ANALISIS DE SISTEMAS DE COMUNICACIÓN CON MATLAB.

ANALISIS DE SISTEMAS DE COMUNICACIÓN CON MATLAB

Comunicación Digital

Luis Fernando Contreras Valencia

Estudiante

Universidad Militar Nueva Granada

Bogotá, Colombia

U1401076@unimilitar.edu.co

Alejandro Neira Martínez

Estudiante

Universidad Militar Nueva Granada

Bogotá, Colombia

U1400913@unimilitar.edu.co

     Abstract— En este documento se muestra a través de Matlab mediante la extensión Simulink la modulación BPSK, 8-QAM y 16-QAM codificados y decodificados este proceso se realiza mediante la inserción de bloques entre ellos se encuentran el generador binario Bernulli, el codificador y decodificador Hamming, los moduladores y demoduladores BPSK, 8-QAM y 16-QAM, los bloques de constelaciones AWGN entre otros, al realizar la codificación de la construcción de los diagramas de bloques se observara mediante un bloque llamado DISPLAY el resultado de los del total de errores, es total de símbolos y el BER (Bit Error Rate) el cual indica el número de bits erróneos por cada bit enviado.              

Palabras Clave—Modulación, Demodulación, Codificación, Decodificación, Diagrama de bloques, Simulink.

1. INTRODUCCIÓN

  Con ayuda del software Matlab y la aplicación Simulink se simulara la modulación BPSK con codificación tipo Hamming y sin codificación, además se tabularan los parámetros BER (Bit Error Rate), total de errores y total de símbolos variando SNR (Signal to noise ratio) para cada sistema digital. Adicionalmente se obtendrá el respectivo diagrama de constelación de los sistemas con y sin codificación, para realizar este proceso se trataran temas basados en modulación y codificación, diagramas de constelaciones, ganancias de codificación, y análisis de parámetros de error, todo esto abarcando las técnicas de modulación, demodulación, codificación y decodificación.  

1. OBJETIVOS

• Analizar el efecto de las modulaciones sobre una transmisión digital.
• Recordar el concepto de codificación de canal y analizar el uso de la etapa de codificación en un sistema digital.

1. Marco teórico

Según la guía de conceptos básicos de comunicaciones digitales realizada por David A. Arevalo y Edisson E. Gonzales.

Modulación BPSK

     (BPSK) transmisión por Desplazamiento de fase binaria, es una forma de modulación de onda cuadrada con una portadora suprimida con una señal con onda continua, esta se encarga de obtener para una sola frecuencia portadora dos fases de salida binaria, estas fases de salida representan un 1 lógico y un 0 lógico dependiendo el cambio de estado de la señal de entrada, el desplazamiento de la fase de la portadora de salida se oscila entre dos ángulos que se encuentran 180° fuera de la fase. [1]

Modulación QAM

     (QAM) modulación de amplitud en cuadratura es una clase de codificación M-ario donde M según el tipo de codificación, QAM se caracteriza por que en su forma de modulación la información de la señal portadora transmitida está contenida en la fase y en la amplitud de la señal portadora transmitida, los tipos de codificación QAM son los siguientes:

8-QAM: En 8-QAM la división de los datos se presenta en 3 bits o bien llamado (Tribit), dos de estos bits varían la fase de la portadora y el tercero varia la amplitud, a partir de esto la señal moduladora contiene 2 amplitudes y 4 fases para un total de 8 estados diferentes. [1]

16-QAM: En 16-QAM la división de los datos se presenta en 4 grupos de bits o bien llamado (cuadribits), en este tipo de modulación se toman 16 estados diferentes con 163 posibles combinaciones las cuales hacen variar hacen la amplitud y la fase de la portadora. [1]

M-QAM: M-QAM es utilizado en la actualidad para manejar y estudiar constelaciones de un aproximado de 512 puntos de modulación a partir de una división de datos de 9 bits. [1]

Desarrollo de preguntas trabajo complementario:

¿Qué tipos de codificadores de canal existen, como se clasifican? Defina: Códigos de bloque, distancia mínima de código, códigos cíclicos y códigos polinomios.

Según Erika Sarria profesora de la universidad de buenaventura-Cali-Colombia.

Los tipo de codificación del canal son la codificación de la forma de onda donde se transforma la onda para el proceso de detección de errores y las secuencias estructuradas donde se transforman las secuencias de datos mediante los bits redundantes. [2]

• Códigos de bloque: los códigos de bloque están asociados a los bloques de información donde los datos se dividen en bloques de k-bits, estos bloques son transformados por el codificador  en bloques más grandes de n-bits. [2]

Según Álvaro Humberto Cisneros Rosero y Daniel Sepúlveda Núñez de la facultad de ingeniería de la universidad Distrital Francisco José de Caldas.

• Distancia mínima de códigos: esta distancia mínima de código se refiera a la distancia de un código para permitir la corrección de las líneas de datos, está dado por la ecuación (1).

[pic 1]

                                                                                               (1)

Donde Dm es la distancia mínima y X se refiere a las                                                                                           líneas de datos. [3]

• Códigos Cíclicos: Según Sofía Martin Gonzales del departamento de señales y comunicaciones los códigos cíclicos son un tipo de código de bloque que se caracteriza por el desplazamiento cíclico de una palabra de código cuyo resultado es otra palabra de código, este código puede ser calculado mediante su registro de desplazamiento y pude ser implementados a partir de dichos registros con retroalimentación. [4]

• Códigos Polinomios: Según la definición de Vicente Ernesto Sánchez Peña El código polinomio se encarga de detectar cualquier error de longitud menor o igual a la longitud del polinomio. [5]

¿Cómo funcionan los códigos Hamming y los códigos Convolucionales? Consulte varias fuentes para resolver esta pregunta, busque ejemplos.

Según el desarrolador de software Miguel Ber.

El codigo Hamming se encarga de detectar errores con un control de paridad que trabja en secuancias de bit, el codigo hamming contiene insertado un bit de control de secuancia el cual indica si la suma de bits es par o impar. [6]

   ¿Qué es la ganancia de Codificación? Halle la ganancia de codificación para los ejercicios desarrollados en la práctica.

La ganancia de codificación es la que nos indica el valor en (dB) adicionales que hemos ganado con la codificación del canal y con una tasa de error, estos (dB) adicionales se refieren al ruido tolerable para tener una tasa de error igual mediante la disminución de la potencia. Los valores de ganancia se hallan en el punto f a partir de la FIGURA.4. [7]

procedimiento y Analisis de resultados

Modulación BPSK con y sin codificación  

     Inicialmente se construye el siguiente diagrama de bloques mostrado en la FIGURA.1 el cual está constituido inicialmente por el bloque “Bernoulli Binari Generator”, cual genera números binarios aleatorios. Este bloque se comparte para los dos sistemas, con y sin codificación.

 La línea que se conecta al sistema con codificación entra en el bloque “Hamming encoder”, indicándonos el tipo de codificación que se va usar, este bloque se usa para detectar y corregir errores, luego la señal digital entrar al modulador BPSK (desplazamiento de fase binaria o Binari Phase Shift keying) saliendo una señal de banda base, que  va conectado al bloque “AWGN channel”, el cual añade ruido gaussiano blanco a la señal que pasa por él. Posteriormente pasa por el demodulador BPSK y por el respectivo bloque decodificador “Hamming Decoder” para poder entrar al bloque “Error Rate Calculation” el cual compara los valores de entrada de un transmisor (Tx) con los datos de entrada de un receptor (Rx) y de esta manera calcular la tasa de error. Para poder visualizar estos datos es necesario conectar a la salida un display como se muestra en el recuadro rojo de la FIGURA.1.

En el caso del sistema sin codificación se usan los mismos bloques, pero omitiendo el bloque de codificación y decodificación Hamming como se muetsra en el recuadro azul de la FIGURA.1.

[pic 2]

Figura. 1. Modulación BPSK con y sin codificación.

Configuración de bloques

Los parámetros que no estén mencionados, se les deja el valor que tengan como defecto.

Bernoulli Binary Generator: Generador de datos binarios.

Initial seed: 12345.

Sample time: 0.001.

Frame-based en outputs: ON.

Samples per frame: 4.

Output data type: uint8

...