laboratorio1

Profesor: Antonio Ricardo González Torres [email protected] Materia: Comunicaciones Ópticas y Móviles PRACTICA 1. 1. MANEJO BÁSICO DEL SIMULADOR WINIQSIM. El simulador WINIQSIM, es un programa que permite construir y simular los diferentes sistemas de comunicación digital, la ventana de trabajo principal corresponde a:

El proceso de simulación inicia con “Data source” y “Modulation “ Modulation Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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setting”, los cuales deben ser ajustados según el sistema que quera ser simulado, luego de lo cual se disponen de una serie de módulos opcionales en los cuales se adicionan características al sistema que se ésta simulando. Como posibles entradas al sistema se tienen las siguientes opciones: 1.

Solo ceros

2.

Solo unos

3.

Fuente de datos aleatoria PBRS (Probabilistic Bits Rate Source)

4.

Una secuencia de datos dada por el usuario.

5.

Un archivo donde se encuentran los datos a ser enviados.

Entre las opciones de modulación se encuentran las más usadas, adicionalmente, según el tipo de modulación seleccionado, el simulador habilita las codificaciones de bit que se pueden utilizar, por último, es posible adicionar a la modulación un filtro con enventanado. Hay que tener en cuenta que el modulador funciona con una determinada longitud de bits, la cual debe ser ajustada para que se cubra todo el set de datos. Es recomendable que velocidad de símbolos no supere las decenas de Mhz. La salida del sistema desarrollado, se puede observar por medio de un graficado.

Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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Actividades. 1.

Investigue y realice un cuadro con los diferentes tipos de modulación.

2.

¿Cuál es el tipo de modulación que por sus características está más cerca de representar el que se utiliza en GSM?

3.

Cree una secuencia de bits que corresponda al número de su cedula y muestre en una gráfica los primeros 10 bits modulados en BPSK, 16QAM, 2FSK Y MSK.

4.

Investigar que es l diagrama de ojo y como se interpreta.

5.

Grafique un diagrama con tres ojos para una secuencia de 1000 bits con modulación MSK y QAM, Analizando y comparando los dos diagramas.

2.

PRÁCTICA GSM CON EL SIMULADOR WINIQSIM.

En esta práctica se pretende mostrar, mediante algunos ejemplos prácticos, el modo en que se pueden crear tramas GSM a partir de una información real o ficticia, empleando el software de simulación WinIQSIM de Rhode&Schwarz.

2.1. CONSTRUCCIÓN DE UNA TRAMA NORMAL (NB) GSM. En primer lugar, vamos a empezar por recordar el formato y el número de bits de que consta cada uno de los cinco tipos de ráfagas (slot s) que forman las tramas que utiliza GSM:

Ráfaga normal (Normal B urst NB ): 0

NB

2 3

(3)

60 61

86 87

57+1(Flag)

Bits de cabece ra

Bits de informaci ón

144 145 147 148

(26)

57+1(Flag)

(3)

Secuencia de


Bits de cola

entrenamie

156.25

(8.25) Periodo de guarda

nto

Ráfaga de acceso (Access Burst AB ): 0

AB

7 8

(8)

48 49

(41)

84 85 87 88

(36)


(3)

156.25

(68.25)

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Bits de cabecera extendidos

Secuencia de sincronizació n



Bits de cola

Periodo de guarda extendido

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Ráfaga de sincronización (Synchronization Burst SB ): 0

41 42

2 3

SB

(3)

105 106

(39)

Bits de cabece ra


(64)

144 145 147 148

(39)

Secuencia de entrenamiento extendido

(3)


Bits de cola

156.25


Ráfaga de corrección de fr ecuencia (F recuency Correctión F B): 0

FB

2 3

144 145 147 148

(3) Bits de cabecer a

(142)

(3)

Secuencia de corrección de frecuencia

Bits de cola

156.25


Ráfaga de relleno (Dummy Burst DB): 0

DB

2 3

(3) Bits de cabece ra

60 61

58 Bits de relleno (inválidos )

86 87

(26)

144 145 147 148

58

Secuencia de

Bits de relleno

entrenamie

(inválidos)

(3) Bits de cola

156.25


nto

2.2. CREACIÓN Y EDICIÓN DE LOS CAMPOS. Para dar inicio a la creación de la trama se ingresa al Data Editor que está en el menú Data,


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Figura 1. Panel principal del editor de datos.

Primero se crean los campos con los que se va a componer las diferentes ráfagas que se piensen implementar, un campo puede encontrarse en varios Slots, se inicia al pulsr Data Field del panel. La ráfaga ormal cuenta con varios campos, se empieza con el campo TB (Tail Bits) que delimita las ráfagas. Para las ráfagas normales y las de corrección de frecuencia siempre vale 000, pero en el resto de ráfagas no tiene por qué tomar este valor por este motivo se deberían tener tres campos TB (Tail Bits), TB1, TB2 y TB3.   

TB1 de tres bits, para las ráfagas normales y de corrección de frecuencia, de valor 000. TB2 para otras ráfagas, generado aleatoriamente con el programa. TB3 para la cabecera de las ráfagas de acceso.

Para TB1 se llenan los campos con la siguiente información: el nombre del campo es TB1, la longitud del campo será de 3 bits, la información será todo 0 y en la descripción ‘Tail Bits NB’. Sé asigna un color para este campo, por ejemplo, en rojo. Para TB2: el nombre del campo corresponde a TB2, la longitud del campo es de 3 bits, la información se generará a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9 y se añadeen la descripción ‘Aleatory Tail Bits’, y un color diferente para este campo. Los otros campos que sé tienen que crear de la mi sma forma: 







TB3 serán los bits de cabecera de las ráfagas de acceso, de 8 bits, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9. DC58 serán los datos cifrados de las ráfagas normales, de 58 bits, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 15. DC39 serán los datos cifrados de las ráfagas de sincronización, de 39 bits, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 11. DC36 serán los datos cifrados de las ráfagas de acceso, de 39 bits, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9.


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Figura 2. Configuración de los campos de datos cifrados.











TS26 será la secuencia de entrenamiento de las ráfagas normales, de 26 bits, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 11. TS64 será la secuencia de entrenamiento de las ráfagas de sincronización, de 64 bits, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9. BF1 serán los 142 bits fijos que aparecen en las ráfagas de corrección de frecuencia y todos ellos toman el valor 0, al igual que sus respectivas cabeceras. BF2 serán los 142 bits fijos de las ráfagas de relleno, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 11. SYNC serán los 41 bits de sincronización de la ráfaga de acceso, generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 16.

Figura 3. Configuración del resto de los campos.

Ya terminado de introducir todos los campos que se necesitan. Se guarda el archivo pulsando OK , después Close en el panel principal del editor y en data set output file, se guarda el Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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archivo con la información generada.

Figura 4. Guardando los cambios en un fichero.

2.3. EDICIÓN DE LOS SLOTS DE LAS TRAMAS. El botón Slot crear o editar los diferentes slots que formarán las tramas. Se empieza por construir la ráfaga normal, en la ventana Slot Pool pulsar el botón New y añadir la siguiente información: El nombre del slot será NB En info escribir ‘Normal’ y un color. A continuación, la longitud en bits se determina añadiendo con el botón Append los campos correspondientes a la ráfaga normal, que obtenemos de la lista que aparece en el lado derecho del panel, donde se encuentran todos los campos que se han creado anteriormente. Si está bien hecho, la longitud del slot será de 148 bits:

Figura 5. Construcción de una ráfaga normal.

De la misma manera se construye el resto de ráfagas de GSM, siendo éste el resultado:


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Nombre Color

Longitud (bits)

NB

148

FB

148

SB

148

DB

148

AB

88

Aspecto

Ahora ya se está en disposición de construir una trama GSM.

1.3.- CONSTRUCCIÓN DE LA TRAMA. Una trama GSM está formada por 8 slots temporales, numerados de 0 a 7, tal como se muestra en la siguiente figura: 0

1

2

3

4

5

6

7

Figura 6. Formato de la trama GSM.

Una trama puede contener cualquiera de los tipos de ráfagas que hemos visto anteriormente. En este ejemplo se va a crear una trama que contenga, en este orden: una ráfaga de acceso una ráfaga de sincronización cuatro ráfagas normales una ráfaga de corrección de frecuencia y una ráfaga de relleno Para ello en el panel principal del editor de datos y sobre el botón Frame. Se abre la ventana desde la cual se pueden seleccionar los ocho slots que compondrán la trama GSM. Se insertan los slots temporales con el botón Append hasta llegar al siguiente resultado.     

Figura 7. Construcción de una trama GSM.


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3.

CONSTRUCCIÓN DE UNA TRAMA GSM ESTÁNDAR.

La trama generada anteriormente no es una auténtica trama GSM; en la práctica, los slots temporales están separados durante unos pocos microsegundos: son los periodos de guarda, que no se han tenido en cuenta hasta ahora. Una forma de tener en consideración este aspecto consiste en insertar unos periodos de guarda artificiales (creados con el programa) y definir unas rampas de potencia. A continuación, se muestra una trama GSM auténtica:

Figura 8. Forma de onda de una trama GSM.

Esta trama podría modelarse en una primera aproximación con la estructura que se muestra en la figura siguiente y definiendo las rampas de potencia indicadas debajo de la misma:

Figura 9. Posible modelización de una trama GSM real.

Estos periodos de guarda son introducidos por el transmisor después de cada ráfaga. Su duración es de 8,25 periodos de bit para todas las ráfagas excepto para las ráfagas de acceso, cuya duración se extiende hasta los 68,25 periodos de bit. Sin embargo, WinIQSIM tiene algunas limitaciones en este aspecto. Por ejemplo, el programa no permite crear campos con un número no entero de bits (no se podría crear un periodo de guarda de 8,25 bits: sería de 8 o de 9 bits). Por otra parte, el programa no permite definir el comienzo y el final de las rampas de potencia en posiciones no enteras de periodos de bit (aunque el periodo de guarda sea de 9 bits, no se puede situar el final de la rampa de potencia en la posición 8,25). Por estas razones no se va a poder modelar correctamente nuestras tramas GSM, pero es posible poder aproximar lo simulando con unos periodos de guarda de 8 bits (o de 68 bits, en el caso de las ráfagas de acceso), asumiendo la desincronización que esta restricción supone.

NOTA: Con el objeto de minimizar la desincronización del sistema, se puede considerar la Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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posibilidad de introducir un periodo de guarda de 9 bits por cada tres periodos de guarda de 8 bits. Lo primero que se será crear los periodos de guarda. y crearlos de 8 y 9 bits (correspondientes a 8,25 bits) y de 68 bits (correspondiente a 68,25 bits). Aunque no son datos, se crean de la misma manera que un campo de datos, desde el editor de WinIQSIM. La información que contengan los periodos de guarda al crearlos como campos de datos es irrelevante, ya que después se va a anular con las rampas de potencia en OFF, así que los podemos poner todo a 0, tal como se muestra en la siguiente figura:

Figura 10. Configuración de los periodos de guarda como campos de datos.

A continuación, se puede proceder de dos formas: modificando todos los slots creados añadiendo su periodo de guarda correspondiente o bien crear nuevos slots que contengan sólo los periodos de guarda. La segunda opción es más sencilla y requiere menos tiempo, de manera que desde el panel Configure Slots se definen estos periodos de guarda como slots de sólo un campo (GP8 o GP68), tal como se muestra a continuación:

Figura 11. Configuración de los periodos de guarda como slots temporales. Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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Lo siguiente es construir la trama GSM teniendo en cuenta los periodos de guarda creados. Para ello, con ayuda del botón Insert , insertamos un GP68 tras la ráfaga de acceso, un GP8 tras las dos ráfagas siguientes, un GP9 tras la siguiente ráfaga, un GP8 tras las 3 ráfagas siguientes y, con el botón Append, un GP9 al final:

Figura 12. Construcción de la trama GSM con sus periodos de guarda.

3.1. DEFINICIÓN DE LAS RAMPAS DE POTENCIA. Ahora se definen las rampas de potencia para cada uno de los slots que conforman la trama GSM creada. En primer lugar, al panel editor de datos y se pulsa sobre el botón Power Ramping Settings para configurar las características de la rampa que se van a aplicar. 

Elegir una rampa de tipo coseno cuadrado, con una duración de 1 periodo de bit y los niveles ON y OFF serán de 0 dB y – 80 dB respectivamente

Figura 13. Configuración de la rampa de potencia.


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A continuación, se define el comienzo y el final de las rampas de potencia para cada uno de los slots que forman la trama. En el panel de configuración de los slots y se hace uso del botón Mrk+Pwrp para cada ráfaga: Para las ráfagas normales, se selecciona el slot NB en el panel Configure Slots y se pulsa el botón Mkr+Pwrp . Se elige una rampa de subida y bajada y se sitúa el comienzo y el fin de la misma en los bits 0 y 147, con el objeto de que todos sus bits estén en ON. Esta configuración se muestra en la siguiente figura: 

Figura 14. Configuración de las rampas de potencia de la ráfaga normal.

Para todas las demás ráfagas, se repite la misma configuración, seleccionando una rampa de subida y bajada y situando el comienzo y el fin de la misma en los bits primero y último, con el objeto de que todos sus bits estén en ON. 

Para los tres periodos de guarda creados como slots, se repite los pasos anteriores pero esta vez eligiendo All down de los tipos de rampas de potencia disponibles, con el objeto de que todos los bits de los periodos de guarda estén en OFF. De esta forma se modela la ausencia de transmisión de información durante un número de periodos de bit (8, 9 o 68). Esta configuración se muestra en la figura siguiente: 


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Figura 15. Configuración de las rampas de potencia de los periodos de guarda.

Se va al editor de tramas y se activa el Power Ramping para ver que efectivamente se ha conseguido tener las guardas: la información se transmitirá separada por los periodos de ausencia de señal tal como está definido:

Figura 16. Visualización de las rampas de potencia en la trama GSM. Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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3.2. VISUALIZACIÓN DE LA TRAMA. Para completar este estudio, Se va a visualizar la trama en el dominio del tiempo. Primero hay que calcular y guardar la secuencia, por ejemplo, en un archivo que se llame Laboratorio2.dbi, para diferenciarlo del Laboratorio1.dbi que ya está creado anteriormente. Esta vez se define el tamaño de la ventana de 1250 periodos de bit en data source:

Figura 17. Data Source.

. La representación gráfica que se obtiene es la siguiente:

Figura 18. Representación temporal de la t rama GSM.

Esta trama sí se parece a una trama GSM real (ver Figura). En ella ya pueden apreciarse los periodos de guarda entre una ráfaga y la siguiente. En concreto, el que mejor se distingue es el periodo de guarda de la ráfaga de acceso (primera), que dura 68 periodos de bit. También puede diferenciarse a simple vista la ráfaga de sincronización de frecuencia (penúltima), que se presenta como un tono sin modular debido a que todos sus bits son 0. Se puede hacer un Práctica1 Manejo básico del simulador WINIQSIM

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zoom para cada una de las ráfagas y apreciar mejor los periodos de guarda:

Figura 18. Zoom sobre la primera ráfaga normal.

Actividades - Realice el montaje de Todas las tramas. - Crear los gráficos de señal de cada uno de ellos. - Crear los diagramas de ojo.


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