Mudanças entre as edições de "Digital Communications Ber Performance in AWGN or Fading"

Edição atual tal como às 14h12min de 30 de novembro de 2015

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.

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-= BER Performance - Simulink=
+__TOC__
+==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==
+[[Arquivo:Ber_performance_simulink.png | 750px]]
-[[Arquivo:Ber_performance_simulink.png|770px]]
+Primeiramente baixe o arquivo a seguir [[Media:simulation_simulink_ber_performance.zip | Sistema.zip]]. Descompacte e certifique-se que no Matlab você esteja no diretório onde descompactou o arquivo. Digite no terminal do Matlab:
-Primeiramente baixe o arquivo a seguir [[Media:simulation_simulink_analog_modulation.zip | 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')
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 ==Toolbox e blocos necessários==
-Para realização da simulação, é necessário o '''Communications System Toolbox™''' [http://www.mathworks.com/help/comm/index.html html], [http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/comm/comm.pdf pdf] fornecido pelo próprio Simulink e os seguintes blocos:
+Para realização da simulação, é necessários o '''Communications System Toolbox''' [http://www.mathworks.com/help/comm/index.html html], [http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/comm/comm.pdf pdf] fornecido pelo próprio Simulink. A seguir temos os blocos utilizados no modelo de simulação:
+;Simulink:
-* [http://www.mathworks.com/help/simulink/slref/sinewave.html Sine Wave];
+* [http://www.mathworks.com/help/simulink/slref/display.html Display].
-* [http://www.mathworks.com/help/comm/analog-passband-modulation.html Analog Passband Modulation];
+;Communications System Toolbox:
-* [http://www.mathworks.com/help/simulink/slref/scope.html Scope];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/awgnchannel.html AWGN Channel];
-* [http://www.mathworks.com/help/dsp/ref/spectrumanalyzer.html Spectrum Analyser];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/bernoullibinarygenerator.html Bernoulli Binary Generator];
-* [http://www.mathworks.com/help/simulink/slref/goto.html  Goto];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/digital-baseband-modulation.html Digital Baseband Modulation];
-* [http://www.mathworks.com/help/simulink/slref/from.html  From].
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/multipathrayleighfadingchannel.html Multipath Rayleigh Fading Channel];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/multipathricianfadingchannel.html Multipath Rician Fading Channel];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/errorratecalculation.html Error Rate Calculation];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/constellationdiagram.html Constellation Diagram];
+* [http://www.mathworks.com/help/comm/ref/eyediagramscope.html Eye Diagram].
 Para uma melhor visualização dos blocos e subsistemas usar '''[Tools>[http://www.mathworks.com/help/simulink/ug/the-model-explorer-overview.html Model Explorer]]'''
-==Modelo e parâmetros==
+==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
-O modelo simula uma transmissão QPSK em um canal com desvanecimento multipercurso de Rayleigh e Rician. Neste modelo é possível controlar através das variáveis do ''workspace'' os parâmetros:
+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.
-; Bloco Sinal de informação :
+==Parâmetros e Seleção das Configurações do Modelo==
-* amp -> Transmission rate (b/s)
+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:
-* fs -> Number of bits per transmitted frame
-; Blocos Modulador :
+; Bloco Bernoulli Binary Generator :
-* maxDopplerShift -> Maximum Doppler shift of diffuse components (Hz)
+* bitRate -> Taxa de transmissão (b/s);
-* delayVector -> Discrete delays of channel (s)
+* symbolPerFrame -> Número de símbolos por frame.
-; Blocos Demodulator :
+; 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.
-*
-*
-==Testes que podem ser feitos==
+; 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).
-O modelo simula uma transmissão de dados modulados com QPSK sobre um canal com desvanecimento Rayleigh e Rician.
+==Possibilidades de Testes==
-Os testes foram realizados nas versões 2012a, 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
+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 pelos blocos Constellation Diagram;
+* 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;
-* Adicionar o bloco AWGN Channel para combinar com o canal Rayleigh e Rician;
+* Observar a taxa de erro de bit, bem como o número de bits errados e transmitidos;
-* Computar a taxa de erro de bit atráves do bloco Error Rate Calculation;
+* 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.