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Questa pagina si riferisce alla release precedente. La corrispondente pagina in inglese è stata rimossa nella release attuale.

Workflow di progettazione iterativa per sistemi di comunicazione

Questo esempio illustra il workflow di progettazione che rappresenta i passaggi iterativi per la creazione di un sistema di comunicazione wireless con Communications Toolbox™. Poiché Communications Toolbox supporta sia MATLAB® sia Simulink®, i percorsi progettati in questo esempio mostrano l’utilizzo del codice MATLAB e dei blocchi Simulink. Proseguendo nel workflow si potrà scegliere se seguire il percorso di progettazione per MATLAB, per Simulink o per entrambi i prodotti.

Il workflow inizia con un semplice sistema di comunicazioni ed esegue simulazioni del tasso di errore bit (BER) per misurare le prestazioni del sistema. Le simulazioni del BER sono basate sulla simulazione di un sistema di comunicazioni con un dato rapporto segnale-rumore (Eb/No) e sul conseguente calcolo della misurazione del tasso di errore bit corrispondente, per determinare il numero di errori nel segnale trasmesso. Minore è la misurazione del BER in un dato rapporto segnale-rumore, migliori saranno le prestazioni del sistema.

Questo workflow inizia con un semplice sistema di comunicazioni che aggiunge in modo iterativo i componenti algoritmici necessari per costruire un sistema più complicato. Questi ulteriori componenti includono:

  • Codifica convoluzionale e decodifica di Viterbi

  • Codifica turbo

  • Canali di dissolvenza multipercorso

  • Trasmissione basata su OFDM

  • Tecniche ad antenne multiple

Aggiungendo componenti al sistema, il workflow includerà i calcoli di errore bit in modo che le prestazioni del sistema possano essere esaminate progressivamente. Per alcuni componenti, sono disponibili benchmark teorici o prestazionali. In questi casi, il workflow mostra la metrica sia delle prestazioni teoriche sia delle prestazioni misurate.

Simulazione di un sistema di comunicazioni di base

Questo workflow inizia con un semplice sistema di modulazione QPSK che trasmette un segnale attraverso un canale AWGN e calcola il tasso di errore bit per valutare le prestazioni del sistema.

 In MATLAB

 In Simulink

Introduzione alla codifica convoluzionale e alla decodifica di Viterbi a decisione difficile

Modificare il modello di comunicazioni di base per includere la correzione dell’errore in avanti. Aggiungere la correzione dell’errore in avanti al modello di comunicazioni di base migliora le prestazioni del sistema. Nella correzione dell’errore in avanti, il trasmettitore invia bit ridondanti insieme ai bit di messaggio attraverso un canale wireless. Quando il ricevitore accetta il segnale trasmesso, utilizza i bit ridondanti per rilevare e correggere gli errori che possono essere stati introdotti dal canale.

Questa sezione del workflow di progettazione aggiunge un codificatore convoluzionale e un decodificatore di Viterbi al sistema di comunicazione. Questo sistema di comunicazioni utilizza la decodifica di Viterbi a decisione difficile. Nella decodifica di Viterbi a decisione difficile, il demodulatore mappa il segnale ricevuto in bit e li passa al decodificatore di Viterbi per la correzione dell’errore.

 In MATLAB

 In Simulink

Miglioramento dei risultati utilizzando la decodifica a decisione morbida

Utilizzare la decodifica a decisione morbida per migliorare la prestazione del BER. Nella sezione precedente di questo workflow sono state utilizzate la demodulazione a decisione difficile e la decodifica di Viterbi a decisione difficile, processi che mappano i simboli in bit. Questa sezione del workflow utilizza la demodulazione a decisione morbida e la decodifica di Viterbi a decisione morbida. Nella demodulazione a decisione morbida, i simboli ricevuti non sono mappati in bit. I simboli sono invece mappati in logaritmi del rapporto di verosimiglianza. Quando il decodificatore di Viterbi elabora i logaritmi del rapporto di verosimiglianza (LLR), le prestazioni del BER di sistema migliorano.

 In MATLAB

 In Simulink

Quando si traccia la curva teorica a decisione morbida, si osserverà un miglioramento della curva del BER di circa 2dB rispetto alla decodifica a decisione difficile. Si noti che anche i risultati di simulazione riflettono un simile miglioramento del BER.

Utilizzo della codifica turbo per migliorare la prestazione del BER

I codici turbo migliorano sostanzialmente la prestazione del BER rispetto alla decodifica di Viterbi a decisione morbida. La codifica turbo utilizza due codificatori convoluzionali in parallelo in corrispondenza del trasmettitore e due decodificatori di probabilità a posteriori (APP) in serie in corrispondenza del ricevitore. Questo esempio utilizza un codificatore turbo con velocità 1/3. Per ogni bit in entrata, si ha 1 bit sistematico e 2 bit di parità in uscita, per un totale di tre bit. I codificatori turbo ottengono prestazioni del BER con valori SNR di molto inferiori rispetto ai codificatori convoluzionali. Di conseguenza, questa iterazione utilizza un intervallo di valori EbNo inferiore rispetto alla sezione precedente.

 In MATLAB

 In Simulink

Applicazione di un modello di canale di Rayleigh

Le precedenti iterazioni di progettazione modellano sistemi di comunicazioni a banda stretta che possono essere adeguatamente rappresentati utilizzando un canale AWGN. Tuttavia, i sistemi di comunicazioni ad alta velocità di trasmissione dati richiedono un canale a banda larga. I canali di comunicazioni a banda larga sono estremamente suscettibili agli effetti della propagazione multipercorso che introduce l’interferenza intersimbolica (ISI). Pertanto, è necessario modellare i canali a banda larga come canali di dissolvenza multipercorso. Questa iterazione del workflow di progettazione utilizza un canale Rayleigh di dissolvenza multipercorso che presuppone che non vi sia una linea di vista diretta tra il trasmettitore e il ricevitore.

 In MATLAB

 In Simulink

Utilizzo dell’equalizzazione basata su OFDM per correggere la dissolvenza multipercorso

Utilizzare la modulazione multiportante a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) per compensare l’effetto di dissolvenza multipercorso introdotto dal canale di dissolvenza Rayleigh. Gli schemi di trasmissione OFDM forniscono un modo efficace per eseguire l'equalizzazione nel dominio della frequenza. Questa iterazione di progettazione introduce nel sistema di comunicazione, un trasmettitore OFDM, un ricevitore OFDM e un equalizzatore nel dominio della frequenza.

 In MATLAB

 In Simulink

Utilizzo di più antenne per migliorare ulteriormente la prestazione del sistema

La trasmissione simultanea di copie di un segnale tramite l’utilizzo più antenne può aumentare significativamente la probabilità che il ricevitore recuperi correttamente il segnale trasmesso. Questo fenomeno è conosciuto come trasmissione di diversità. Tuttavia, questo miglioramento della prestazione va a discapito dell’introduzione di ulteriore complessità computazionale nel ricevitore.

 In MATLAB

 In Simulink

Accelerazione della simulazione utilizzando MATLAB Coder

Tutte le funzioni e i System object utilizzati da questo workflow di iterazione di progettazione supportano la generazione di codice C. Se si possiede una licenza MATLAB Coder™, è possibile accelerare la velocità di simulazione generando un file .mex utilizzando il comando codegen.

 In MATLAB