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, é necessário o Communications 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

• Inport;
• Sine Wave;
• Product;
• Outport;

Interference

• Sine Wave;
• Constant;
• Math;
• Gain;
• Outport;

Upconverted Spectra

• Inport;
• Concatenate;
• Spectrum Analyzer;

Downconverter

• Inport;
• Sine Wave;
• Product;
• Math (conj);
• Outport;

Compute BER

• Inport;
• Error Rate Calculation;
• Integer to Bit Converter;
• Constant;
• Outport;

Calculate RMS EVM

• From;
• Delay;
• Inport;
• Outport;
• EVM Measurement;

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). Ambos são combinados com uma interferência fora da faixa causadas por um tom processado com uma não-linearidade cúbica. 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:

Bloco Bernoulli Binary Generator

• symbolRate -> Taxa de símbolos (bauds);
• symbolPerFrame -> Número de símbolos por frame.

Bloco Modulador Baseband and Demodulator Baseband

• Modulação digital utilizada -> Escolha da modulação usada (M-QAM,BPSK,QPSK,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).

Bloco Interferer

• Ativar/Desativar interferencia não-linear;
• fci -> Frequência do oscilador de interferência (Hz).

Upconverter and Downconverter

• fc -> Frequência do oscilador (Hz);

Raised cosine filter

• samplesPerSymbol -> Amostras por símbolo;

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.

Quando as simulações, dois analisadores de espectro e um gráfico de dispersão aberta.

O primeiro analisador de espectro mostra o sinal eo sinal de interferência na banda passante. Com a não-linearidade desligado, o espectro do interferente tom cai fora da largura de banda do sinal desejado. Com a não-linearidade cúbico diante, a terceira harmónica da interferência cai na banda do sinal desejado.

O segundo âmbito ilustra o sinal depois de ter sido convertido para baixo para banda base de volta para o receptor, antes da raiz de co-seno levantada filtragem. Observe que, com a não-linearidade, você pode ver o tom de interferência presente com o sinal de banda base.

Clique duas vezes sobre a não-linearidade on / off bloco para alternar a não-linearidade do sinal de interferência. Observar as mudanças que isso tem no espectro recebido, constelação, BER e EVM.

Variando a Eb / No parâmetro, você pode produzir curvas BER, e comparar os resultados do modelo com os resultados teóricos. Observe que o modelo alcança os resultados esperados teóricos [1] para QPSK com a não-linearidade off. Além disso, você pode ver os efeitos não-linearidade tem sobre BER global.

Para experimentação adicional, tente alterar o valor do Eb / No parâmetro no bloco canal AWGN, ou mudando a potência do sinal de interferência. Para alterar a potência do sinal de interferência, abra a interferência com o subsistema Nonlinearity, e modificar o valor do ganho.