60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

Este trabalho visa implementar, testar e validar algoritmos de codificação de canal, equalização e modulação digital para sistemas de comunicação em canais ionosféricos na faixa de HF, utilizando rádios analógicos. A propagação ionosférica em HF apresenta peculiaridades vantajosas no provimento de comunicações autônomas a média e longa distância, particularmente em regiões de difícil acesso, como a Amazônia Legal, e no atendimento de emergências, em áreas ermas, ocasionadas por catástrofes e acidentes, bem como para auxiliar a realização de operações militares. Para o Brasil, país de dimensões continentais e que possui grandes vazios populacionais e de infra-estrutura, as transmissões na faixa de HF ganham importância estratégica. No entanto, os equipamentos atualmente disponíveis para realizar comunicações digitais na faixa de HF são extremamente caros e não levam em conta os aspectos fisiográficos de nosso país, em geral esses equipamentos são importados e desenvolvidos com base em modelos de propagação característicos de países que se situam ao norte da linha do Equador. Assim sendo, ressalta-se a importância do realizar o desenvolvimento científico e tecnológico genuinamente nacional nessa área. Este trabalho apresenta uma modesta contribuição para este desenvolvimento.

METODOLOGIA:

Os trabalhos foram realizados no Laboratório de Comunicações Digitais (LCD) da Seção de Engenharia Elétrica do IME. Nesse laboratório foram disponibilizados recursos computacionais, kits de DSP da Texas Instruments e analisadores de espectro, além de software MATLAB contendo ferramentas (toolboxes) para desenvolvimento em tempo real, tais como Real-Time Workshop e Embedded Target for TI C6000. Inicialmente foi realizado o estudo das técnicas de transmissão digital a serem implementadas. Após esse estudo, foram implementadas em Matlab, e validadas através de simulação de Monte Carlo, as técnicas de modulação BPSK (Binary Phase Shift Keying), 4PSK e 8PSK; um codificador convolucional, baseado no algoritmo de Viterbi; e técnicas de equalização do tipo DFE (Decision Feedback Equalization), cujos coeficientes foram estimados com algoritmos de filtragem adaptativa LMS (Least Mean Square) e RLS (Recursive Least Square). Na seqüência foram desenvolvidos os códigos em Simulink, os quais foram validados comparando os resultados gerados pelo Simulink com os obtidos anteriormente. Por fim, passou-se a fase de implementação no DSP, em que o código em C, que é executado no DSP, foi gerado automaticamente com a utilização das ferramentas do Matlab e do software Code Composer Studio.

RESULTADOS:

O desempenho dos esquemas de equalização foi avaliado através de curvas de aprendizagem e de taxa de erro de bit, sob condição de variação da RSR (razão sinal ruído), considerando canais invariantes no tempo e as modulações BPSK e 4PSK. As curvas geradas pelos algoritmos desenvolvidos em MatLab foram comparadas com as obtidas pelos respectivos algoritmos implementados em Simulink. As técnicas de modulação digital foram implementadas em Simulink, usando Embedded MatLab function que desempenhavam funções de mapeamento das cadeias de bits nas constelações, filtro de transmissão e recepção, inserção e extração da portadora. Os algoritmos implementados foram validados para canais AWGN, mediante comparação de desempenho de simulação de Monte Carlo com resultados analíticos clássicos de desempenho. Em seguida, as estratégias de modulação e de codificação de canal foram avaliadas em MatLab considerando a estrutura de quadros prevista na norma MIL-STD-188-110B, que descreve as formas de onda a serem empregadas na concepção de modems e rádios para comunicação ionosférica na faixa de HF. Nas comparações de desempenho verificou-se que os resultados obtidos por simulação computacional estão coerentes com resultados teóricos, validando assim os algoritmos implementados em Matlab e Simulink.

CONCLUSÕES:

Os estudos teóricos realizados na área de transmissão digital, bem como aqueles relacionados com a plataforma de trabalho adotada neste trabalho permitiu-nos não apenas aprofundar conhecimentos adquiridos nas disciplinas da grade curricular do curso de graduação, como também propiciou a oportunidade de nos depararmos com técnicas novas, além do contato com alunos de outros departamentos do IME e de mestrado do próprio Departamento de Engenharia Elétrica. Nesse sentido o projeto foi muito importante. Foi muito importante também participar de um projeto com viés prático e que visa a prover comunicações particularmente para áreas isoladas e carentes de infra-estrutura, como a região amazônica. Os algoritmos desenvolvidos em Matlab e em Simulink foram validados, quer por comparação com resultados empírico divulgados na literatura especializada, quer através de comparação com resultados analíticos, nos casos em que esses resultados estão disponíveis. O projeto está em andamento, objetivando a realização das seguintes metas: 1) integrar as técnicas de modulação, codificação de canal e equalização em Matlab; 2) implementar técnicas de sincronização de relógio, início de símbolo, fase e freqüência da portadora; 3) embarcar em DSP as técnicas de equalização e de codificação de canal.

Instituição de fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: Equalização Adaptativa, Modulação Digital, Transmissão Digital

E-mail para contato: bittencourt.ime@gmail.com