Aferição de desempenho de modulações digitais utilizando SDR

Projeto - ENG TEL - 2016

Informações

Aluno: Lucas Lucindo
Coordenador: Ramon Mayor Martins
Início: 06/16
Edital: Chamada Interna – Nº 05/2016 – Programa de Apoio a Projetos de Ensino, Pesquisa e Extensão do Câmpus São José.
Aceite: Resposta da chamada

Resumo

Resumo: Atualmente os sistemas de comunicações demandam altas taxas de transmissão, o que torna o circuito do sistema cada vez mais complexo. O projeto propõe contribuir com análises a busca por soluções acerca da otimização da taxa de transmissão e da redução da complexidade de implementação de um sistema de comunicações. O objetivo é aferir o desempenho de diversas técnicas de modulação digital utilizada nos transmissores e receptores das principais aplicações do mercado. Para isso será realizado testes com a variação de parâmetros tais como: frequência, distância, potência e esquemas de modulação utilizando tecnologias de Rádio Definido por Software (SDR). Será também utilizado o ambiente GNU Radio para implementar subsistemas transmissores e receptores de comunicações. Com base nesses subsistemas será possível a comparação entre as técnicas de modulações empregadas e a viabilidade de obtenção de uma baixa probabilidade de erro nas comunicações de dados.

Abstract:

Palavras chave: Rádio Definido por Software, modulação, transmissores, receptores.

Horário de encontro

Sextas-feira 12:30 ~ 13:30

Link para o trabalho

• Acesso ao Projeto

Datas Importantes

[01/07/16 ~ 08/07/16] Estudo da modulação FSK
[08/07/16 ~ 15/07/16] Apresentação de SDR / GNU Radio - Resumo modulação FSK
[15/07/16 ~ 22/07/1] Implementação de transmissor e receptor FSK (GNU Radio)

Reuniões

01/07 - Reunião 1
Apresentação do projeto Modulação FM/FSK

08/07 - Reunião 2
Apresentação SDR (Ramon)

- Reunião 3
Continuação Apresentação SDR (Ramon) Implementação de TX/RX WBFM/NBFM Implementação FSK

Links auxiliares

Softwares e Bibliotecas

• GNU Radio
• SDR#
• GQRX

Documentos Principais

Documentos Secundários

• (IFSC - Ramon Mayor Martins): Introdução ao SDR
• (UFPA - Aldebaro Klautau): Introdução ao SDR

Atividades a serem desenvolvidas

• 01- Estudo das modulações digitais utilizadas (07/16)
• 02- Desenvolvimento e teste de subsistemas transmissores e receptores (06~08/16)
• 03- Elaboração do 1o relatório parcial (08/16)
• 04- Coleta de dados (08~09/16)
• 05- Elaboração do 2o relatório parcial (09~10/16)
• 06- Análise dos dados (10~11/16)
• 07- Elaboração do relatório final/ submissão do artigo (11~12/16)

01	02	03	04	05
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Modulações digitais

FSK (Frequency Shift Keying)

FSK (Frequency Shift Keying) A modulação por chaveamento na frequência (FSK) baseia-se na atribuição de uma frequência para cada estado do sinal digital. Para isso, utiliza-se uma portadora analógica para modular o sinal digital. Para compreender o funcionamento do FSK, podemos utilizar a figura abaixo como guia: Exemplo FSK O sinal “Data” é o sinal digital a ser modulado e o “Carrier”, como de costume, é uma portadora analógica. Quando ocorre a transmissão de uma bit, portanto, um sinal alto (‘1’), temos uma frequência maior no sinal modulado. Quando Data é baixo (‘0’), o sinal modulado assume uma frequência mais baixa. Esse é o exemplo mais simples de FSK, pois usa apenas duas frequências que correspondem a dois estados diferentes. Esse processo mais simples também é chamado de BFSK (Binary Frequency Shift Keying). Analogamente a esse processo, também podemos utilizar o que é chamado de 4FSK. Essa forma de modulação utiliza quatro frequências diferentes para identificar quatro estados (00, 01, 10, 11). Utilizar essa técnica permite aumentar a taxa de transmissão de bits, porém, aumenta a banda de frequência de transmissão utilizada. A modulação FSK possui o problema de consumir uma banda de frequência muito alta, devido as variações abruptas de frequência a cada mudança de estado do sinal digital, além de ter uma taxa de transmissão relativamente baixa. Para contornar em partes o problema da mudança abrupta, podemos utilizar uma técnica similar ao FSK, utilizando a mesma portadora e o mesmo esquema das frequências, porém, antes do sinal entrar no modulador, ele passa por um filtro gaussiano. Esse processo é chamado de GFSK. Filtro Gaussiano O filtro gaussiano reduz a largura espectral dos pulsos que entram. O filtro age como um formatador de pulsos que é usado para suavizar a transição entre os valores dos pulsos. A modulação GFSK é geralmente utilizada em sistemas bluetooth. Links e Livros para consulta: http://www.gta.ufrj.br/grad/04_2/Modulacao/ https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying http://penta.ufrgs.br/Alvaro/fsk.html Comunicação de Dados e Redes de Computadores (Forouzan) Fundamentos de Comunicação Eletrônica: Modulação, Demodulação e Recepção (Frenzel)

ASK (Amplitude-Shift Keying)

ASK(Amplitude-Shift Keying) O ASK (Amplitude-shift keying) é uma modulação utilizada para sinais digitais. O funcionamento do ASK é baseado na mudança da amplitude da onda portadora com base no sinal digital a ser modulado. No caso de um sinal digital binário, utiliza-se uma amplitude da portadora para representar o ‘0’ e outra amplitude da portadora para o ‘1’. A Figura 1 representa uma forma especifica de fazer a modulação ASK. Para sinais com nível alto, tem-se a amplitude normal de uma dada onde portadora, já para sinais com nível baixo, tem-se um “desligamento” da portadora. Esse tipo de modulação também é chamada o OOK (On-Off Keying). Modulação ASK - OOK A modulação ASK é susceptível a mudanças repentinas de ganho e é utilizada para transmitir dados em fibras ópticas. Links para consulta: http://coral.ufsm.br/gpscom/professores/Renato%20Machado/ComunicacaoDeDados/ComDados10.pdf http://penta.ufrgs.br/Alvaro/ask.html http://coral.ufsm.br/gpscom/professores/andrei/Comunicacao/aula_08.pdf

PSK (Phase-Shift Keying)

PSK (Phase-Shift Keying) O PSK (Phase-Shift Keying) é um tipo de modulação para sinais digitais onde as informações do sinal modulado estão contidas na fase da portadora. Sempre que há mudanças no sinal digital a ser modulado, a portadora sofre uma alteração de fase de 180 graus. Por exemplo, supondo um sinal digital e uma portadora como os ilustrados na Figura 1. Figura 1 - Modulação PSK (BPSK) Quando o sinal de entrada é ‘1’, mantem-se a fase normal da portadora. Quando ocorre uma transição de uma sinal alto para um baixo, percebe-se que o sinal modulação é defasado em 180 graus. Quando ocorre outra transição, só que agora de ‘0’ para ‘1’, o sinal é novamente defasado em 180 graus. Essa forma de modulação em especifico é chamada de BPSK e está ilustrado na Figura 1. Existe uma forma mais complexa para a modulação PSK, chamada de M-PSK (Multiple-PSK). No BPSK era previsto dois valores de defasagem (0 e 180)m já no M-PSK podem existir m possibilidades, onde m são os múltiplos valores de defasagem. Essa valores são utilizados para indicar conjuntos de bit. Figura 2 - Modulação PSK (QPSK) Existem duas formas mais utilizadas: m = 4 (0, +90, -90 e 180), chamada de quadrature phase-shift keying (QPSK) e utilizada para identificar 2 elementos por valor de defasagem (00, 01, 10 e 11). m = 8 (0, +45, -45, +90, -90, +135, -135, e 180), chamada de octal phase-shift keying (OPSK), e utilizada para identificar 3 elementos por valor de defasagem (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111).