Desarrollo de modelos y simulación de modulaciones digitales

El objetivo principal del proyecto ‘Desarrollo de modelos y simulación de modulaciones digitales’ consiste en desarrollar modelos basados en Simulink para la simulación de diferentes sistemas de comunicaciones digitales reales. Siguiendo los estándares y la tecnología usada en los sistemas de comunicaciones reales, se desarrollan varios ejemplos que implementan las modulaciones digitales más usadas en los sistemas de comunicaciones reales (radioenlaces, comunicación por satélite, fibra, móviles, DVB-T…). Por tanto, se eligen las modulaciones digitales 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM y OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) para modelar estos sistemas. A la salida de la aplicación se obtienen gráficas de calidad en función de la relación señal a ruido y de las diferentes perturbaciones que sufre la señal a lo largo del canal, tales como, interferencias, multitrayecto, ruido de fase, etc. Una vez obtenidos los resultados y las gráficas de errores, se hace una verificación y validación de los mismos, comparando con resultados teóricos o bien con resultados de publicaciones técnicas. Después, se realiza una fase de desarrollo centrada en OFDM, con el fin de mejorar los resultados de calidad obtenidos y mostrar la capacidad que tiene OFDM para lidiar con el multitrayecto. Se implementa un sistema de portadoras piloto donde se puede corregir el desvío en frecuencia, el error de fase y el error de amplitud. Por último y siguiendo con la simulación de sistemas de comunicaciones reales, se desarrolla un demodulador digital basado en Simulink utilizando la tecnología del dispositivo software RTL-SDR. Este dispositivo consta de una antena y un procesador capaz de digitalizar la señal para su posterior procesado. La primera intención en este apartado es demodular una señal de 16QAM a una frecuencia de portadora de 860 MHz, dentro del rango de frecuencias del dispositivo (24-1766 MHz). Debido a los problemas de sincronismo entre portadoras que provocan errores en los símbolos, se decide cambiar la modulación a BPSK (Binary Phase Shift Keying), donde es más fácil corregir este error mediante procesado. Desde el generador de señales se transmite una señal pseudoaleatoria conocida, la PRBS9 (pseudorandom binary sequence). El modelo identifica esta señal en recepción y sincroniza las tramas recibidas para poder compararlas con la señal PRBS9 teórica, obteniendo así una estimación de la BER (Bit Error Rate). Para desarrollar este PFG se ha utilizado la siguiente metodología: 1. Estudio sobre los distintos usos de las modulaciones digitales en los sistemas de comunicaciones reales, siguiendo el libro ‘Modeling of Digital Communication Systems Using Simulink’ Arthur A. Giordano and Allen H. Levesque, 2015. 2. Simulación de las modulaciones mencionadas anteriormente. 3. Mejora e investigación sobre modulaciones digitales, centrada en OFDM. 4. Diseño de demodulador BPSK con dispositivo software RTL-SDR. 5. Escritura de la memoria. Abstract: The main objective of ‘Development of models and simulation of digital modulations' project is to develop models based in Simulink for the simulation of different real digital communications systems. Following the standards and the technology used in real communications systems several examples are developed carrying out the digital modulations most used (Radio links, satellite communication systems, DVB-T...). Therefore, 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM and OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulations are chosen for model this systems. At the model output we see different charts for measure the bit error rate in function of signal noise ratio and other signal perturbations along the channel like interferences, multipath signals, phase errors… By the time we get the output and error charts, data will be verified and validated comparing with theoretical results or with technical publications. Then, a development phase it is done based in OFDM, with purpose of improving the quality results and show OFDM advantages in multipath channels. A pilots subcarriers system is developed in aim to correct phase errors, frequency errors and amplitude errors. Finally and following with the real communications systems, a digital demodulator it is designed based in Simulink. The receiver for this demodulator will be RTL-SDR software device. This device have and antenna and a digital processor capable of digitizing the signal for further processing. The first idea in this chapter is to demodulate a 16QAM signal with 860 MHz carrier frequency. RTL-SDR frequency range is 24-1766 MHz. Due to synchronism problem between received carriers provoking symbols errors, it is decided to change into a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation. This modulation it is better in order to resolve synchronism problems with signal processing. Signal generator transmits a PRBS9 pseudoaleatoria signal (pseudorandom binary sequence). The model can identify and synchronize this signal with the received signal. Then, it is compared with theoretical PRBS9 signal in order to get the BER (Bit Error Rate). It is used this methodology for develop the PFG: 1. Study the different uses of digital modulations in real systems, following the book ‘Modeling of Digital Communication Systems Using Simulink’ Arthur A. Giordano and Allen H. Levesque, 2015. 2. Simulation of the modulations mentioned above. 3. Improvement and research on digital modulations, focused on OFDM. 4. Design of BPSK demodulator with RTL-SDR software device. 5. Memory writing