 Phase=0 Repeat Repeat NumTimes=2 BlockSize=1 Y X Cross CrossCorr CrossCorr NoInputsToAvg=256 NoLags=64 Unbiased=YES Autocor Autocor NoInputsToAvg=256 NoLags=64 Unbiased=YES

5 5 Data Data TStep= sec BitTime=0.001 sec UserPattern="" Type=Prbs SequencePattern=8 Repeat=Yes IID_Gaussian IID_Gaussian Mean=0.0 Variance=1.0 ImpulseFloat ImpulseFloat Level=1.0 Period=0 =0 LogicToNRZ LogicToNRZ Amplitude=1.0

6 6 NRZToLogic NRZToLogic Amplitude=1.0 TimedToFloat TimedToFloat B1 LogicXOR2 LogicXOR2 B1 Integrate Integrate B1 FeedbackGain=1.0 Top=0.0 Bottom=0.0 Saturate=YES State=0.0

7 7 Aufruf der Help-Funktion 1.1 Analyse des PN-Generators In diesem Versuch werden zwei verschiedene PN-Generatoren zur Spreizung des Digitalsignals verwendet. Der Übersichtlichkeit halber werden nur sehr kurze PN-Sequenzen verwendet. LogicXOR2 L1 ImpulseFloat I1 Lev el=1.0 Period=0 =0 Add2 A1 x D2 x**2 D3 x**3 D4 D5 x**4 x**5 LogicToNRZ D6 Amplitude=1.0 Port OutPol1 Num=1 Schaltung des 1. PN-Generator

8 8 Bestimmen Sie das Ausgangssignal des Generators für die ersten 35 Stellen, wenn Sie annehmen, daß zu Beginn alle Speicher leer (Inhalt 0 ) sind und nur zum Zeitpunkt t=0 eine 1 in die Schaltung eingespeist wird. Welche Periode ergibt sich? 2. Aufbau der PN-Generatoren Zu Beginn des Versuchs sollen die wesentlichen Eigenschaften der PN-Generatoren untersucht werden. Als Generatoren werden die beiden unten dargestellten Schaltungen verwendet. LogicXOR2 L1 ImpulseFloat I1 Lev el=1.0 Period=0 =0 Add2 A1 x D2 x**2 D3 x**3 D4 D5 x**4 x**5 LogicToNRZ D6 Amplitude=1.0 Port OutPol1 Num=1 Schematic des 1. PN-Generator Erzeugen Sie in einem 1. Schritt die entsprechenden Schematic im ADS und speichern Sie diese mit sinnvollen Namen ab. LogicXOR2 L1 LogicToNRZ 6 Amplitude=1.0 Port OutPol1 Num=1 LogicXOR2 L3 ImpulseFloat I1 Level=1.0 Period=0 Add2 A1 D2 =0 x x**2 Schematic des 2. PN-Generator D3 x**3 D4 x**4 D5 x**5 Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, bietet es sich an, von nun die PN-Generatoren als Unternetzwerke (Subnetworks) zu betrachten. Dazu ist die Erstellung eines eigenen Schematic-Symbols erforderlich. Wechselt man vom Schematic-Entry in den Drawing-Mode, so generiert ADS einen Vorschlag für das entsprechende Symbol. Dieser kann jedoch noch editiert werden und so eine verbesserte Aussagekraft erhalten.

9 9 Wechsel aus Schematic-Entry in den Modus Drawing-Mode Der Wechsel zurück ins Schematic-Entry ist in der folgenden Grafik dargestellt. Nach dem Abspeichern kann auf dieses Modul wie auf ein ADS-internes Modul zugegriffen werden. Wechsel aus dem Drawing-Mode in Schematic-Entry Dieser Sachverhalt ist im nächsten Bild gezeigt.

10 10 Aufruf des eigenen Moduls PN-Generator aus der Palette Library 2.1 Berechnung von Auto- und Kreuzkorrelation Erzeugen Sie nun eine Schaltung, mit der Sie sowohl die Autokorrelationsfunktionen der PN- Sequenzen als auch deren Kreuzkorrelationsfunktion berechnen können. Plotten Sie das Ergebnis für eine maximale Verzögerung τ von mindestens 65! Was ist bei der Kreuzkorrelation zu beobachten? Modifizieren Sie die Darstellung der Autokorrelation so, daß das Maximum bei Null liegt! Können die beiden PN-Sequenzen zur Deckung gebracht werden? Wenn ja, so stellen Sie diesen Sachverhalt im Zeitbereich dar! 2.2 Spreizung des Datensignals Erzeugen Sie nun zwei zufällige Bitfolgen mit einer Bitdauer von 31 µs. Dieses Signal ist aus der Domain Timed und muß zur Weiterverarbeitung in die Domain Numeric transformiert werden. Wählen Sie dazu einen Zeitschritt von 1µs! Jede der beiden entsprechend umgewandelten Bitfolgen wird nun mit einer PN-Sequenz multipliziert. Welcher Spreizfaktor ergibt sich? Stellen Sie das gespreizte Signal grafisch dar! 2.3 Übertragung über AWGN-Kanal Addieren Sie nun die beiden gespreizten Signale und übertragen Sie diese über einen gestörten Kanal. Setzen Sie zunächst Mittelwert und Leistung des Rauschgenerators zu Null. Betrachten Sie das Signal!

11 11 3. Aufbau des Empfängers Entwerfen Sie nun zwei verschiedene Empfänger: Einen, der die Bitfolge 1 detektiert und einen der die Bitfolge 2 detektiert! Stellen Sie die detektierten Bitfolgen dar und reduzieren Sie die Abtastrate entsprechend ( DownSample ). Vergleichen Sie die detektierten Folgen mit den gesendeten Bitfolgen! 3.1 Bitfehlermessung Entwerfen Sie jetzt eine Schaltung zur Bestimmung der Bitfehler. Wandeln Sie die Datensignale von NRZ nach Logic um und setzen Sie die Elemente Integrate sowie LogicXOR2 ein. Modifizieren Sie die Rauschleistung auf den Wert 1 Ermittels Sie die Bitfehlerrate, führen Sie dabei viele Simulationsschritte durch! Erhöhen Sie nun die Leistung auf 32! Betrachten Sie die berechnete Bitfehlerwahrscheinlichkeit (Anzahl Fehler dividiert durch Anzahl gesendeter Bits) als Funktion der Simulationsdauer! Was ist zu beobachten? 3.2 Parametersweep und Bitfehler Var Eqn VAR VAR1 TauMax=60 Sigma=1 DF DF DefaultNumericStart=0 DefaultNumericStop= DefaultTimeStart=0 usec DefaultTimeStop=100 usec PARAMETER SWEEP ParamSweep Sweep1 SweepVar="Sigma" SimInstanceName[1]="DF" SimInstanceName[2]= SimInstanceName[3]= SimInstanceName[4]= SimInstanceName[5]= SimInstanceName[6]= Start=4 Stop=64 Step=4 Einstellen des ParameterSweeps

12 12 Abschließend soll nun die Bitfehlerhäufigkeit von der Störleistung untersucht werden. Dazu Führen Sie einen Parametersweep gemäß dem vorstehenden Bild durch. Diese Berechnung kann mehrere Minuten in Anspruch nehmen!!! Stellen Sie die Anzahl der Bitfehler als Funktion der Störleistung dar, verwenden Sie für die Leistung eine logarithmische Einteilung (SNR) und für den Fehler sowohl eine lineare als auch eine logarithmische Skala! Was ist zu beobachten?