ESTIMAÇÃO DE CANAIS DE HF USANDO O ALGORITMO LMS

68 Pages·2008·3.44 MB·Portuguese

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CAP CLAUDIO CANTO DOS SANTOS
ESTIMAÇÃO DE CANAIS DE HF USANDO O ALGORITMO
LMS PARA APLICAÇÃO EM EQUALIZAÇÃO DFE
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de
Mestrado em Engenharia Elétrica do Instituto Militar
de Engenharia, como requisito parcial para obtenção do
título de Mestre em Ciências em Engenharia Elétrica.
Orientador: Ernesto Leite Pinto, D.C.
Co-orientador: Maj Juraci Ferreira Galdino, D.C.
Rio de Janeiro
2007
c2007
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80-Praia Vermelha
Rio de Janeiro-RJ CEP 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo
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Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s)
orientador(es).
S194 Santos, Claudio Canto dos
Estimação de Canais de HF Usando o Algoritmo
LMS para Aplicação em Equalização DFE / Claudio
Canto dos Santos. – Rio de Janeiro: Instituto Militar de
Engenharia, 2007.
69 p.: il., graf., tab.
Dissertação (mestrado) – Instituto Militar de Engen-
haria – Rio de Janeiro, 2007.
1. Algoritmo LMS. 2. Estimação de Canal. 3. Co-
municações em HF. 4. Canais WSS-US. 5. Equalização.
CDD 005.1
2
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CAP CLAUDIO CANTO DOS SANTOS
ESTIMAÇÃO DE CANAIS DE HF USANDO O ALGORITMO LMS
PARA APLICAÇÃO EM EQUALIZAÇÃO DFE
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Elétrica
do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para obtenção do título de
Mestre em Ciências em Engenharia Elétrica.
Orientador: Ernesto Leite Pinto, D.C.
Co-orientador: Maj Juraci Ferreira Galdino, D.C.
Aprovada em 21 de Dezembro de 2007 pela seguinte Banca Examinadora:
Ernesto Leite Pinto, D.C. do IME - Presidente
Maj Juraci Ferreira Galdino, D.C. do IME
Marco Antônio Grivet Mattoso Maia, Ph.D. da PUC-Rio
Maj Alberto Gaspar Guimarães, D.C. do IME
Rio de Janeiro
2007
3
Aos meus pais, Carlos e Cleuza, aos quais devo tudo
que sou.
À minha esposa, Roberta, por todo seu amor,
carinho e compreensão.
4
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Carlos Ribeiro dos Santos e Cleuza do Canto Santos, por toda a base
e estrutura que me proporcionaram durante a minha vida, tornando possível a minha
chegada até aqui, por toda a sua paciência, pelo seu apoio, pelos conselhos e por sua
experiência, que incentivaram a minha busca contínua de crescimento.
À minha querida esposa, Roberta de Lima Santos, por seu amor, incentivo e com-
panheirismo incondicionais.
Ao meu orientador, Dr. Ernesto Leite Pinto, por todo o apoio e incentivo durante
todo o curso de mestrado e por todo o ensinamento e o tempo disponibilizados em prol
da conclusão deste trabalho.
Ao professor Dr. Juraci Ferreira Galdino, por todo o valioso apoio e tempo disponi-
bilizados, orientando-me e contribuindo de várias maneiras para a realização e conclusão
desta pesquisa.
A todos os meus professores do mestrado, pela rica convivência e ensinamentos pre-
ciosos, que, significativamente, contribuíram para a minha formação profissional como
acadêmico, abrindo novos horizontes de compreensão e realidade.
Aos amigos Stefan e David, por sua amizade, por sua disponibilidade e prontidão em
ajudar, por seu apoio irrestrito, por sua paciência, por suas reflexões críticas, por seus
ensinamentos, por toda a colaboração teórica e prática durante todo o curso de mestrado.
Aos colegas Flávio Duarte, Jorge Frederico, Sebastian, Gilberto e Arthur, por sua
amizade, companheirismo, solidariedade, ensinamentos e, além de tudo, por seu apoio
irrestrito em todos os momentos em que precisei.
5
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ................................................ 8
LISTA DE TABELAS ..................................................... 11
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ................................. 12
1 INTRODUÇÃO .................................................. 17
2 MODELO DO SISTEMA DE COMUNICAÇÃO ................. 20
2.1 Introdução ......................................................... 20
2.2 Sistema de Comunicação ............................................. 20
2.3 Modelagem de Canais de HF ......................................... 22
2.3.1 Modelo do Canal de Propagação ...................................... 23
2.3.2 Modelo de Canal de HF em Tempo Discreto ............................ 25
3 DESEMPENHO DO ALGORITMO LMS NA ESTIMAÇÃO DE
CANAIS DE HF ................................................. 26
3.1 Introdução ......................................................... 26
3.2 O Algoritmo LMS ................................................... 26
3.3 MSWE na Estimação de Canais Variantes no Tempo..................... 27
3.4 MSWE na Estimação de Canais de HF em Regime Permanente ........... 29
3.5 Efeitos dos Filtros de Transmissão e Recepção no MSWE em Regime
Permanente ........................................................ 32
4 EQUALIZAÇÃO DFE ........................................... 35
4.1 Introdução ......................................................... 35
4.2 O Equalizador DFE ................................................. 35
4.3 Método de Ajuste Direto ............................................. 37
4.4 Método de Ajuste Indireto Para Canal Conhecido ....................... 38
4.5 Método de Ajuste Indireto Para Canal Estimado ........................ 41
4.6 Resumo............................................................ 43
5 RESULTADOS ................................................... 44
5.1 Introdução ......................................................... 44
5.2 Condições Básicas de Simulação....................................... 44
6
5.3 Influência do Passo no MSWE em Regime Permanente para Modelos
ITU-R Modificados .................................................. 45
5.4 Influência do Passo no MSWE em Regime Permanente para Modelos
ITU-R ............................................................. 47
5.5 Desempenho do algoritmo LMS na Estimação de Canais de HF uti-
lizando o Passo Ótimo Aproximado ................................... 50
5.6 Influência do Passo no Desempenho de um Equalizador DFE Aplicado
a Canais de HF ..................................................... 53
6 CONCLUSÕES .................................................. 62
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................ 64
8 APÊNDICES .................................................... 66
8.1 APÊNDICE 1 ...................................................... 67
7
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIG.2.1 Diagrama de blocos simplificado do sistema de comunicação. .......... 20
FIG.2.2 Diagrama de blocos da representação em banda básica do modu-
lador. ......................................................... 21
FIG.2.3 Diagrama de bloco em banda básica do receptor. .................... 22
FIG.2.4 Ilustração da Resposta ao Impulso Conjunta do Canal. ............... 25
FIG.3.1 Configuração Básica de um Filtro Adaptativo ....................... 27
FIG.3.2 Modelo aproximado para associação em cascata de filtros e canal. ..... 33
FIG.4.1 Estrutura do Equalizador DFE .................................... 36
FIG.4.2 Configuração de uma estrutura DFE utilizando o método de ajuste
direto ......................................................... 38
FIG.4.3 Configuração de uma estrutura DFE utilizando o método de ajuste
indireto ....................................................... 39
FIG.5.1 MSWE em regime permanente em função do passo para o canal
ITU-R moderado modificado obtido por análise e simulação, com
RSR de 10, 20 e 30 dB. ......................................... 46
FIG.5.2 MSWE em regime permanente em função do valor de passo do
algoritmo LMS para o modelo modificado de canal ITU-R pobre.
São mostrados resultados analíticos e de simulação para RSR de
10, 20 e 30 dB. ................................................. 47
FIG.5.3 MSWE em regime permanente em função do passo para o modelo
ITU-R bom, obtido por análise e simulação, para RSR de 10 e 30
dB. ........................................................... 48
FIG.5.4 MSWE em regime permanente em função do passo do algoritmo
LMS para o canal ITU-R moderado. Obtidos por análise e simu-
lação, para RSR de 10 e 30 dB. .................................. 49
FIG.5.5 MSWE em regime permanente em função do passo para o modelo
ITU-R pobre, obtidos por análise e simulação, para RSR de 10 e
30 dB. ........................................................ 49
FIG.5.6 MSWE em regime permanente em função do passo obtido ana-
liticamente, para o modelo ITU-R bom. Em destaque os pontos
correspondentes ao passo ótimo aproximado. ....................... 51
8
FIG.5.7 MSWE em regime permanente obtido analiticamente para o mo-
delo ITU-R moderado. Em destaque os pontos correspondentes
ao passo ótimo aproximado. ..................................... 51
FIG.5.8 MSWE em regime permanente obtido analiticamente para o mo-
delo ITU-R pobre. Em destaque os pontos correspondentes ao
passo ótimo aproximado. ........................................ 52
FIG.5.9 Curvas de Aprendizagem (MSWE) para canal ITU-R moderado
modificado e RSR = 30 dB. ...................................... 52
FIG.5.10 Curvas de Aprendizagem (MSWE) para canal ITU-R pobre modi-
ficado e RSR = 30 dB. .......................................... 53
FIG.5.11 EQM na saida do equalizador em função do passo para o canal
ITU-R bom. Em destaque os valores correspondentes ao passo
ótimo aproximado. ............................................. 54
FIG.5.12 EQM na saida do equalizador em função do passo para o canal
ITU-R moderado. Em destaque os valores correspondentes ao
passo ótimo aproximado. ........................................ 55
FIG.5.13 EQM na saida do equalizador em função do passo para o modelo
de canal ITU-R pobre. Em destaque os valores correspondentes
ao passo ótimo aproximado. ..................................... 56
FIG.5.14 BER na saida do equalizador em função do passo para o modelo
ITU-R bom. Em destaque os valores correspondentes ao passo
ótimo aproximado. ............................................. 56
FIG.5.15 BER na saida do equalizador em função do passo para o modelo
canal ITU-R moderado. Em destaque os valores correspondentes
ao passo ótimo aproximado. ..................................... 57
FIG.5.16 BER na saida do equalizador em regime permanente utilizando o
modelo de canal ITU-R pobre. Em destaque os valores de BER
para o passo ótimo aproximado. .................................. 57
FIG.5.17 MSWE e EQM na saida do equalizador em regime permanente,
para o modelo ITU-R moderado com RSR = 20 dB. ................ 58
FIG.5.18 MSWE e EQM na saida do equalizador em regime permanente,
para o modelo ITU-R pobre com RSR = 20 dB. .................... 59
FIG.5.19 EQM na saida do equalizador em função do MSWE para os mo-
delos do ITU-R pobre e moderado, com RSR = 20 dB. .............. 59
9
FIG.5.20 EQM na saida do equalizador em função do passo para o modelo
ITU-R pobre e RSR = 10 dB. A curva contínua foi levantada
utilizando o método de ajuste indireto para canal estimado. .......... 60
FIG.5.21 EQM na saida do equalizador em função do passo, para o mo-
delo ITU-R bom e RSR = 10 dB. A curva contínua foi levantada
utilizando o método de ajuste indireto para canal estimado. .......... 61
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