Analise da agua

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Plataforma Experimental FPGA-Matlab para Antenas Inteligentes

Angilberto Muniz Ferreira-Sobrinho
Universidade do Estado do Amazonas – UEA/EST
asobrinho@uea.edu.br

José Sérgio da Rocha Neto
Universidade Federal de Campina Grande - UFCG
zesergio@ dee.ufcg.edu.br

Resumo

Neste trabalho descrevemos a implementação de uma plataforma experimental baseada em FPGA, para estudo edesenvolvimento de algoritmos aplicados a projetos de SDR (Software Defined Radio) e Antenas Inteligentes. Combinada com o ambiente Matlab/SIMULINK, a plataforma se caracteriza como uma ferramenta flexível e de baixo custo, atraente para prototipagem rápida de algoritmos e técnicas adaptivas.


1. Introdução


Sistemas adaptativos aplicados a comunicação sem fio têm sido investigados,tradicionalmente, através de simulações. Como complemento a essa abordagem, faz-se necessário o uso de ferramentas e instrumentos que permitam uma comparação entre os resultados baseados em modelos matemáticos e os resultados coletados do ambiente real de comunicação, para que possamos ter uma compreensão mais realista dos fenômenos envolvidos.

Em geral, os sistemas de Antenas Inteligentes são baseados noprocessamento sincronizado de múltiplas antenas, onde os sinais são combinados construtivamente [1], com o objetivo de minimizar, por exemplo, as perdas causadas por multipercurso.

Historicamente, a implementação de direcionamento de feixe e eliminação de interferências nos sistemas de Radar [2], deu origem à tecnologia de Antenas Inteligentes. A figura1 ilustra o princípio básico :[pic]
Figura 1. Processamento Espacial de um Arrranjo Linear de Antenas

[pic] , [pic], [pic], [pic]
onde [pic] representa o deslocamento de fase associado à geometria do arranjo e [pic] representa uma variável aleatória com valores entre [pic]e [pic].

A Potência [pic] é máxima quando [pic]

Na seção 2 apresentamos a arquitetura básica da plataforma,caracterizada como um SDR (Software Defined Radio). Na seção 3 apresentamos um exemplo representativo de tecnologia multiantenas (MIMO), com sua implementação mostrada na seção 4. Finalmente, concluimos com a seção 5.

2. Plataforma proposta


Cabe ao software (Matlab/Simulink) as atividades de DSP (baseband) e ao hardware (FPGA) a conversão de freqüência e modulação de IF (passband), antes daconversão final para RF (915Mhz).

Aplicando o conceito de DCR (Direct Conversion Receiver) [3] ao sinal de frequência intermediária de 10 MHz, gerado pelo conversor analógico de 900 MHz, fazemos a decomposição vetorial do sinal real, interpretando os sinais em quadratura I e Q como um número complexo (I+jQ) que pode ser manipulado pelo Matlab com alto grau de flexibilidade, permitindo virtualmentequalquer tipo de modulação e demodulação a partir de um mesmo hardware.


O FPGA tem, como principal tarefa a realização dos receptores e transmissores digitais, conhecidos como Digital-Down-Converter (DDC) e Digital-Up-Converter (DUP), respectivamente, cuja função é processar as formas de onda baseband, geradas ou consumidas pelo Matlab, transformando-as em sinais digitais de 10 MHz para, apósconversão Analógico-Digital, serem convertidos em 915 MHz pelo módulo de RF. A figura 2 mostra um DDC.
[pic]

Figura 2. Digital Down Converter (DDC) implementado no FPGA


No sentido da recepção, o DDC armazena no buffer uma seqüência de valores representando as amostras I e Q recebidas do conversor analógico-digital (ADC) de cada canal de recepção. Esses valores são,então, lidos seqüencialmente pelo Matlab para posterior demodulação e análise. Este fluxo é mostrado na figura 3.


[pic]
Figura 3. Fluxo de dados no sentido da recepção


No sentido inverso, mostrado na figura 4, o Matlab pode gerar formas de ondas arbitrárias e carregá-las no buffer. Este buffer é lido seqüencialmente pelo DUC e seu conteúdo é interpretado como componentes I e Q do...
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