QPSK transceiver with SDR ADALM-PLUTO and Matlab/Simulink

Summary

Cette vidéo présente un système complet de transmission QPSK (modulation par déplacement de phase quadratique) avec un récepteur utilisant l'ADALM-PLUTO SDR et le logiciel Simulink. L'objectif principal est d'illustrer les défis et les solutions de synchronisation dans la chaîne de transmission, y compris la synchronisation du porteur, des symboles et des trames. Le processus comprend la constitution de trames, la modulation QPSK, la filtration et l'utilisation de l'ADALM-PLUTO SDR pour la transmission et la réception des signaux. La vidéo aborde également la gestion des erreurs, les ajustements nécessaires pour compenser les écarts de fréquence et la récupération des données, notamment le message ASCII « IUT ».

Takeaways

• 😀 Le système de transmission QPSK utilise deux SDR ADALM-PLUTO et le logiciel Simulink pour gérer la modulation et la réception des signaux.
• 😀 Le modèle de transmission est composé de l'ordinateur qui génère les échantillons I + jQ, qui sont envoyés à un ADALM-PLUTO via un câble USB.
• 😀 L'architecture du transmetteur QPSK inclut la constitution du trame, la modulation QPSK de base, un filtre de mise en forme des impulsions et un bloc SDR ADALM-PLUTO pour configurer la fréquence de transmission.
• 😀 Le préambule de la trame utilise une séquence Barker de 13 bits doublée pour former 26 bits, ce qui permet au récepteur de détecter le début de la trame.
• 😀 La modulation QPSK se base sur une carte de symboles, où chaque bit est mappé sur des symboles complexes avec des valeurs de ±0.7V pour I et Q.
• 😀 Le taux de symboles est de 25 ksymboles/s et le taux d'échantillonnage est de 200 ksamples/s, obtenu par un facteur de suréchantillonnage de 8.
• 😀 Le bloc SDR ADALM-PLUTO gère le contrôle automatique du gain (AGC) et la conversion numérique-analogique avant l'upconversion pour la transmission.
• 😀 Lors de la réception, le récepteur fait face à trois problèmes principaux de synchronisation : la synchronisation porteuse, la synchronisation des symboles et la synchronisation de la trame.
• 😀 La synchronisation porteuse consiste à estimer et compenser les déviations de fréquence et de phase entre l'émetteur et le récepteur.
• 😀 La synchronisation des symboles garantit que les symboles sont correctement alignés dans le temps pour éviter des erreurs lors de la réception.
• 😀 La synchronisation de la trame utilise une corrélation croisée pour détecter la séquence de préambule Barker et identifier le début de la trame, ce qui permet une démodulation correcte des données.

Q & A

Quelles sont les prérequis nécessaires pour comprendre cette vidéo ?

Pour comprendre cette vidéo, il est nécessaire de connaître les modulations numériques ASK, PSK et QAM, la représentation temporelle et la densité spectrale de puissance, le modulateur et démodulateur IQ, ainsi que la numérisation.

Comment le signal QPSK est-il généré et transmis dans ce modèle ?

Le signal QPSK est généré par un ordinateur utilisant Matlab/Simulink qui crée des échantillons I + jQ, représentant le signal modifié. Ces échantillons sont ensuite envoyés via un câble USB à un SDR ADALM-PLUTO, qui utilise un modulateur IQ AD9363 pour transmettre le signal modifié QPSK.

Quel est le rôle de la partie modélisation du transmetteur QPSK dans Simulink ?

Le transmetteur QPSK dans Simulink se compose de quatre parties : la constitution du cadre, la modulation de base QPSK, un filtre de mise en forme des impulsions et enfin l'utilisation du SDR ADALM-PLUTO pour configurer la fréquence de transmission et le débit d'échantillons I + jQ envoyés.

Que représente la séquence de préambule et quel est son rôle ?

La séquence de préambule est une séquence Barker de 13 bits, doublée pour atteindre 26 bits ou 13 symboles complexes QPSK. Elle permet de signaler le début du cadre de données et est utilisée par le récepteur pour synchroniser la réception.

Quel est l'effet de la compensation de la fréquence et de la phase sur le diagramme de constellation ?

La compensation de la fréquence et de la phase réduit la rotation du signal sur le diagramme de constellation. Avant la compensation, les symboles I + jQ se déplacent sur un cercle, tandis qu'après compensation, le diagramme devient stabilisé et les symboles se trouvent aux positions correctes.

Comment la synchronisation de porteuse est-elle réalisée dans ce système ?

La synchronisation de la porteuse est réalisée en estimant et en compensant les déviations de fréquence et de phase entre l'émetteur et le récepteur. Cela inclut une estimation grossière de la fréquence, suivie d'un algorithme qui corrige la fréquence et la phase à l'aide de la FFT et d'une boucle de Costa.

Pourquoi la synchronisation des symboles est-elle importante dans ce système ?

La synchronisation des symboles est cruciale car elle permet de garantir que les échantillons sont pris au bon moment, afin de maintenir les symboles correctement alignés dans le diagramme de constellation, réduisant ainsi les erreurs dues à des déplacements temporels.

Quels sont les effets observés sur l'oscilloscope après la synchronisation ?

L'oscilloscope montre d'abord les échantillons I + jQ bruts, puis après la synchronisation grossière, la modulation sinusoïdale de l'amplitude des échantillons est atténuée. Après synchronisation fine, les échantillons sont stabilisés à ±0.7 V, avec une légère présence de bruit blanc. Enfin, après la synchronisation des symboles, un échantillon par symbole est pris au milieu du temps symbole.

Comment la synchronisation de trame est-elle réalisée ?

La synchronisation de trame est réalisée en localisant la séquence Barker de 13 symboles dans le flux d'échantillons reçus. Un calcul de la corrélation croisée entre le flux d'échantillons et la séquence Barker permet de localiser le début du cadre, permettant ainsi de découper et de synchroniser correctement les données.

Comment le problème de l'ambiguïté de phase est-il résolu avant la démodulation ?

L'ambiguïté de phase est résolue en comparant les 13 premiers symboles reçus avec les 13 symboles Barker de référence. L'angle de cette comparaison permet d'identifier et de compenser la déviation de phase, ce qui permet de stabiliser la constellation avant de procéder à la démodulation des données.