Simulación de DSSS y FHSS en Matlab.

A través de este comunicado, afirmamos que el trabajo de integración curricular aquí descrito, así como el o los productos derivados del mismo, son públicos y estarán a disposición de la comunidad a través de los repositorios institucionales de la Escuela Politécnica Nacional; No obstante, la titularidad de los derechos patrimoniales corresponde a los autores que han contribuido al desarrollo de este trabajo. La metodología define los conceptos que complementan la implementación de las simulaciones y comienza con una investigación de los conceptos básicos de SS y sus técnicas DSSS y FHSS más populares. Para el desarrollo del proyecto se parte de la selección de herramientas de Matlab y se explica detalladamente la creación de dos ambientes para implementar la simulación de cada técnica.

En este proyecto se realiza una simulación para el análisis de la técnica Direct Sequence Spread Spectrum (SSSS) o Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

Objetivo general

Objetivos específicos

Alcance

Marco Teórico

En el receptor, la señal de espectro ensanchado se demodula con la misma secuencia de código pseudoaleatorio (PN) para obtener la señal de salida. El sistema DSSS se muestra en el diagrama de bloques de la Figura 1.2, comienza en el transmisor con la modulación del dato binario o señal de información d(t) junto con un código pseudoaleatorio PN(t); el proceso de multiplicación consiste esencialmente en realizar una puerta XOR u OR exclusiva (suma binaria cuyo resultado es verdadero o 1 si y solo si uno de los dos operandos es verdadero), entre los bits a transmitir y los bits del PN(t) código [6], para volver a modularlo más tarde con una onda. Esta demodulación tiene como objetivo concentrar la potencia de un determinado usuario en el ancho de banda de la información, todo ello después de la transmisión de la señal.

El diagrama de la Figura 1.3 muestra un sistema FHSS, en el proceso de transmisión el código pseudoaleatorio PN(t) ingresa a un sintetizador de frecuencia para producir saltos de frecuencia, permitiendo la transmisión de cada bit o grupo de estos en diferentes señales portadoras [6].

Principios de funcionamiento de DSSS y FHSS

Se explican los requisitos necesarios para la simulación, así como una breve explicación de los fundamentos de Spread Spectrum y sus dos técnicas DSSS y FHSS, así como la funcionalidad de Matlab y los códigos utilizados en la simulación. En la Figura 3.1 Representación de los sistemas FHSS y DSSS en relación con el tiempo frente a la frecuencia, se muestra gráficamente la representación de las técnicas FHSS y DSSS en el dominio del tiempo frente a la frecuencia.

Determinación de las herramientas de Matlab

En el caso de simulaciones para las técnicas DSSS y FHSS, el ANEXO V detalla los comandos utilizados para desarrollar los archivos DSSS.m y FHSS.m. Es una herramienta interactiva integrada en Matlab, cuya funcionalidad es permitir la visualización, procesamiento, medición, análisis y comparación de señales en el dominio del tiempo y la frecuencia [23], y con esto se pueden detectar sus patrones y tendencias y caracterizarlos y sus sistemas de proceso. Seleccione las señales a analizar, aparecerán en el área de trabajo, deben contener información de tiempo como frecuencias de muestreo, vectores, arreglos o expresiones.

Se requiere encontrar las características en el dominio del tiempo, el dominio de la frecuencia y el dominio del tiempo-frecuencia [24].

Implementación de los escenarios para la simulación

Como se muestra en la Figura 3.8, la señal de entrada está determinada por los comandos utilizados para los arreglos de matrices y se basa en la secuencia de la secuencia de bits de entrada. La señal portadora se configura como una onda sinusoidal y su periodo t está relacionado con la frecuencia configurada en los parámetros iniciales Fp. En la figura 3.11, la señal modulada se inicializa y el proceso de modulación se muestra usando BPSK.Dado que la técnica usa dos símbolos, las declaraciones if y elseif se usan para representar los dos símbolos fuera de fase con un bit de información cada uno.

Este proceso se muestra en la Figura 3.12 donde la señal demodulada será el producto de la señal de salida y la señal portadora. Inicialmente, el espectro de frecuencias de la señal de entrada, el código pseudoaleatorio y la señal ensanchada se trazan por separado. Finalmente, se realiza un gráfico que representa la densidad espectral de potencia de la señal ensanchada usando los comandos fft y xcorr.

La Figura 3.22 muestra la generación de las seis señales portadoras con funciones sinusoidales para sus respectivos periodos, utilizando arreglos de vectores, donde la dimensión del vector indica la frecuencia con la que se repetirá la señal portadora. A continuación, la señal de salto de frecuencia se determina mediante el producto de la señal modulada BPSK y la señal ensanchada, y se representa gráficamente el resultado. Se determina la frecuencia de la señal de entrada Fs, la cual se utilizará para graficar el espectro de frecuencias de la señal distribuida fre, a partir del comando que se muestra en la Figura 3.28.

Y en el gráfico 8 usando la figura (8), el espectro de frecuencia de la señal de dispersión se traza usando fftshift y fft, que en Matlab representa la transformada rápida de Fourier. Finalmente, la gráfica de la Figura 3.29 de la densidad espectral de potencia se realiza a partir de los comandos fft y xcorr.

Comparaciones entre las de las simulaciones y sus resultados entre DSSS y

Al analizar la Figura 3.33 contra el espectro de potencia con las Figuras 3.34 y Figura 3.35, podemos ver que el espectro de frecuencia de la señal de entrada se ha dispersado en la señal de código pseudoaleatorio y en la señal extendida y modulada por BPSK. En la Figura 3.37 para una señal modulada BPSK, se puede analizar que hay una variación en la fase de la señal y en comparación con la señal portadora de la Figura 3.38 hay una variación de fase en diferentes periodos, en este caso en 6 periodos debido a el número de señales portadoras establecidas y en comparación con la figura 3.39, que muestra que una señal ensanchada con saltos de frecuencia tiene la misma variación de fase pero con diferentes amplitudes dictadas por las señales portadoras. La Figura 3.40 muestra el espectro de una señal ensanchada donde el ancho de banda es mayor que la señal de entrada y, en comparación con la Figura 3.41, el espectro de frecuencia resultante del salto entre frecuencias se muestra variable en el tiempo, mostrando una serie de picos en diferentes frecuencias.

Con respecto a la densidad espectral de potencia, FHSS consume más potencia que DSSS porque se necesitan múltiples frecuencias para transmitir la señal. De la Figura 3.42 y la Figura 3.43, se puede concluir que FHSS tiene mayor densidad espectral y ancho de banda que la técnica DSSS, ya que la señal de propagación de secuencia directa cubre aproximadamente 160 (Hz), mientras que la frecuencia de propagación de salto de señal cubre 5000 (Hz). Al establecer una comparación en el análisis del dominio Tiempo-Frecuencia de la Figura 3.44, se observa que la técnica DSSS opera en una sola frecuencia para 75 muestras, mientras que en la Figura 3.45 la técnica FHSS cambia de frecuencia.

DSSS divide la señal portadora con una sola frecuencia, mientras que FHSS a menudo cambia aleatoriamente la señal portadora en un rango de frecuencia establecido. Las técnicas SS se basan en el hecho de que la señal transmitida tiene un ancho de banda mayor que el ancho de banda mínimo requerido para transportar la información, DSSS lo hace cambiando la secuencia de datos y FHSS lo hace cambiando la frecuencia de la señal portadora. A través de los gráficos obtenidos de las simulaciones se pueden extraer las características de las señales, obteniendo como resultado la adquisición de información destacable sobre la señal, lo que es útil en el caso de técnicas de simulación de SS para establecer comparaciones pertinentes entre ambas.

FHSS tiene una densidad espectral más alta que DSSS, mientras que DSSS es más eficiente en el uso del espectro, ya que la señal se transmite utilizando todo el ancho de banda disponible, FHSS consume energía en cada salto de frecuencia. Diagrama de flujo del código fuente de la simulación DSSS en Matlab ANEXO IV.

Certificado de Originalidad

Enlaces

Diagrama de flujo del código fuente de la simulación de DSSS en Matlab iii

Este es el valor que se multiplicará por la frecuencia de la señal de entrada t_bit=1;. Un código pseudoaleatorio con una frecuencia más alta que la frecuencia original o la frecuencia de la señal de entrada. Esto asegura que cada bit de la señal se cifre con un mayor número de bits para b = 1:longitud(codi_pn).

El período se establece de acuerdo con el tiempo de bit y la frecuencia de la señal de entrada para la señal portadora. La señal portadora de la señal se establece con la frecuencia establecida en los parámetros. Este comando permite obtener los elementos de la señal recibida por el receptor if(codi_pn(i)==1).

Con estas operaciones, la longitud se conserva multiplicando la señal portadora y la señal demodulada. Se dibuja la señal de entrada, el código pseudoaleatorio en el dominio del tiempo cod_pn_ele=longitud(codi_pn);. El comando de ancho de línea establece las características del título de las líneas o curvas ('Secuencia de bits de la señal de entrada').

La frecuencia se establece en función de la frecuencia de la señal plot(fre,abs(fftshift(fft(snl_entrada,1024))),'linewidth',2);. Entrada con 1024 valores entre cabecera de frecuencias de inicio y fin ('Espectro de frecuencia de la señal de entrada');.

Código fuente de la simulación de FHSS en Matlab

La señal de espectro ensanchado se traza con el eje de seis saltos de frecuencia ([0 t_bit -1 1]);. La señal de salto de frecuencia se coloca como el producto de la señal modulada con la señal ensanchada. La frecuencia se establece en base a la frecuencia de la señal de entrada con 1024 valores entre las frecuencias inicial y final.