Digital Communications Ber Performance in AWGN or Fading

Introdução

Um dos critérios mais utilizados para analisar o desempenho de sistemas digitais é a taxa de bits errados (BER - Bit Error Rate) definida como a probabilidade de identificação incorreta de um bit pelo circuito de decisão do receptor. A BER faz uma comparação dos bits transmitidos com os recebidos, computando o número de erros e a taxa de erros dos mesmos. Trata-se de uma medida bastante importante para situações de perda de potência e distorções no sinal transmitido devido principalmente ao meio de propagação. Este modelo considera o desempenho de BER de algumas das principais técnicas de modulação digital utilizadas em canais AWGN e canais com desvanecimento por multipercurso (Rayleigh e Rician). São elas: M-QAM,BPSK,QPSK,M-PSK e M-DPSK.

Modelo em Simulink

Primeiramente baixe o arquivo a seguir Sistema.zip. Descompacte e certifique-se que no Matlab você esteja no diretório onde descompactou o arquivo. Digite no terminal do Matlab:

open_system('ber_performance')

ou

ber_performance

Toolbox e blocos necessários

Para realização da simulação, é necessários o Communications System Toolbox html, pdf fornecido pelo próprio Simulink. A seguir temos os blocos utilizados no modelo de simulação:

Simulink

Display.

Communications System Toolbox

Para uma melhor visualização dos blocos e subsistemas usar [Tools>Model Explorer]

Descrição do Modelo

O modelo simula uma transmissão por frames utilizando modulações digitais em um canal com ruído AWGN ou com desvanecimento por multipercurso (Rayleigh ou Rician). Primeiramente geramos a sequência aleatória binaria a ser transmitida. Em seguida modulamos digitalmente esta sequência de bits gerando um conjunto de símbolos complexos representados por uma constelação, onde cada ponto da constelação corresponde a um símbolo carregando o número de bits possíveis pela modulação usada. Cada símbolo é distribuído pela constelação através do código gray, onde apenas um bit muda entre os símbolos adjacentes. Adiante realizamos a convolução do canal móvel com o sinal transmitido ou somamos este mesmo sinal com um ruído AWGN. No receptor temos a demodulação e a recepção da sequência transmitida. Esta sequência binaria recebida é comparado com a transmitida de maneira a computar a taxa de erro de bit (BER) para eventual avaliação do desempenho.

Parâmetros e Seleção das Configurações do Modelo

Neste modelo é possível controlar através das variáveis do bloco "Parâmetros do modelo", os parâmetros para realização do mesmo bem como eventual testes. Os parâmetros fornecidos por este bloco são:

Bloco Bernoulli Binary Generator

bitRate -> Taxa de transmissão (b/s);
symbolPerFrame -> Número de símbolos por frame.

Bloco Modulador Baseband and Demodulator Baseband

Modulação digital utilizada -> Escolha da modulação usada (M-QAM,BPSK,QPSK,M-FSK,M-DPSK);
M_ary -> Ordem da modulação.

Bloco Channel

maxDopplerShift -> Maximum Doppler shift of diffuse components (Hz);
delayVector -> Discrete delays of channel (s);
gainVector -> Average path gains (dB);
LOSDopplerShift -> Doppler shift of line-of-sight component (Hz);
KFactor -> Ratio of specular power to diffuse power;
inputSignal -> Potência do sinal de entrada (watts);
snr -> Relação sinal-ruído (SNR);
EbNo -> Relação sinal-ruído (Eb/No).

Possibilidades de Testes

Os testes foram realizados nas versões 2014a e 2015a do software MATLAB, funcionando perfeitamente nas mesmas. A seguir alguns testes que podem ser feitos com este modelo. Você pode alterar alguns parâmetros mesmo que a simulação esteje rodando, basta acessar novamente o bloco parâmetros do modelo.

Podemos ver o mapeamento dos bits modulados após o mesmo sofrer as degradações impostas pelo canal através de pontos em uma constelação pelo bloco Constellation after passing through the channel;
Outro teste válido é alterar o tipo de modulação utilizada para fins de comparação;
Observar a taxa de erro de bit, bem como o número de bits errados e transmitidos;
Observar o diagrama de olho dos símbolos transmitidos após os mesmos terem passado pelo canal;
Utilizar o canal com desvanecimento por multipercurso combinado com o bloco AWGN;
Analisar a constelação dos símbolos transmitidos alterando da relação sinal-ruído com a simulação rodando para fins de comparação.