Práctica 4: Comunicaciones digitales. Transceptor ASK.

Transcripción

1 Práctica 4: Comunicaciones digitales. Transceptor ASK. 7. Introducción. Se pretende que el alumno programe un emisor y un receptor de señales ASK utilizando la placa DSP TMS30C673. Como uente de señales binarias se utilizará un generador de unciones. La práctica se divide en cuatro partes: ) Introducción a los elementos de la práctica. ) Diseño de un emisor ASK 3) Diseño de un receptor ASK 4) (Optativa) Diseño de un emisor y un receptor DBPSK. 7. Elementos de la práctica Se dispone de los siguientes elementos por puesto de trabajo: - un ordenador; - una placa con un DSP TMS30C673 de Texas Instruments - una uente de alimentación - un osciloscopio - un generador de unciones - dos conectores BNC/jack estereo 3mm - un conector BNC/BNC - un conector jack/jack (estereo) - un adaptador BNC en T 7.. Disposición de los elementos en la ª parte de la práctica

2 Para la primera práctica cada grupo de trabajo dispondrá los elementos según el esquema de la igura La salida del DSP debe conectarse a uno de los canales del osciloscopio mediante uno de los dos conectores BNC/jack. La salida del generador de unciones debe estar conectada a la otra entrada del osciloscopio y a la entrada del DSP. Para ellos debemos ayudarnos del adaptador BNC en T ATENCIÓN: NO CONECTE LA SALIDA DEL DSP CON LA SALIDA DEL GENERADOR DE FUNCIONES. El conector jack/jack sólo se utiliza en la segunda parte de la práctica. 7.. Conexiones para la segunda parte de la práctica La segunda parte de la práctica se lleva a cabo con dos DSP. Para ello los grupos se organizarán de dos en dos. Uno de los DSP uncionará como emisor utilizando el programa de la primera parte. El otro se programará como receptor. La disposición es la de la igura. Al DSP emisor se le conectará el generador de unciones. Se comprobará que la señal de salida es una ASK. Se conectará la salida de este DSP a la entrada del otro, que actuará como receptor, utilizando para ello el cable jack/jack. La salida del DSP receptor se conectará a uno de los canales del osciloscopio. Opcionalmente se puede conectar la salida del generador de unciones al osciloscopio para visualizar la moduladora. ATENCIÓN: NO CONECTE LAS SALIDAS DE LOS DOS DSPs, PUESTO QUE ÉSTOS PODRÍAN RESULTAR DAÑADOS IRREVERSIBLEMENTE. 7.3 Desarrollo de la práctica

3 Además del sotware propio del DSP, en el directorio de prácticas se suministra la parte del código que es común a cualquier programa del DSP y que consta de la inicialización de las tablas de vectores de interrupción, la programación del codec, y demás tareas rutinarias para que el DSP pueda comunicarse con el exterior. Este código está incluido en los dos proyectos: MOD_ASK.zip y DEMOD_ASK.zip del directorio de prácticas del curso. 7.4 Construcción de un emisor ASK La primera parte de la práctica propuesta consiste en la programación de un emisor ASK. La recuencia de portadora debe ser c = 0 khz y recuencia de muestreo 48KHz (aprox). La salida del emisor debe ser y( t) = { signo( x) } cosπ ct La estructura del emisor es la siguiente: El programa tiene la estructura que sigue: 7.4. Generación de la portadora La generación de sinusoides con DSPs puede realizarse de dos ormas. La primera, que ya se analizó, emplea una tabla de valores (Look-Up Table, LUT) donde se han almacenado muestras de la sinusoide. La segunda consiste en el diseño de un oscilador digital basado en un iltro IIR inestable (polos sobre la circunerencia unidad) de orden como el mostrado en la igura, y será la que analicemos en esta sección. La ecuación que describe el comportamiento de un iltro IIR de orden es

4 [ n] = K y[ n ] + K y[ n ] Cx[ n] y + La respuesta impulsional (x[n]=δ[n-]) del iltro anterior es una señal sinusoidal sen( π cnts ) = sen( ωcn), donde T s es el periodo de muestreo y c (Hz) y ω (rad) son las recuencias analógica y digital, respectivamente, cuando los coeicientes K, K y C satisacen: c K = cos(θ); θ = π = π c Ts K = - C = sen(θ) Con estos valores se consigue que los polos del iltro estén situados sobre la circunerencia unidad en las recuencias (digitales) ±θ radianes. El valor de θ está condicionado por el criterio de Nyquist. Así, la máxima recuencia c está limitada superiormente por la mitad de la recuencia de muestreo (( c ) max = s /). Obsérvese, además, que cuando θ disminuye, la calidad de la sinusoide aumenta pues el número de muestras por periodo aumenta. Ejemplo numérico Si la recuencia de muestreo es s = /T s = 8000 Hz, y se desea generar una sinusoide con c =800 Hz, entonces θ = π c = π c T s = 0π s 48 K = cos(θ) = ; K = - C = sen(θ) = sen(π/5) = Con estos valores, la ecuación dierencia resulta: y [ n] = y[ n ] y[ n ] teniendo como valor inicial C = Programación del DSP s Programa principal. Para programar este subsistema es necesario: Usando el canal 0: Acumulador = K*Sin-Y; Y = Sin; Sin = Acumulador; Para probar este subsistema, ponga el resultado en la salida. Observe que la variable Sin es de tipo punto lotante, y la salida del conversor DAC debe ser de tipo entero de 6 bits con signo, con lo cual hay que escalar la salida de Sin. El valor de Sin estará limitado entre - y, con lo cual convirtiendola a Q5 se logra este objetivo. Para ver el resultado de la generación de la señal senoidal ponga el contenido de Sin multiplicado por ^5- (3767) en la variable Output en la línea indicada para ello en

5 el subsistema de transmitir dato. Debe observarse en el osciloscopio una señal senoidal de recuencia 5KHz. - Recalcule los valores para obtener la salida a 0 Khz Subsistema de entrada de dato y extracción de signo El acumulador se carga con el dato presente en el codec con la instrucción DSK673_AIC3_read(hCodec,&Channel); ya presente en el programa. - Extraiga el signo de l dato presente en Channel mediante la operación lógica AND (&). Para ello debe tener en cuenta en qué parte de Channel se guarda el signo y poner todos los demás bits a cero mediante la operación AND. - Guarde el resultado en la variable Symbol. Symbol = ( Channel & 0x8000 ) == 0; - Para ver que unciona, ponga el contenido de Symbol multiplicado de nuevo por ^5- en la salida, introduzca una señal adecuada en el DSP y observe la salida Subsistema de modulación ASK Este subsistema se reduce a multiplicar el signo del dato ( para + y 0 para -) por la portadora 7.5. Construcción de un receptor ASK no coherente La segunda parte de la práctica consiste en llevar a cabo la codiicación de un receptor no coherente para el emisor que se ha codiicado en la primera parte. Para ello, cada dos grupos utilizarán un DSP como emisor, al que conectarán el receptor. El esquema que se pide es el siguiente: La recepción no coherente de señales moduladas en amplitud es una operación muy sencilla que consiste en procesar la señal de entrada mediante un dispositivo cuya unción de transerencia sea cuadrática. Se requiere que toda la inormación de la señal esté contenida en la amplitud, ya que durante el proceso se pierde la inormación relativa a la ase. Tal es el caso de las señales ASK, donde la inormación se codiica en orma de dierentes amplitudes.

6 Operación cuadrática Un operador cuadrático eleva la señal de entrada al cuadrado. Con una señal de entrada con al orma y(t) = { signo( x) } cos ω t la salida del operador cuadrático será: v( t) = ( sign( x ) ( + cos π ct) = ( sign( x) )( + cos π ct). 8 8 Filtrado Esta señal contiene la inormación demodulada en el primer sumando. Si se iltra esta señal para eliminar la componente a recuencia c, la señal resultante será /8 para x positivo y cero para x negativo. Para iltrar la señal se propone un iltro FIR de 6 coeicientes constantes, que consiste sencillamente en una memoria tipo cola (en la que el primer dato en entrar es el primero en salir esquema FIFO-). Cada uno de los contenidos de la memoria es sumado en cada instante. De esta manera, la componente a recuencia c, que tiene media cero, tendrá a la salida una amplitud igual o menor a la de la entrada, pero la componente de inormación, que tiene media /8, tendrá una amplitud 6 veces mayor. Esto corresponde a multiplicar por 64 la potencia de la señal de entrada, lo que supone que la relación entre la señal útil y la señal de recuencia doble será de 4 decibelios. Se pide diseñar un programa con la estructura siguiente: ; Recibe la señal y la guarda en la memoria **** Codiicar **** ; Eleva la señal al cuadrado **** Codiicar **** ; Filtra el resultado **** Codiicar **** ; pone el resultado en el primer elemento de la memoria FIR ; suma el contenido de todos los elementos de memoria FIR ; desplaza todos los elementos de la memoria FIR ; Emisión de la señal iltrada ;Programación del CODEC 7.5. Recepción y operación cuadrática - Primero es necesario inicializar la variable Acumulador. Después se debe cargar este registro con la señal de. - Para elevar la señal al cuadrado debe utilizarse alguna de las instrucciones de multiplicación ( - Para comprobar que el programa unciona correctamente modiique la rutina de interrupción para obeservar la señal elevada al cuadrado. Debe observar uns señal con el doble de recuencia de la señal de entrada.

7 Filtrado: Versión A (FIR de Coeicientes Constantes) - El programa suministrado ya realiza el iltrado con coeicientes constantes. Compílela y ejecutela. - Veriique la tasa máxima de transmisión de bits con este sistema - Haga esta operación y compruebe que el sistema demodula. - Observe las características de la señal obtenida. A baja transmisión de bits (00 bits/s) observe el rizado presente en la señal de valor alto. Explique a que se debe este comportamiento Filtrado: Versión B (Filtro FIR de Coeicientes Variables). Aunque el iltro FIR de coeicientes constantes es muy sencillo en su realización y en la comprensión del programa, una realización que permita incluir una ventana no rectangular en el iltro siempre orecerá mayores prestaciones. Para este caso se introduce una ventana triangular y se ve que su programación resulta incluso más sencilla que el iltro anterior. - Con el programa Matlab calcule los coeicientes de un enventanado Triangular, Hamming y Hanning. - Utilícelos para llevar a cabo el iltro FIR. Compare las prestaciones de ambos iltros y vea que el segundo tiene un rizado menor y que unciona para mayor recuencia máxima de la señal de entrada al modulador. Caracterice los demoduladores obtenidos: - Tasa máxima y mínima de bit - Calcule con la unción FIR los coeicientes de un iltro pasobajo de recuencia 3c/. Compare las prestaciones de usar este iltrado FIR con los coeicientes calculados con ventanas. Caracterice igualmente el comportamiento de este iltro. - Para la memoria, caracterice con Matlab la unción de transerencia de los distintos iltros y explique la razón de su mejor o peor comportamiento. - Con el iltrado FIR estime la tasa máxima de bit teórica.