16. Лабораторная работа 5. Нарушения в SDR-тракте: шум, CFO, mismatch и clipping¶
Цель работы¶
Показать, как реальные нарушения тракта влияют на спектр, созвездие, EVM и BER.
Рассматриваются четыре типовых эффекта:
- шум;
- частотное смещение (CFO);
- дисбаланс I/Q или gain mismatch;
- перегрузка и clipping.
Эта страница: обзор. Исполняемые версии: Лабораторная 8.8 (QPSK-модем с шумом, CFO и дисбалансом), Лабораторная 6.5 (постоянная составляющая, дисбаланс I/Q и утечка гетеродина приёмника) и Лабораторная 6.2 (распределение усиления и перегрузка).
1. Учебная идея¶
идеальный сигнал → добавление нарушения → приём → метрики → вывод о качестве тракта
Эта лабораторная работа связывает DSP, RF и измерительные метрики.
2. Диаграмма эксперимента¶
flowchart TB
classDef model fill:#E0F2FE,color:#0F172A,stroke:#0284C7,stroke-width:1px;
classDef impairment fill:#FEF3C7,color:#0F172A,stroke:#D97706,stroke-width:1px;
classDef rf fill:#FFE4E6,color:#0F172A,stroke:#E11D48,stroke-width:1px;
classDef metric fill:#F1F5F9,color:#0F172A,stroke:#64748B,stroke-width:1px;
REF["Reference signal<br/>tone / AM / QPSK"]:::model
IMP["Impairment injection<br/>noise / CFO / mismatch / clipping"]:::impairment
RX["Reception or replay<br/>RTL-SDR / IQ file"]:::rf
SPEC["Spectrum"]:::metric
CONST["Constellation"]:::metric
EVM["EVM"]:::metric
BER["BER"]:::metric
REPORT["Engineering conclusion"]:::metric
REF --> IMP --> RX --> SPEC --> REPORT
RX --> CONST --> EVM --> REPORT
RX --> BER --> REPORT
3. Практические задания¶
- Взять эталонный IQ-сигнал.
- Добавить шум и оценить изменение SNR.
- Добавить CFO и посмотреть вращение созвездия.
- Смоделировать gain mismatch между I и Q.
- Ввести clipping и найти признаки перегрузки в спектре.
- Сравнить FFT, EVM и BER для всех случаев.
4. Что должно быть в отчёте¶
- параметры исходного сигнала;
- тип нарушения;
- спектр до/после;
- созвездие до/после;
- EVM;
- BER;
- инженерный вывод.
5. Контрольные вопросы¶
- Почему шум увеличивает BER?
- Как CFO проявляется на созвездии?
- Чем опасен clipping?
- Почему перегрузка может выглядеть как появление новых спектральных составляющих?
- Почему EVM удобна для QPSK/QAM?
6. Инженерный вывод¶
Реальный SDR-тракт всегда содержит нарушения. Инженерная задача состоит не в том, чтобы считать тракт идеальным, а в том, чтобы измерять, понимать и компенсировать эти эффекты.