O simulador implementado neste projeto é composto de uma janela principal onde são exibidos todos os controles, gráficos e informações pertinentes a simulação. Existem duas versões uma com o diagrama de olho implementado e outra sem o diagrama de olho.

A tela principal do simulador é composta dos seguintes elementos:

• Um combobox de seleção do tipo de modulação utilizado (só esta implementado a modulação OFDM);
• Um combobox de seleção constelação enviada no OFDM (QPSK, 16-QAM e 64-QAM);
• Dois displays mostrando a pseudo random binary sequence de transmissor e receptor;
• Um botão parar a transmissão;
• Um checkbox de seleção se o frame será transmitido no formato jpeg ou bitmap (sem compressão);
• Se o frame for no formato jpeg pode-se alterar a sua compressão alterando seu valor de quantização (Q Factor);
• A imagem enviada e recebida no receptor com seus respectivos tamanhos em bytes;
• O sinal OFDM e seu espectro;
• A constelação do sinal transmitido;
• A amplitude do ruído (selecionável);
• Displays mostrando o E_b/N_0, SNR e BER (bit error rate);
• Contador de bits errados;
• Se for a versão que usa o diagrama de olho este é mostrado;

• Listbox de seleção do tipo de canal a ser simulado.

Nesta simulação foi implementada a transmissão de um stream de bits pela modulação OFDM tendo como referencia principal a especificação adotada no padrão DVB-T. Com o objetivo de visualizar os resultados foi implementada a transmissão de uma imagem jpeg ou bitmap.

Para modelar o canal foi utilizada uma equalização baseada em um grupo de portadoras piloto dispersas não uniformemente pelas portadoras do OFDM. A posição destas portadoras piloto foi seguindo a especificação do documento EN 300 744 V1.2.1 (Digital Video Broadcasting – Framing structure, chanel coding and modulation for digital terrestrial television) do ETSI.

Estas portadoras piloto são as de número:

A equalização foi feita por interpolação das portadoras piloto. Durante a implementação do simulador foi observado que se o posicionamento das portadoras fosse de espaços iguais, o sinal OFDM gerado teria diversos picos de sinal. Estes picos de sinal deveria se devido a espécies de batimentos de onda devido ao mesmo espaçamento por entre as portadoras piloto. Estes picos são ruins pois eles podem ser altos o suficiente para atingir a região não linear do HPA (high power amplifier) do transmissor causando assim intermodulação.

Isto justifica assim o espaçamento não simétrico da portadoras da especificação do ETSI.

Também foi observado que quanto maior a diferença de potência das portadoras piloto com as portadoras de dados melhor o desempenho da modulação sobre canais destrutivos ao sinal, este fato em um projeto real deve ser analisado com cuidado devido a potência extra necessária para a transmissão.

Na proposta do ETSI também existem outras portadoras piloto chamadas scattered pilot cells estas portadoras tem o seu posicionamento definido a partir de uma seqüência pseudo aleatória que é sincronizada no emissor e no receptor. A máquina de estados que gera esta seqüência tem a seguinte configuração:

No simulador o gerador PRBS foi criado e seu estado é mostrado no emissor e no receptor.

Nos modelos de canal os filtros foram criados a partir da teoria mostrada anteriormente e os filtros FIR e IIR tiveram seus coeficientes calculados com o auxilio do gerador de filtros do MATLAB.

Foi observado que sob altas taxas de ruído o OFDM tem melhor desempenho com dados com baixa intercorrelação, portando, é o desempenho é melhor com dados com alta taxa de compactação. Isso prova também a existência de alguma interferência entre portadoras adjacentes.

Sumário de resultados:

Este simulador possui a possibilidade de alteração do fator de quantização do quadro jpeg enviado. Utilizando baixos valores de quantização se consegue altas taxas de compactação em detrimento da qualidade da imagem, chegando ao ponto de tornarem-se observáveis os blocos 8x8 onde são aplicadas as transformações DCT.

Outro efeito interessante observado neste simulador é o efeito do espalhamento da constelação devido a altas taxas de ruído. Simulando por exemplo uma transmissão via satélite com sinal muito baixo no receptor.

Também foi observado o efeito do ruído sobre a imagem transmitidas. Foi observado que um ruído que é totalmente destrutivo sobre uma imagem jpeg resulta em uma imagem bitmap com um chuvisco semelhante à uma imagem de TV analógica (obviamente é sabido que a transmissão de uma imagem não compactada como um bitmap é totalmente impossível na banda de TV usada atualmente, e que usando-se códigos concatenados abaixa-se muito a taxa de erros em canais ruídosos).

A transmissão de um sinal OFDM/QPSK por um canal composto de um filtro IIR mostra claramente os efeitos da distorção de fase e amplitude no sinal na constelação.

A transmissão QPSK em um canal com multipercurso se observa, pelo diagrama de olho, o ISI ocorrendo nos bits transmitidos. E na constelação se observa o surgimento de pontos de concentração atenuados na constelação causados pelos símbolos atrasados gerados pelo canal.

Constelação QPSK para 2 multipercursos

Curvas de probabilidade de erro para cada modulação:

Os valores de BER encontrados ficaram limitados a um valor máximo de 10^-5 devido ao fato de para encontrar valores de BER menores deveria ser necessário mais tempo de execução do programa.

Resultados de probabilidade de erro com o diagrama de olho implementado:

Resultados de probabilidade de erro sem o diagrama de olho implementado:

Conclusões e propostas futuras:

Este simulador com os resultados apresentados mostrou uma aproximação com os resultados teóricos obtidos na teoria. A exceção do QPSK sem o diagrama de olho implementado, como exercício futuro poderia ficar a verificação do porque desta discrepância.

Como futuros projetos pode-se sugerir inicialmente algumas implementações:

Codificação Reed Solomon;

Viterby;

Modulações QPSK, 16-QAM e 64-QAM para comparações de desempenho com o OFDM;

Translação do sinal para a faixa de freqüência de UHF e VHF;

Canais com Raylengt Fading e Doppler Effect simulando um receptor em movimento.