Minoriteters erfaringer

O código fonte do algoritmo de simulação de canais VHF/UHF está reproduzido no Apêndice A deste trabalho, devidamente comentado quando pertinente, e neste item são

explicados alguns detalhes da implementação.

A função em MATLAB chamada “simulaVUHF” é baseada no Método de Monte- Carlo abordado no item 3.2 e retoma um vetor de saída que é o vetor de entrada submetido aos efeitos de um canal VHF/UHF, sendo os dois sinais reais e de voz. O vetor de entrada é tratado por inteiro e existem diversas opções para simulação, dentre elas a escolha de ambientes rural ou urbano, a modulação (AM, DSB, SSB e FM) e inclusão ou não de um deslocamento aleatório de freqüência (deriva de freqüência).

Os coeficientes do filtro de banda útil, conforme explicado no item 4.1, estão explícitos e conforme o ambiente que se deseja simular, rural ou urbano, as distribuições de Rice ou Rayleigh são assumidas. No último caso, a fase possui distribuição uniforme entre 0 e 2π e no primeiro possui a distribuição da equação 2.40, sendo necessária a geração de dois processos gaussianos para obter números aleatórios com tal distribuição.

A geração dos processos estocásticos pelo Método de Monte-Carlo, utilizando a equação 3.7, é realizada usando a distribuição de fase adequada. Ao final, o vetor efeitocanal é formado por números complexos aleatórios de módulo variante no tempo e fase com a distribuição desejada. Esse vetor é multiplicado pelo sinal modulado analítico, elemento a elemento. A variável desviocomplexo multiplica todo o sinal analítico e provoca um deslocamento no domínio da freqüência conforme um erro aleatório entre as freqüências dos osciladores locais, como abordado no item 4.1.0 vetor Ruidototal é um vetor complexo com componentes Gaussianas cujas amplitudes estão em conformidade com a relação sinal-ruído desejada.

Em relação à modulação, os sinais analíticos apresentados no item 4.2 são calculados diretamente e multiplicados pelo vetor efeitocanal e posteriormente demodulados. Para AM, o índice de modulação adotado vale 0,8 e mantido constante por ser um padrão para essa modulação (Carlson, 1986). Na demodulação AM a informação é recuperada por um detetor de envoltória, ou seja, pelo módulo do sinal analítico.

Para a modulação SSB é utilizada a função hilbert que fornece diretamente o sinal analítico U-SSB conforme a equação 4.10. Na demodulação a informação é extraída da parte real do sinal analítico, simulando a detecção síncrona.

Para a implementação da equação 4.12 na modulação FM foi utilizado um filtro IIR integrador, com condições iniciais nulas, e a saída desse filtro foi normalizada para valores entre -π e π para evitar ambigüidades na demodulação. Assim, o sinal analítico é submetido ao canal e a equação 4.15 é utilizada para a demodulação.

função filtfilt que tem por finalidade incluir os efeitos de filtragem do aparelho receptor, mas sem acrescentar retardos temporais que influenciariam no sincronismo de amostras para a decifragem nos misturadores espectrais. Como a resposta de fase do FBU dentro da faixa de passagem é aproximadamente linear, o retardo constante para toda a faixa não ocorre.

Na Figura 4.5 está desenhado um exemplo de trecho sonoro de sinal de voz, correspondente à vogal “a”, sem qualquer distorção, amostrado a 8 kHz.

Figura 4.5 - Sinal sem distorção, trecho sonoro amostrado a 8 kHz.

Quando esse trecho de sinal é submetido ao algoritmo em MATLAB do canal VHF/TJHF, em ambiente urbano, modulação FM na freqüência de 100 MHz da portadora, ocorre a distorção ilustrada na Figura 4.6, onde se percebe a atenuação variante no tempo e perceptível mudança da forma de onda.

Figura 4.6 - Sinal distorcido pelo algoritmo do canal VHF/UHF.

4.4 - IMPLEMENTAÇÃO DO CANAL HF

O código fonte do algoritmo de simulação de canais HF está reproduzido no Apêndice B deste trabalho, devidamente comentado quando pertinente, e neste item são explicados alguns detalhes da implementação.

A função em MATLAB chamada “simulaHF” é baseada no Método de Monte- Carlo abordado no item 3.2 e retoma um vetor de saída que é o vetor de entrada submetido aos efeitos de um canal HF, sendo os dois sinais reais e de voz. O vetor de entrada é tratado por inteiro e existem diversas opções para simulação, dentre elas a escolha de canais ITU-R quiet, moderate e disturbed, a modulação (AM, DSB, SSB e FM) e inclusão ou não de um deslocamento aleatório de freqüência. Todas as observações apresentadas no item 4.3 sobre as modulações e o modelo do transceptor são pertinentes para “simulaHF".

Devido ao processamento mais complexo do sinal analítico pelo canal, a modulação e a demodulação estão separadas. O sinal analítico modulado é submetido à translação de freqüência e depois a um filtro FIR variante no tempo com condições iniciais nulas e com duas derivações, como já comentado no item 3 .2. Os três tipos de canais ITU-

R adotados são simulados conforme o retardo diferencial e o espalhamento Doppler atribuídos. Cada derivação do filtro corresponde a um modo de propagação significativo e a função espalhamento do retardo é calculada com distribuição Rayleigh conforme o Método de Monte-Cario. Como os processos estocásticos que geram as amplitudes e os desvios Doppler devem ser descorrelacionados, são necessárias duas sementes de geração. As amostras de entrada são atrasadas um número de derivações que varia conforme o retardo diferencial do canal e esse efeito é provido pelo uso da função filter. Ao final, as amostras retardadas e não retardadas multiplicadas pelos coeficientes gerados pelo método são somadas, resultando no sinal submetido ao canal que é sujeito à translação de freqüência para sua situação original.

Durante as simulações de teste realizadas com um sinal de entrada suficientemente longo (vetor do MATLAB com aproximadamente cento e oitenta mil elementos ou mais), verificou-se que o cálculo da função espalhamento do retardo utilizava mais memória do que o sistema dispunha para tal (foi acusado pelo MATLAB o erro out of memory

associado à memória insuficiente do sistema computacional). Essa limitação provocou a introdução do parâmetro “div” de “simuláHF” Para que o cálculo da função espalhamento de retardo, que foi implementada como um vetor de duas colunas e a mesma quantidade de linhas da entrada, não excedesse o limite de memória, tal cálculo foi dividido em blocos de tamanho “div”, limitando a matriz interna de cálculo para 200 x div elementos (vide código fonte no Apêndice B). Assim, “div” indica somente o tamanho dos passos de cálculo para a função espalhamento do retardo e evita o uso de uma matriz que ocupe toda a memória disponível (com 200 vezes o tamanho da entrada de elementos). Na verdade tal modificação constitui-se apenas de um rearranjo para que não ocorra falta de memória durante o processamento num ambiente computacional limitado, como nos computadores pessoais.

Se o sinal ilustrado na Figura 4.5 é submetido ao algoritmo em MATLAB do canal HF perturbado, modulação U-SSB na freqüência de 27 MHz da portadora, ocorre a distorção ilustrada na Figura 4.7, onde se percebe a perceptível mudança da forma de onda.