Transmissão digital em banda passante
Passband Modulation
Este modelo mostra uma maneira simples para executar a modulação de banda passante, multiplicando um sinal complexo modulado com uma onda senoidal para transladar o sinal na frequência. Mais informações [1].
Primeiramente baixe o arquivo a seguir Sistema.zip (que é uma versão parametrizável daquele encontrado na pasta em /opt/MATLAB/R20xxx/toolbox/comm/commdemos). Descompacte e certifique-se que no Matlab você esteja no diretório onde descompactou o arquivo. Digite no terminal do Matlab:
open_system('bandpass_modulation')
ou
'bandpass_modulation'
Toolbox e blocos necessários
Para realização da simulação, são necessários os Communications System Toolbox html, pdf e DSP System Toolbox™ html, pdf fornecido pelo próprio Simulink. O exemplo é realizado de acordo com o seguinte diagrama de blocos:
- Random Integer Generator;
- QPSK Modulator Baseband;
- Goto;
- Raised Cosine Transmit Filter;
- Upconverter (Subsystem);
- Sum;
- Interference (Subsystem);
- Upconverted Spectra (Subsystem);
- AWGN Channel;
- Downconverter (Subsystem);
- QPSK Demodulator Baseband;
- Compute BER (Subsystem);
- Display;
- Constellation Diagram;
- Calculate RMS EVM (Subsystem);
- Spectrum Analyzer;
- Eye Diagram.
Para uma melhor visualização dos blocos e subsistemas usar [Tools>Model Explorer]
Subsistemas
Alguns dos blocos do diagrama citado acima, correspondem a um conjunto de partes inter-relacionadas integrante de um sistema mais amplo, em outras palavras um subsistema. Os blocos utilizados em cada subsistema são especificados abaixo.
- Upconverter
- Interference
- Upconverted Spectra
- Downconverter
- Compute BER
- Calculate RMS EVM
Modelo e parâmetros
O modelo realiza a transmissão em banda passante de sinais modulados digitalmente por um canal ruidoso ou com desvanecimento por multipercurso (Rayleigh ou Rician). Uma fonte de interferência pode ser combinada com o canal. A interferência tem uma não-linearidade cúbica que pode ser ativada ou desativada. Quando a não-linearidade está desligado, a interferência cai completamente fora de banda, mas quando ativada, o terceiro harmônico desta interferência é introduzido na banda desejada, causando interferência co-canal. A transmissão dos símbolos é realizado em frames. 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:
- Parâmetros do modelo
- symbolRate -> Taxa de símbolos (bauds);
- symbolPerFrame -> Número de símbolos por frame;
- Modulação digital utilizada -> Escolha da modulação usada (M-QAM,BPSK,QPSK,M-DPSK);
- M_ary -> Ordem da modulação;
- 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);
- Ativar/Desativar interferencia não-linear;
- fci -> Frequência do oscilador de interferência (Hz);
- fc -> Frequência do oscilador (Hz);
- samplesPerSymbol -> Amostras por símbolo;
- Configurações de espectro
O painel Spectrum Settings encontrada em [View>Spectrum Settings]] no bloco Spectrum Analyser nomeado no modelo como Análise dos espectros, permite que você modifique as configurações para controlar a maneira em que o espectro é calculado obtendo uma melhor visualização do mesmo dos sinais do modelo. Neste painel podemos escolher como controlar a resolução de freqüência pela opção RBW (Hz) / Window length . A FFT amostra o espectro de 0 a e a resolução da análise é dada por , onde N corresponde o numero de pontos da FFT, ou seja, a resolução da análise espectral está associada à duração N do sinal de mensagem, que deve ser longa o bastante para incluir pelo menos um ciclo completo da menor freqüência a ser analisada.
Outras possibilidades de configuração estão listadas abaixo:
- O tipo de espectro para exibir. As opções disponíveis são de potência, densidade de potência e espectrograma.
- Taxa de amostragem (Hz) - A taxa de amostragem, em hertz, dos sinais de entrada. Escolha Inherited para usar a mesma taxa de amostragem do sinal de entrada. Para especificar uma taxa de amostragem, insira o seu valor.
- Unidades - As unidades do espectro. As opções disponíveis são dBm, dBW, e Watts
O painel Spectrum Settings possui outras configurações, todas elas são especificadas em Spectrum Settings.
Testes que podem ser feitos
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.
- Analise no dominio da frequência do sinal pós Upconverter e Downconverter;
- Podemos ver o mapeamento dos bits modulados após o mesmo sofrer as degradações impostas pelo canal através de pontos em uma constelação pelo bloco Received Constellation;
- 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;
- Analisar a constelação dos símbolos transmitidos alterando da relação sinal-ruído com a simulação rodando para fins de comparação;
- Observar o valor RMS do EVM(Error Vector Magnitude), que corresponde a diferença em vetores entre o sinal de entrada e o sinal recebido.
Podemos ativar ou desativar a interfêrencia co-canal e observar as seguintes caracteristicas:
OFF
- Podemos ver após o processo de Upconverter, que no espectro esta interferência cai completamente fora da banda do sinal desejado.
ON
- Diante da não-linearidade, a terceira harmônica da interferência cai na banda do sinal desejado.
- Podemos observar após o processo de Downconverter, que no espectro você pode ver o tom de interferência presente com o sinal de banda base.