Comunicaciones Digitales basadas en Radio Definida por Software
Laboratorio 1.2b Modelo de capas, BPSK, Constelaciòn, PSD Presentado por:
José Luis Salamanca Coy y María Teresa Pérez Beltrán
Perteneciente Pertenecient e al grupo: B1B. G9
ESCUELA DE INGENIERIAS ELECTRICA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES – E3T E3T UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER – UIS UIS
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ÍNDICE Objetivos de la práctica Actividad previa Fase I. PSD de dos señales típicas (binaria y ruido blanco) en un ambiente simulado Fase II. Estudio del Scrambling Fase III. Pruebas de BPSK Fase IV. Pruebas de BPSK usando canal de radio frecuencias
Objetivos de la práctica Que el estudiante tenga una experiencia adicional con la PSD, los modelos de capas, usando SDR, con el ingrediente adicional de tener que: ● Obtener la PSD de una señal binaria bipolar aleatoria ● crear por sus propios medios un modulador BPSK ● Obtener la PSD de una señal BPSK, entendiendo còmo es eso de tener que adaptar la señal al canal antes de entregarla al USRP
Actividad previa El estudiante ya debe haber realizado la tarea previa para este laboratorio Actualice las librerías del GRC usando el siguiente enlace: ● Manual de manuales para cualquier instalación que usted requiera, acceso a máquinas virtuales, a manuales de programación y demás materiales del profesor ● Baje los materiales del laboratorio en este enlace: Lab 1.2 ● Revise el vídeo sobre el flujograma a usar
Fase I. PSD de dos señales típicas (binaria y ruido blanco) en un ambiente simulado Propósito: Comprobar cómo se implementa la PSD en la pŕactica y conoces la PSD de una señal binaria
aleatoria es uno de los grandes fines de esta práctica.
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Parte 1 señal binaria. Procedimiento: ● Se usará el flujograma: PSD_experiment.grc ● Configure la rata de bits Rb en el flujograma. ● Lea en el medidor del flujograma la potencia promedio P de la señal y calcule PTb=P/Rb ● Puede usar el ancho de banda bandabase BW que tiene el flujograma o cambiarlo. Solo tenga en cuenta que este está en relación con el ancho de banda pasobandas así: BW=B/2. A su vez, B coincide con el valor de la frecuencia de muestreo de la señal, esto debido al Teorema de Nyquist. ● Haga esto para diferentes valores de Sps (muestras por símbolo, que en este caso son muestras por bit) ● Saque conclusiones sobre cómo se afecta la PSD con cada uno de estos parámetros Sps=8 Parámetros Rb= 2kbps PTb= 500u BW= 16kHz N_Lob_p_B=5
Gràfica de la PSD de señal binaria bipolar aleatoria
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Rb= 4kbps PTb=250u BW=32kHz N_Lob_p_B=5
Rb= 8kbps PTb=125u BW=64 kHz N_Lob_p_B=5
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Sps=4 Rb= 2kbps PTb=500u BW=8kHz N_Lob_p_B=3
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Rb= 4kbps PTb=250u BW=16kHz N_Lob_p_B=3
Rb= 8kbps PTb=125u BW=32kHz N_Lob_p_B=3
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CONCLUSIONES Segùn lo aprendido, explique còmo configurarìa el flujograma para obtener la PSD de una señal binaria si tiene una rata de bits de 128 kbps, desea ver la PSD solo en un ancho de banda B=256 kHz, con una resoluciòn de 2 kHz
Parte 2. Señal de ruido blanco. Efecto del muestreo sobre el espectro SEÑALES A COMPARAR señal senoidal Paràmetros usados: frecuencia: 1kHz Amplitud: 1 muestreo: 256kHz Potencia promedio:0.5 Valor RMS:0.707
GRÁFICA DE LA PSD
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señal de ruido blanco No:-40 dB muestreo:256kHz Potencia promedio:1.007 Valor RMS:1.09
señal de ruido blanco con otro valor de No No:-45.8 dB Potencia promedio:0.5 Valor RMS:0.49
señal binaria periòdica Parámetros usados: Rb:128k muestreo:256kHz amplitud: 1
CONCLUSIONES Explique en què medida, los resultados obtenidos coinciden con la pràctica
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Fase II. Estudio del Scrambling Propósito: Conocer la diferencia entre usar y no usar scrambling Procedimiento: ● Con gnuradio abra y corra el flujograma Labuis_PCM.grc ● Analice si la PSD de la señal que produce el modulador PCM corresponde a la PSD esperada para este tipo de señal, que se supone que es binaria aleatoria. ● abra ahora el flujograma Labuis_PCM_Scrambling.grc, el cual incluye la capa de scrambling. Para entender lo que significa el scrambling abra el bloque b_scrambling_ff haciendo click derecho sobre él/more/open hier ● Dependiendo de las gráficas que necesite observar, active o desactive parte de la instrumentación que aparece en el flujograma para no esforzar el computador y prevenir así que vuelva demasiado lento o se bloquee. ● Analice si el scrambling corrige el problema logrando que ahora la PSD tenga la forma esperada para este tipo de señal, que es una señal binaria aleatoria bipolar ● Finalmente, deberá experimentar con retardos en el canal. Abra el bloque Delay y el de b_scrambling para que observe cuales son las variables que pueden ser usadas para regular el retardo del canal y la corrección que puede ser introducida. Frecuencia de muestreo en cada uno de los instrumentos de visualización es 176k
la frecuencia de muestreo es la misma que la rata de bits pues se necesita una muestra por bit para recuperar toda la información, de muestrear a una frecuencia de muestreo menor que la rata de bits no se podrá recuperar la información.
Sin usar scrambling
usando scrambling
Gráfica de la PSD
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Sin usar scrambling
usando scrambling
Gráfica comparativa de los bits emitido en la capa PCM con los recibidos para determinar si el scrambling no hace que en esta capa los bits recibidos sean diferentes a los enviados
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con scrambing cuando el canal introduce un retardo
cuando se se produce un retardo de tiempo en el el canal. Para ello cambie el valor de Retardo_De_Canal para que se mayor a cero
Cuando el mismo retardo se introduce en el scrambler del receptor. Cambie el valor Retardo_Scrambling para que sea igual a Retardo_De_Canal
CONCLUSIONES ● Explique qué utilidad puede tener el scrambling de acuerdo a la experiencia ● Explique de qué manera es posible revertir el proceso de scrambling ● Explique si es posible revertir el proceso de scrambling cuando el canal produce un retardo en la señal
Fase III. Pruebas de BPSK Propósito: Comprobación de la modulación y demodulación BPSK que pensamos emitir usando el espectro radioeléctrico.
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Procedimiento: ● Se usa el flujograma: Labuis_PCM_Scrambling_Modulacion_Precal.grc ● Active la instrumentación que requiera de acuerdo a la pregunta Capture una imagen del modulador BPSK banda base y explíquelo
explicación:
Capture una imagen del demodulador BPSK banda base y explíquelo
explicación:
Capture imágenes de constelación en la capa 4 que demuestran que el proceso de modulación/demodulación funciona, aún cuando la señal llegue con ruido
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explicación: mientras la separación entre los puntos se encuentren lo suficientemente separados de -1 a 1 indica que hay una óptima recepción por lo tanto se puede observar que se está recibiendo bien la señal trasmitida a pesar de la presencia de ruido
CONCLUSIONES: ● Explique porqué, la frecuencia de muestreo en el bloque QT GUI b_PSD_VRM_2ways conectado a T6 es diferente al conectado en T0.1 y ambos son diferentes al conectado en el punto T8? esto es debido al bloque “zeroh2_cc” ya que este bloque me toma una muestr a y la mantiene
4 muestras por tanto se debe usar una frecuencia de muestreo 4 veces más alta. ●
Cual es el procedimiento a usar para obtener la señal emitida, cuando la recibida llega afectada por ruido en el canal?
se usa el bloque “decisor_ff” que toma el valor real del demodulador y lo aproxima a 1 o -1
dependiendo de cuál está más cercano con el fin de recuperar la informacion trasmitida.
Fase IV. Pruebas de BPSK usando canal de radio frecuencias Propósito: Que el estudiante refuerce el proceso de preparar la señal modulada para ser entregada al
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USRP, sobre todo cuando lo que va a emitir es una modulación tipo BPSK y lo que implica recibirla Procedimiento: ● ● ●
Use el flujograma: Labuis_PCM_Scrambling_Modulacion_Precal_USRP.grc Conecte el USRP Emisión de BPSK usando el espectro radioeléctrico.
Capture la señal BPSK que llega al receptor en el tiempo
Capture la señal BPSK que llega al receptor en constelación
Capture la señal BPSK que en el transmisor en espectro
Capture la señal BPSK que llega al receptor en espectro
Escriba abajo los parámetros con valores predeterminados en el flujograma y las fórmulas para calcular los demás parámetros a partir de los dados Nombre del parámetro
Valor
samp_rate_audio
22000
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samp_rate_usrp_rx
781.21k
samp_rate_usrp_tx Krx Ktx NbpS Vp Ensayos N Rs Sps Fc Escriba abajo las fórmulas para calcular los parámetros que no tienen valores predeterminados en el flujograma Nombre del parámetro
Fórmula para el cálculo y valor
Krx_d
samp_rate_usrp_rx/samp_rate_d = 142.045
Ktx_d
samp_rate_usrp_tx/samp_rate_d = 568.182
samp_rate_d
Rs*Sps = 704k
NnivelesQ
math.pow(2,NbpS) = 256
Tmax_scope
16./samp_rate_audio = 727.273u
CONCLUSION ● Explique porqué es diferente el ancho de la PSD en el punto R0.3 que en T0.1 esto es debido a que se hace un remuestreo con el bloque “rational resampler” por tanto
también se modifica el ancho de banda para lograr ver toda la señal que es enviada en la recepción.