Este trabalho apresenta implementações, análises de desempenho e comparações de técnicas de sincronismo de símbolo em sistemas de telecomunicações, utilizando a plataforma de software livre GNU Octave.
- Gabriel Cozer Cantu, Estudante de Engenharia de Telecomunicações (Linkedin);
- Roberto Wanderley da Nóbrega, Professor do Instituto Federal de Santa Catarina (Lattes).
Análise de desempenho de Técnicas de Sincronismo de Símbolo, em sistemas de Telecomunicações.
O sincronismo, em seus diversos aspectos, é fundamental para o correto funcionamento de qualquer sistema de comunicação de dados. O problema do sincronismo consiste em obter no receptor uma réplica do relógio utilizado no transmissor. Em outras palavras, o receptor deve ser capaz de estimar adequadamente o início e o final de cada símbolo.
A necessidade da utilização de sincronizadores de símbolo se dá por um fator de fundamental importância em uma comunicação: o meio de transmissão. Devido às caracteristicas térmicas e imperfeições do tipo de conexão entre extremos, o meio de transmissão adiciona um ruído branco gaussiano e atrasos imprevisíveis ao sinal transmitido. Para que os efeitos adicionados no sinal sejam minimizados, é necessário um processo de filtragem através de um filtro casado, e em seguida, o sinal é passado por uma técnica de sincronismo, para que o receptor consiga identificar o mesmo sinal emitido pelo transmissor.
Apesar da importância de sincronizadores em sistemas de comunicações, uma das ferramentas mais populares para a implementação de SDR, o GNU Radio, contém apenas um sincronizador implementado em sua biblioteca de funções, o sincronizador Mueller & Muller. Sendo assim, foram implementados os demais algoritmos de sincronismo de símbolo presentes na literatura, primeiramente em GNU Octave, onde se obtem um ambiente mais controlado para testes, e posteriormente na plataforma GNU Radio.
Com uma série de sincronizadores disponíveis para a utilização em sistemas de comunicação, qual deles é o mais indicado a ser utilizado em um determinado cenário? Com o auxílio da ferramenta GNU Octave, o presente trabalho visa responder esta pergunta. Os sincronizadores serão testados em diferentes cenários, onde parâmetros como por exemplo o tipo de modulação empregada, o modelo de canal de transmissão, a quantidade de amostras por símbolos e parâmetros internos dos sincronizadores serão variados, e uma análise de desempenho será realizada, afim de obter o melhor sincronizador para diferentes casos de uso.
- Desenvolvimento de uma biblioteca de funções de sincronismo de símbolo na plataforma GNU Octave, semelhante a biblioteca já existe na plataforma Matlab, o
comm.SymbolSynchronizer; - Análise e comparações dos sincronizadores de símbolo em diferentes cenários de comunicação, utilizando a biblioteca previamente desenvolvida;
- Submissão de um Patch no GNU Radio, onde todos os sincronizadores desenvolvidos serão submetidos, juntamente com recomendações de parâmetros para a utilização de cenários de rádio definido por software.
Para atingir todos os objetivos previamente traçados, uma base teórica é fundamental para qualquer projeto que será desenvolvido. A Estrutura da fundamentação teórica deste projeto visa abordar desde os princípios básicos de comunicações digitais e a importância de sincronizadores, até as plataformas em que os mesmos serão implementados no decorrer do trabalho. Os principais tópicos da Estrutura da Fundamentação Teórica são:
- Problemática do Sincronismo de símbolo: O que é, e porque o sincronismo é uma parte fundamental de qualquer sistema de comunicação digital;
- Principais algoritmos:
- Zero Crossing;
- Gardner;
- Early-Late;
- Mueller & Muller;
- Utilização da plataforma GNU Octave: Qual a motivação da utilização desta plataforma;
- Utilização da plataforma GNU Radio: De volta ao princípio do projeto. Porque iremos trabalhar em duas plataformas distintas.
Para a realização das análises propostas por este projeto, é necessário a configuração de um ambiente de trabalho.
- Caso você não possua a plataforma GNU Octave instalada em sua máquina, ela pode ser instalada diretamente do Site Oficial, onde uma versão mais recente é instalada. Caso você já possua o GNU Octave, verifique a versão do mesmo, pois recomendamos a utilização de uma versão mais recente da plataforma.
- Além da plataforma, o projeto faz o uso de pacotes extras do GNU Octave, disponibilizados pelo Octave Forge (mais informações podem ser encontradas aqui). Os pacotes que devem ser instalados são: