Перейти к содержанию

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

  1. Взять эталонный IQ-сигнал.
  2. Добавить шум и оценить изменение SNR.
  3. Добавить CFO и посмотреть вращение созвездия.
  4. Смоделировать gain mismatch между I и Q.
  5. Ввести clipping и найти признаки перегрузки в спектре.
  6. 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

  1. Почему шум увеличивает BER?
  2. Как CFO проявляется на созвездии?
  3. Чем опасен clipping?
  4. Почему перегрузка может выглядеть как появление новых спектральных составляющих?
  5. 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.