anÁlisis de la trama gsm en winiqsim

RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES E INALÁMBRICAS

ANÁLISIS DE LA TRAMA GSM EN WinIQSIM

PRESENTADO A:

ING. VÍCTOR MANUEL QUINTERO

PRESENTADO POR:

WILSON FELIPE BOLAÑOS ARCOS

DIEGO FERNANDO DÍAZ

JULIAN ANTIA CASTAÑO

UNIVERSIDAD DEL CAUCA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

2013

INTRODUCCIÓN

En este informe se presentan los resultados del análisis en el tiempo y la frecuencia de la

simulación de una trama GSM mediante el software WinIQSIM de Rhode&Schwarz por

medio de diagramas de ojo, de constelación y espectros. La simulación se configura

basándose en la guía de uso para la práctica del curso de comunicaciones móviles

digitales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).

CONSTRUCCIÓN DE TRAMA GSM

La trama GSM está formada por cinco tipos de ráfagas (slots): normal, de acceso, de

sincronización, de corrección de frecuencia y de relleno. También se definen unas ráfagas

de guarda que acompañan a cada ráfaga que se inserte en la trama teniendo en cuenta

que la ráfaga de guarda de 68 bits está relacionada a la ráfaga de acceso. Cada una de

estas ráfagas se forma con campos de datos dependiendo el formato y el número de bits.

Los campos de datos creados se muestran en la figura 1.

Figura 1 Tipos de campos de datos.

En la figura 2 se muestran las ráfagas con los campos que las conforman:

Figura 2 Tipos de ráfagas.

A continuación se realiza la organización de las ocho ráfagas de la trama GSM, se agrega

una ráfaga de guarda de 8 bit después de cada ráfaga perteneciente a la trama y una de 9

bits cada dos ráfagas de guarda de 8 bits, esto para compensar una parte de la

desincronización, ya que el software solo puede generar valores enteros y no los 8.25

periodos de bit que usa la trama GSM real.

En la figura 3 se muestra la trama propuesta en la guía.

Figura 3 Conformación de la trama GSM.

Para las ráfagas normales elegimos una rampa de subida y bajada y situamos el comienzo y el fin de la misma en los bits 0 y 147. Para los tres periodos de guarda creados como slots se elige All down de los tipos de rampas de potencia disponibles. De esta forma se modela la ausencia de transmisión de información durante un número de periodos de bit (8, 9 o 68). La configuración de los parámetros del bloque de modulación es la siguiente:

Figura 4 Configuración de la modulación y filtraje.

Teniendo en cuenta que la trama GSM tiene longitud 1250 bits, duración 4616 µs y 8 slots (ráfagas), entonces un slot tiene:

La tasa de símbolo es:

En la figura 5 se puede ver el inicio y final de cada ráfaga separadas por los slots de

tiempos de guarda. La variación que tiene la penúltima ráfaga (encerrada en rectángulo

azul) hace referencia a la corrección en frecuencia que disminuyen los efectos de

interferencia.

Violeta: Ráfaga de acceso.

Naranja: Ráfaga de sincronización.

Amarillo: Ráfaga normal.

Azul: Ráfaga de corrección de frecuencia.

Verde: Ráfaga de relleno.

Figura 5 Ráfagas de la trama GSM en el dominio del tiempo.

RESPUESTAS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO Y FRECUENCIA

Las figuras 6 y 7 muestran las ráfagas de la trama GSM en el dominio del tiempo, fase y

cuadratura y amplitud y fase respectivamente. Las figuras 8 y 9 corresponden al diagrama

del ojo en fase y cuadratura, la figura 10 muestra el diagrama de constelación y la figura

11 el espectro de la señal en el dominio de la frecuencia. Inicialmente no se utiliza filtro,

más adelante se utilizará un filtro de tipo gaussiano, con variaciones del valor B*T (ancho

de banda por periodo de bit) de 1, 0.5, 0.3 y 0.1.

Figura 6 Ráfagas de la trama en el dominio del tiempo sin filtro (Fase y cuadratura).

Figura 7 Ráfagas de la trama en el dominio del tiempo sin filtro (Amplitud y fase).

Figura 8 Diagrama del ojo en fase sin filtro.

Figura 9 Diagrama del ojo en cuadratura sin filtro.

Figura 10 Diagrama de constelación sin filtro.

Figura 11 Espectro de la señal en el dominio de la frecuencia.

Respuestas con filtro gaussiano B*T= 1:

Figura 12 Ráfagas de la trama en el dominio del tiempo con filtro gaussiano B*T=1 (Fase y cuadratura).

Figura 13 Diagrama del ojo en fase con filtro gaussiano B*T=1.

Figura 14 Diagrama del ojo en cuadratura con filtro gaussiano B*T=1.

Figura 15 Diagrama de constelación con filtro gaussiano B*T=1.

Figura 16 Espectro de la señal en frecuencia con filtro gaussiano B*T=1.

Respuestas con filtro gaussiano B*T= 0.5:

Figura 17 Ráfagas de la trama en el dominio del tiempo con filtro gaussiano B*T=0.5 (Fase y cuadratura).

Figura 18 Diagrama del ojo en fase con filtro gaussiano B*T=0.5.

Figura 19 Diagrama del ojo en cuadratura con filtro gaussiano B*T=0.5.

Figura 20 Diagrama de constelación con filtro gaussiano B*T=0.5.

Figura 21 Espectro de la señal en el dominio de la frecuencia con filtro gaussiano B*T=0.5.

Respuestas con filtro gaussiano B*T=0.3:

Figura 22 Ráfagas de la trama en el dominio del tiempo con filtro gaussiano B*T=0.3 (Fase y cuadratura)

Figura 23 Diagrama del ojo en fase con filtro gaussiano B*T=0.3.

Figura 24 Diagrama del ojo en cuadratura con filtro gaussiano B*T=0.3.

Figura 25 Diagrama de constelación con filtro gaussiano B*T=0.3.

Figura 26 Espectro de la señal en el dominio de la frecuencia con filtro gaussiano B*T=0.3.

Respuestas con filtro gaussiano B*T=0.1:

Figura 27 Ráfagas de la trama en el dominio del tiempo con filtro gaussiano B*T=0.1 (Fase y cuadratura).

Figura 28 Diagrama del ojo en fase con filtro gaussiano B*T=0.1.

Figura 29 Diagrama del ojo en cuadratura con filtro gaussiano B*T=0.1.

Figura 30 Diagrama de constelación con filtro gaussiano B*T=0.1.

Figura 31 Espectro de la señal en el dominio de la frecuencia con filtro gaussiano B*T=0.1.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Realizando una comparación en el dominio del tiempo de la ráfaga de acceso, se aprecia que en la señal recibida utilizando el filtro gaussiano se atenúan algunas componentes disminuyendo el nivel de la señal.

Sin filtro Con filtro gaussiano B*T=0.3

En el diagrama del ojo cuando se aumenta el valor B*T, la interferencia intersimbólica (ISI) disminuye, por lo tanto hay menos errores, ya que se está transmitiendo una señal con una ancho de banda cada vez menor al del canal lo cual produce una mejor calidad en el sistema. Cuando B*T es igual a 0.1, las ondas se introducen en las tres regiones definidas en el diagrama de ojo, tal sistema presenta problemas y errores en transmisión donde el receptor será incapaz de recuperar las señales transmitidas. Cuando B*T es igual a 0.3, el diagrama se cierra un poco verticalmente, lo que indica la presencia de ISI. Para transmitir sin errores en ausencia de ruido, el ojo debe mantener cierta apertura vertical. Cuando B*T es igual a 1, la apertura horizontal es afectada lo que puede indicar errores en sincronismo.

B*T=1 B*T=0.5

B*T=0.3 B*T=0.1

El diagrama de constelación que menor interferencia intersimbólica presenta es el generado por el sistema sin filtro (figura 10). La siguiente tabla permite hacer una comparación entre las constelaciones generadas utilizando el filtro de Gauss (necesario por la modulación GMSK) variando el valor de B*T. La constelación que menor tasa de errores de bit muestra es la de la relación B*T=0.5. Con B*T=0.1 los símbolos se dispersan perdiéndose de la ubicación, esto significa que con este valor hay una mayor interferencia intersimbólica. La regla dice que si B*T<0.5 la comunicación no se puede realizar.

B*T=1 B*T=0.5

B*T=0.3 B*T=0.1

En el dominio de la frecuencia se nota que a medida que aumenta el valor de B*T, la concentración de energía en el lóbulo principal aumenta y así mismo la atenuación de los lóbulos laterales es menor. Se presenta también el aumento en la calidad del sistema debido a la poca degradación que sufre la señal cuando cuenta con un mayor rango de frecuencias para transmitirse.

B*T=1 B*T=0.5

B*T=0.3 B*T=0.1