Chaîne de transmission GSM. Simulation système sous ADS et analyse vectorielle

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1 Chaîne de transmission GSM Simulation système sous ADS et analyse vectorielle Virgile Garcia Matthieu Gautier 1

2 SOMMAIRE 1 Prise en main du logiciel Les projets sous ADS Conception d un système sous ADS Simulation Les contrôleurs de simulation Harmonic Balance Circuit Enveloppe DATA FLOW simulation controller Analyse des résultats Application : génération d un signal RF modulé Créer la schématique Etude de la source temporelle Etude de la source fréquentielle Etude du signal modulé Etude de signaux GSM La modulation GMSK Etude des effets de la propagation du signal avec l analyseur de spectre vectoriel (en simulation) Analyse d une trame TDMA Analyse d un signal GSM pour une liaison montante et descendante Prise en main du logiciel Cette partie est une présentation concise de l utilisation du logiciel et de ses possibilités. 2

3 1.1 Les projets sous ADS A l ouverture du logiciel la fenêtre principale suivante apparaît. figure 1. fenêtre principale C est à partir de cette fenêtre que les projets sont gérés. ADS utilise des répertoires appelés projets pour organiser et stocker les données générées lors de la création, la simulation et l analyse de systèmes. Un projet contient par exemple les circuits, les layouts, ou encore tous les résultats de simulations effectuées... Lors de l ouverture d un projet, la fenêtre suivante s ouvre. Projet figure 2. fenêtre projet. Le projet est un répertoire défini avec la syntaxe «nom_prj». Dans chaque projet des sous répertoires sont créés (voir figure 2), chacun d entre eux correspondant à un type de fichier (circuit, résultat de simulation ). 1.2 Conception d un système sous ADS Apres avoir ouvert un projet la conception d un système peut être constituée d une seule 3

4 structure ou bien dans le cas de système complexe, de plusieurs systèmes incorporés comme un sous réseau dans un fichier. Pour créer un système, il faut ouvrir une fenêtre appelée «schématique». Pour cela, il suffit de cliquer sur l icône correspondant («New Schematic Window») de la fenêtre principale, ou bien sur l onglet «window/new schematic» de cette même fenêtre. Il est aussi possible de créer un nouveau design dans l onglet file de la fenêtre principale («File/New Design»). Dans ce dernier cas, à l ouverture de la fenêtre, deux types de «schématiques» sont possibles : schematic RF/analog Design (traitement analogique) ou schematic DSP Design (analyse numérique). Dans cette fenêtre il est possible de : Créer et modifier des circuits et des «layout» Ajouter des variables et des équations Placer et configurer des composants, des contrôleurs de simulations Générer un layout à partir d un système et inversement Ajouter des commentaires Une fois la «schématique» ouverte, il est alors possible de placer des composants, des sources de mesures, des contrôleurs de simulations Pour cela, il suffit de chercher l élément voulu dans la bibliothèque correspondante. Chacun d entre eux dispose d un certain nombre de paramètres réglables. Lorsqu un élément est placé sur la schématique une définition de celui-ci est disponible en appliquant un double clic sur cet élément puis en sélectionnant le bouton «Help». Bibliothèque 1. Sélectionner un composant 2. Définir son orientation 3. Placer le composant 4. Définir ses paramètres figure 3. fenêtre schématique Une fois tous les éléments placés et correctement configurés, il faut les relier en plaçant des fils (bouton «insert wire»). 1.3 Simulation ADS propose des outils appelés contrôleurs pour simuler et optimiser un système. 4

5 La simulation d un système numérique (ex. DSP) nécessite l utilisation d un «Data Flow controller» qui se trouve dans la librairie «Common components» (icône «DF»). Pour une simulation analogique RF plusieurs contrôleurs variables sont disponibles suivant le type d analyse que l on souhaite obtenir (AC, DC, paramètre[s], temporel, fréquentiel et ils se trouvent dans les bibliothèques «simulation-x»). 1. Cliquer et placer le contrôleur 2. Cliquer et configurer les paramètres 3. Cliquer pour simuler figure 4. simuler un système Lorsqu une simulation est exécutée, son avancement et les éventuels messages d erreurs sont affichés dans la fenêtre «Status/Summary» : figure 5. résultat de la simulation 5

6 1.3.1 Les contrôleurs de simulation Un ou plusieurs contrôleurs peuvent être placés dans un «design» suivant le type de simulation recherché. Ces éléments permettent de sélectionner la plage temporelle ou fréquentielle de simulation ainsi que le type de résultats obtenus. La liste des principaux contrôleurs disponibles est décrite dans le tableau suivant : Type de contrôleur description Utilisation typique Data Flow simulation Analyse de signaux numériques et controller temporels lors d une simulation DSP utilisant le simulateur ptolemy DC simulation Il exécute un contrôle et une analyse du controller comportement en régime continu AC simulation Permet d obtenir la fonction de transfert controller en petit signal tel que le gain ou le bruit en tension et courant S parameter simulation Fournit les paramètres S linéaires, controller paramètres de bruit linéaires, transimpédance et transmittance Harmonic balance Utilise des techniques non linéaires de simulation controller balance harmonique pour trouver un état stable du système dans le domaine fréquentiel Circuit enveloppe Utilise une combinaison des techniques simulation controller d analyse dans le domaine temporel et fréquentiel pour rapporter une analyse rapide et complète d un signal complexe, tel qu un signal RF avec une modulation complexe LSSP simulation Etend l analyse en paramètres S pour de controller forts signaux pour visualiser le comportement non linéaire tous les systèmes type DSP Tous les systèmes RF/analog filtres, amplificateurs filtres, oscillateurs, amplificateurs mélangeur, oscillateur, récepteur, ampli. de puissance mélangeur, oscillateur, Ampli. de puissance, récepteur, amplificateur de puissance 6

7 Transient/ Simulation controller Résout un système non linéaire dans le domaine temporel utilisant des modèles simplifiés tenant compte de la dépendance en fréquence du comportement des éléments distribués mélangeur, ampli de puissance, «switch» Au cours du TP vous utiliserez surtout les contrôleurs «DataFlow», «Harmonic Balance» et «circuit enveloppe» Harmonic Balance Le contrôleur de simulation «Harmonic Balance» (HB) est un outil d analyse dans le domaine fréquentiel pour étudier les distorsions dans les circuits et systèmes non linéaires. Pour une étude HB, il faut impérativement utiliser des sources contrôlées en fréquence qui se trouvent dans la bibliothèque «frequency domain source». figure 6. contrôleur HB Il faut définir les fréquences que l on souhaite étudier et l ordre des harmoniques pris en compte. Il permet de calculer les composantes fréquentielles contenues dans les signaux en tension et courant du circuit, d évaluer la distorsion due aux harmoniques et à l inter modulation et les performances en termes de bruit non linéaire. «Harmonic Balance» présente de nombreux avantages par rapport à une analyse avec le contrôleur «transient». En effet, HB capture directement la réponse spectrale stationnaire alors que la méthode traditionnelle en temporel nécessite le besoin d intégrer beaucoup de périodes de la sinusoïde à la fréquence la plus basse pour atteindre l état stable. Il résout assez rapidement les problèmes aux hautes fréquences alors que «transient» ne peut pas les traiter ou alors avec un coût temporel excessif. Enfin, il est plus approprié pour étudier les phénomènes hautes fréquences où les modèles sont élaborés «pour et dans» le domaine fréquentiel. 7

8 1.3.3 Circuit Enveloppe Ce contrôleur est le plus approprié à une analyse rapide et complète d un signal complexe tel qu un signal numérique modulé. Il combine les caractéristiques dans les domaines fréquentiels et temporels en permettant aux ondes en entrée d être représentées comme la somme d une porteuse RF décrite et simulée dans le domaine fréquentiel et une enveloppe de modulation représentée quant à elle dans le domaine temporel. figure 7. contrôleur simulation enveloppe. Le processus d analyse avec le contrôleur d enveloppe est le suivant : 1) Transformation du signal d entrée figure 8. définition du signal d entrée Chaque signal modulé peut être représenté comme une porteuse modulée par une enveloppe, A(t)*exp j[f(t)]. L amplitude et la phase de l enveloppe échantillonnée sont utilisées comme signal d entrée pour l analyse harmonique balance. 8

9 2) Analyse dans le domaine fréquentiel figure 9. Analyse dans le domaine fréquentiel. L analyse harmonique balance est exécutée à chaque pas temporel. Cette procédure crée une succession de spectre qui caractérise la réponse du circuit pur chacun des points temporels. 3) Analyse dans le domaine temporel figure 10. Analyse dans le domaine temporel. «Circuit Enveloppe» fournit une solution complète de l état non stationnaire du circuit par une série de Fourier avec des coefficients temporels variables. 4) Extraction des données du domaine temporel figure 11. extraction des données du domaine temporel. 9

10 En sélectionnant l harmonique désirée dans le spectre (fc dans l exemple), il est possible d analyser : L amplitude en fonction du temps (démarrage d un oscillateur ) La phase en fonction du temps (fréquence instantanée d un VCO df/dt ) L amplitude et la phase en fonction du temps (constellation, BER,EVM ) 5) Extraction des données du domaine fréquentiel figure 12. extraction des données dans le domaine fréquentiel. En appliquant une transformée de Fourier du spectre temporel sélectionné, il est possible d analyser : -Le rapport de puissance du canal adjacent (ACPR) -Le rapport de la puissance de bruit (NPR) -L ordre supérieur d inter modulation Les étapes de la simulation sont les suivantes: -Définir la modulation du signal en bande de base -Prédéfinir les sources -Equations -Les données I et Q en fonction du temps pour les simulations DSP -Définir la fréquence de la porteuse RF, le pas temporel et la durée de la simulation -Calculer les coefficients de Fourier -Post-process et visualisation des résultats 10

11 Ou encore : -Définir le signal d entrée avec la modulation d amplitude de phase ou de fréquence, I et Q -Définir le pas temporel -Simuler et calculer les coefficients de Fourier temporel -Calculer les transformées de Fourier et visualiser le spectre en fréquence du signal (module, phase) DATA FLOW simulation controller Ce contrôleur est utilisé pour contrôler le flux des signaux numériques et temporels pour toutes les simulations de systèmes numériques avec ADS. Il permet de contrôler la plage temporelle et le nombre de symboles simulés. figure 13. contrôleur de simulation Data Flow 1.4 Analyse des résultats Les résultats des simulations effectuées sont enregistrés dans le fichier «dataset» qui est stocké dans le répertoire data du projet. L icône «data display» permet d accéder à la fenêtre d analyse des résultats. Dans cette fenêtre, il est possible de tracer des graphes, d écrire des équations pour effectuer des calculs, utiliser des marqueurs et illustrer les analyses avec des annotations. La procédure à suivre pour ouvrir une fenêtre d analyse est représentée sur la figure 14 (voir page suivante). 11

12 1. Cliquer pour ouvrir la fenêtre data display 2. Cliquer et choisir le type de graphique 3. Sélectionner les données à tracer et les options du traceur figure 14. ouverture fenêtre d analyse. 12

13 2 Application : génération d un signal RF modulé Le but de cette application est de vous familiariser et de prendre en main le logiciel de CAO en concevant et en analysant un système simple. Pour cela il vous sera demandé de générer un signal RF avec une modulation pi/4dqpsk. Le système sera composé d une source en fréquence, d une source de donnée binaire pseudo aléatoire, d un modulateur et enfin d un filtre. L architecture du système est représentée sur la figure 15. figure 15. Topologie du système 2.1 Créer la schématique Dans un premier temps, créez un nouveau projet que vous nommez TP_source_mod et ouvrez la fenêtre schématique. Quand vous placez un élément, la signification de ses différents paramètres est disponible en cliquant sur l icône help de sa fenêtre de paramétrage. Vous accédez à cette fenêtre en appliquant un double clic sur l élément. A chaque fois que vous changez un paramètre, cliquez sur l icône «apply» pour le valider. Pour déplacer la zone de texte décrivant les paramètres d un élément appuyer sur F5 et sélectionner l élément. Placez les différents éléments nécessaires et pour chacun d entre eux examinez en détails leurs caractéristiques. Dans la bibliothèque «source-freq domain» sélectionnez la source P_1tone et placez cette source sur la schématique. Réglez les paramètres de la puissance et de la fréquence : 13

14 P_1Tone PORT1 Num=1 Z=50 Ohm P=polar(dbmtow(PRF),0) Freq=RFfreq P=polar(dbmtow(PRF),0), la fonction dbmtow convertit la puissance de dbm en watt. Les valeurs numériques de la puissance et la fréquence seront ensuite définies dans la déclaration des variables. Vous trouverez la source de donnée binaire pseudo aléatoire dans la bibliothèque «source-time domain» (DT LFSR). Réglez les paramètres suivants la configuration suivante : DT VtLFSR_DT SRC2 Vlow=-1 V Vhigh=1 V Rate=2*sym_rate Delay=0 nsec Taps=bin(" ") Seed=bin(" ") Rout=1 Ohm Cette source génère une séquence aléatoire de bits qui se répète après 8191 bits. Le modulateur au format pi/4dqpsk se trouve dans la bibliothèque «system mod/demod». PI4DQPSK_ModTuned MOD1 Fnom=RFfreq Rout=50 Ohm SymbolRate=sym_rate Delay=0 nsec Le filtre se trouve dans la bibliothèque «filter band pass» : BPF_RaisedCos BPF1 Alpha=0.5 Fcenter=RFfreq SymbolRate=sym_rate DelaySymbols=Filt_delay_syms Exponent=0.5 DutyCycle=100 SincE=no Apres avoir placé et paramétré les éléments, il faut alors déclarer les variables utilisées. Pour cela cliquez sur l icône «VAR» de la fenêtre «schématique» et ajoutez les variables 14

15 suivantes ci-après. Var Eqn VAR VAR1 numpts=256*10 sam_per_sym=10 tstep=1/(sym_rate*sam_per_sym) PRF=10 _dbm RFfreq=800 MHz Filt_delay_syms=15 sym_rate=24.3 khz Cela correspond à un débit de symboles de 24.3 khz, le nombre d échantillon temporel par symbole est 10. Le nombre de points simulés est représenté par numpts et le nombre de symbole simulés=numpts/sam_per_sym. 2.2 Etude de la source temporelle Dans un premier temps, vérifiez les données générées par la source pseudo aléatoire. Pour cela il est nécessaire d effectuer une simulation dans le domaine temporel, comme le montre la figure suivante. Vous trouverez le contrôleur de simulation temporel dans la librairie «Simulation-Transient» (Icône «trans»). figure 16. schématique de la simulation transient Pour désactiver un bloc cliquez sur l icône représentant un élément barré par une croix rouge puis cliquez sur l élément souhaité. Placez une charge de 50 ohms en sortie du système et les masses. Placez enfin une étiquette sur le fil ou l on veut visualiser la tension (pour cela cliquez sur l icône «wire pin label», tapez le nom Vload, cliquez sur le fil et le label se positionne sur le fil). Paramétrez le simulateur (time setup, freq ). Allez dans le menu 15

16 Output et cliquez sur add/remove, sélectionnez Vload et Add, cela permettra de visualiser la tension Vload. Une fois que vous avez tout paramétré correctement, sauvegardez (icône «save curent design») et simulez le système (icône «Simulate»). Ouvrez une fenêtre «display» et tracez Vload en fonction (vs sous ADS) du temps. Utilisez les marqueurs pour calculer le débit. Vérifiez que la séquence générée correspond bien à celle définie dans le modèle utilisé dans la «schématic» (débit, séquence ). Vous devez obtenir les résultats présentés sur la figure 17. figure 17. résultat de la simulation Pour visualiser les calculs dans un tableau, cliquez sur l icône qui se trouve sur la barre des taches à gauche de la fenêtre «display» et dans le menu «data set et equation», sélectionner équation. La liste des équations de votre fenêtre «display» apparaît alors dans le cadre et sélectionnez celles dont vous voulez visualiser le résultat dans le tableau. 2.3 Etude de la source fréquentielle Désactivez la source de données binaires et connectez la source fréquentielle, choisissez le simulateur harmonique balance, et vérifiez que la source émet bien une puissance de 10dBm à 800MHz. 16

17 figure 18. schématique de la simulation harmonique balance. 2.4 Etude du signal modulé Placez maintenant le modulateur DQPSK, et utilisez le simulateur d enveloppe. figure 19. schématique de la simulation d enveloppe. 17

18 Simulez le système et dans la fenêtre display data, visualisez le spectre de l enveloppe. Pour cela utilisez l éditeur d équation comme indiquez ci-dessous. Attention à bien respecter la syntaxe pour utiliser les variables (majuscules et minuscules). Eqn Eqn spectre=dbm(fs(vload[1],,,,,"kaiser")) = figure 20. spectre sans filtre. Sauvegardez ces résultats. Placez maintenant le filtre et relancez la simulation. Comparez le spectre avec le précédent. Tracez également la constellation. Eqn sym_rate = 24.3 khz Eqn spectre = dbm(fs(vload[1],,,,,"kaiser")) Eqn const = constellation(real(vload[1]),imag(vload[1]),sym_rate,) figure 21. résultats obtenus avec le filtre. 18

19 Calculez la puissance sur une plage de 40 KHz puis la DSP, pour cela utilisez la fonction chanel_power_vr (une définition des fonctions est disponible dans la fenêtre de l éditeur d équation, en cliquant sur «functions help»). Attention la fonction chanel_power_vr ne donne pas directement la DSP! Commentez et concluez. 19

20 3 Etude de signaux GSM Dans cette partie, vous analysez la transmission de signaux GSM à l aide d exemples déjà modélisés sous ADS. Certaines questions vous guideront dans cette partie mais à vous de faire preuve d initiative et d analyser en détails ces exemples en apportant les modifications que vous jugerez utiles. Dans un premier temps vous étudierez la modulation GMSK puis vous regarderez plus précisément les canaux de transmission et l analyse en lien montant et descendant. Quelques rappels sur la norme GSM et la modulation GMSK sont indiqués ci-dessous. figure 22. norme GSM et DCS 20

21 3.1 La modulation GMSK Faites une copie du projet gsm_prj qui se trouve dans le répertoire examples\com_sys\gsm_prj sous votre répertoire utilisez la fonction Copy project de la fenêtre principale. Dans le répertoire «network», ouvrez les fichiers modem.dsn et «gsm_sys.dsn». Cet exemple présente la modulation GMSK. Regardez les différents éléments du système ainsi que leur configuration. Certains éléments sont des sous-systèmes (comme par exemple le modulateur), avec l icône suivant, vous pouvez accédez à ces sous systèmes. Vous commencerez par étudier la schématique nommée «modem». Analysez et commentez ensuite l évolution du signal pour les différentes étapes de la modulation. Enfin, étudiez le système GSM_sys. 3.2 Etude des effets de la propagation du signal avec l analyseur de spectre vectoriel (en simulation) Après avoir étudié en détail ce système, vous remplacerez la liaison filaire entre l émetteur et le récepteur par un système prenant en compte la propagation du signal entre ces éléments. Dans la bibliothèque «antennas & Propagation», sélectionnez les éléments suivants : «Antbase, Prop GSM, AntMob» et positionnez les sur la schématique comme indiqué sur la figure 16. Vous trouverez l analyseur de spectre VSA_89600_1_sink dans la bibliothèque «Instruments». 21

22 figure 23. schématique avec prise en compte de la propagation du signal. Paramétrez l antenne de la BTS avec un gain de 15 dbi et l antenne mobile avec un gain de 4 dbi. Pour la propagation commencez par regarder l affaiblissement direct en espace libre, c'est-à-dire configurez l élément «PropGSM» avec «type=nomultipath» et «pathloss=yes». Simulez ce système pour différentes distances entre les 2 antennes 10, 100 et 1000 m. La distance se règle dans l élément «AntMobile».Concluez. Lors de la première simulation lisez la partie fonctionnement du VSA afin d utiliser correctement cet outil (page 23). Pour une distance fixe, vous pouvez regarder ce qui se passe pour différents modèles de propagation. 22

23 Fonctionnement du VSA_89600 : Lorsque vous lancez la simulation la fenêtre suivante s ouvre : figure 24. fenêtre du simulateur VSA Cet outil d analyse est un analyseur de spectre vectoriel identique à celui que l'on peut utiliser en mesure réelle. Le menu Input permet de sélectionner si vous travaillez sur une trace enregistrée (data from recording) ou en mesure directe (data from hardware). «Range Coupling» et «Trigger» sont des paramètres qui ne sont pas réglables en simulation, avec le VSA. En mesure, par contre, ils permettent de configurer l appareil en fonction du signal mesuré (amplitude, synchronisation.) Le menu MeasSetup permet de configurer la mesure : fréquence centrale, span (plage de mesure) RBW (résolution), moyennage. Il est aussi possible dans ce menu de démoduler le signal (cf partie 3-3). Le menu Display permet de paramétrer la fenêtre d affichage. Le menu Trace permet de choisir le type de graphique tracé. 23

24 Le menu Marker permet de positionner des marqueurs et d utiliser des fonctions de calculs. Affichez une seule fenêtre d analyse à l écran («single») et sélectionnez le spectre. Pour cela cliquez sur Trace/data/spectrum. Positionnez le pointeur de la souris sur le graphe et cliquez sur le bouton droit et Y auto scale. Puis dans le menu MeasSetup réglez le span à 2 MHz, le nombre de point de mesure à 3200 et la résolution à 3KHz. Placez un marqueur sur le pic (menu Markers/search/peak). Mesurez la puissance sur une bande de 200 khz, la bande passante occupée et le rapport de puissance avec les canaux adjacents. Pour cela allez dans le menu Markers/calculation, une fenêtre s ouvre, configurez les trois calculs de la manière suivante : 24

25 figure 25. fenêtre de paramétrage des calculs Une fois ces paramètres réglés vous devez obtenir l écran suivant avec le spectre et les résultats des calculs en dessous de la courbe. GSM). figure 26. spectre avec l OBW et l ACPR Comparez les résultats de l ACPR avec la norme GSM (cf figure 27 tableau norme 25

26 figure 27. ACPR norme GSM Rajoutez un modèle de propagation urbain et relancez les mêmes simulations (pour ces 3 distances). Que constatez-vous? A une distance fixe, (par exemple 500m) vous pouvez comparer le spectre pour différents modèles de propagation. 3.3 Analyse d une trame TDMA Rappel : Définition des slots et des trames pour la norme GSM. figure 28. définition des trames GSM. 26

27 Copiez le projet ads2003c\examples\gsm\measurement_tch (utilisez copy project) sous votre répertoire. Les deux pages suivantes représentent la schématique complète du système. 27

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30 Avant d analyser ce système, regardez comment la trame est constituée (durée des slots, composition des slots ). Simulez le système pour différentes configurations (en désactivant certains slots). Lors de la simulation vous visualiserez le diagramme de l œil et la constellation directement sur des fenêtres de visualisation. Une fois la simulation terminée ouvrez les fichiers data set correspondant et analysez le spectre et le signal en bande de base. Commentez les résultats. L analyse du signal va maintenant être effectuée en démodulant le signal à l aide de l analyseur VSA Modifiez la schématique comme indiqué sur la figure 29 suivante : figure 29. schématique modifiée Effectuez la simulation, la fenêtre d analyse du VSA s ouvre. Dans le menu MeasSetup, sélectionnez Demodulator/DigitalDemod. Ensuite toujours dans le menu MeaSetup cliquez sur Demod properties, la fenêtre de paramétrage de la démodulation apparaît. 30

31 Dans Format, cliquez sur Preset to Standard et selectionnez cellular/gsm. Dans Search décochez Pulse Search et activez Sync search. figure 30. fenêtre de paramétrage de la démodulation. Changez l affichage en choisissant 4 fenêtres avec la configuration grid 2x2. Normalement vous devez obtenir l écran suivant avec la constellation, le spectre, le vecteur erreur et un tableau récapitulatif de la qualité de la transmission (erreur de phase, amplitudes ). figure 31. fenêtre d analyse du simulateur. 31

32 Les tableaux suivants présentent quelques définitions des calculs effectués par le logiciel. Pour plus de détails sur le fonctionnement du 89600, une aide est disponible en cliquant sur Help/tutorials. 32

33 Regardez les différents types de diagrammes disponibles. 33

34 3.4 Analyse d un signal GSM pour une liaison montante et descendante. Dans cette partie, vous étudierez deux sources GSM. La première génère un signal au format GSM d une liaison montante (mobile vers station de base), la seconde délivre un signal suivant le format descendant. Créez un nouveau projet. Analyse de la voie montante : Dans la fenêtre «schématique», prenez la source GSM qui se trouve dans : DesignGuide\RFsystem\Additional Analog/RF Sources\ GSM/EDGE \reverse Link (GSM) (barre des taches en haut de la fenêtre schématique) Expliquez le fonctionnement de ce composant. Un descriptif de ce composant est détaillé pages Ouvrez la fenêtre d analyse et les différentes courbes et équations. Simulez le système pour différentes configurations (avec et sans saut de fréquences, différents trafics ) 34

35 Component Name: GSM_EDGE_Uplink_GMSK_Src Parameter(s): (name: description, type, range of usage) Carrier_Freq: The center frequency of the output RF spectrum (if frequency hopping is not used, Carrier_Freq is the carrier frequency of the modulated signal), real. Pav: Relative average output power of the modulator, real. Slot_x: Specifies whether a data burst is to be transmitted within slot x of each frame. Use a 1 for a full-rate channel, 2 for a halfrate channel on sub-channel 0, 3 for a half-rate channel on subchannel 1, and 0 for no traffic, integer, >= 0 and <= 3. TSC_Num: The training sequence code that is inserted into each data burst, integer, >= 0 and <= 7. Symbol_Rate: The modulation symbol rate. This design and its sub-designs expect a symbol rate of ksym/s, real, > 0. Frequency_Hop: Enables or disables frequency hopping, string, "Yes" or "No". Mobile_Allocation: Specifies the number of RF channels utilized for frequency hopping, integer, >= 1 and <= 64. Channel_Spacing: The frequency difference (measured in terms of 200 khz channels) between the channels making up the Mobile_Allocation, integer, > 1. Hopping_Sequence_Num: The hopping sequence number, integer, >= 0 and <= 63. Mobile_Allocation_Offset: The RF channel index offset for this mobile, integer, >= 0 and <= (Mobile_Allocation - 1). Delay_Time: The first TDMA frame begins precisely 6 modulation symbol periods after Delay_Time, real, >= 0. Input(s): None. Output(s): Modulated GMSK signal, ports 1 and 2. Description: GSM_EDGE_Uplink_GMSK_Src generates a TDMA GMSK modulated user/mobile station (MS) signal. This component is intended for use with envelope simulations. GSM utilizes an 8 slot frame to implement TDMA. Each slot has a duration of symbol periods. The slots of a frame are identified as slot zero through seven. A single physical channel is equivalent to the same slot of each frame being utilized to transmit a data burst. A MS may be allocated one or more physical channels, depending upon the uplink data bandwidth required by the MS. The symbol periods of a slot include a guard period that is at least 8.25 symbol periods in duration and tail bits/symbol periods that precede and follow the portion of the slot during which useful data is transmitted. See section 5 of [1] for an overview of the TDMA aspect of the GSM system. In regard to this component, the number of physical channels that will form the transmitted MS signal depends upon the Slot_x parameters. If the Slot_x parameter is set to 1, a full-rate traffic channel is allocated to slot x. If Slot_x is set to 2 or 3, a half-rate traffic channel is allocated to slot x, with a 2 corresponding to sub-channel 0 and a 3 to subchannel 1. If Slot_x is set to 0 no traffic is allocated to slot x. Although the GSM system utilizes four different types of data bursts for transmission during a slot (namely: Normal, Frequency Correction, Synchronization, and Access Bursts), this component only implements a Normal Burst. See section 5.2 of [2] (and the GSM_EDGE_Uplink_GMSK_IQ design) for more information. The GSM system utilizes channels having a bandwidth of 200 khz. If frequency hopping is not enabled, the Carrier_Freq parameter specifies the carrier frequency of the generated signal. If frequency hopping is enabled, the carrier frequency of the generated signal changes from frame to frame in accordance with a frequency hopping algorithm - see section 6 of [1] for an overview of frequency hopping and section 6.2 (specifically, 6.2.3) for details of the frequency hopping algorithm. The number of channels utilized when frequency hopping is enabled is determined by the Mobile_Allocation parameter. For example, if the Mobile_Allocation parameter is set to N, the transmitted signal will hop amongst N 200 khz wide channels whose centre frequencies are separated from one another by 200 khz x Channel_Spacing. If N is an even number, the Carrier_Freq parameter specifies the mid-point of the band of N channels; whereas, if N is an odd number, the Carrier_Freq parameter specifies the center frequency of the center channel of the band of N channels. The GSM_EDGE_Uplink_GMSK_Src component is able to operate with 4, 8 or 16 samples per modulated symbol. The number of samples per modulated symbol will depend upon the size of the time-step of the simulation. If frequency hopping is no enabled 4 samples per symbol can be used, however, if frequency hopping is enabled, 8 or 16 samples per symbol will have to be used, with reference to the value of the Mobile_Allocation parameter. A quadrature modulator is used here to implement GMSK. The GSM_EDGE_Uplink_GMSK_IQ sub-component generates the required I and Q modulating signals. See the GSM_EDGE_Uplink_GMSK_IQ sub-component for more information. GMSK modulation as implemented here is described in section 2 of [4]. Besides the limitations described above, this component does not implement the logical channel combinations and mapping described in section 6.5 of [2], or those aspects of the specifications describing the cordless telephone system (CTS) and COMPACT mode. All references are to Release 5 of the following GSM/EDGE specifications: [1] 3GPP TS V5.3.0 ( ) "Physical Layer On the Radio Path" [2] 3GPP TS V5.5.0 ( ) "Multiplexing and Multiple Access On the Radio Path" [3] 3GPP TS V5.5.0 ( ) "Channel Coding" [4] 3GPP TS V5.0.0 ( ) "Modulation" (Note: this document states that it is from Release 4, however its version indicates that it is from Release 5, and the 3GPP document status table states that it is from Release 5) [5] 3GPP TS V5.3.0 ( ) "Radio Transmission and Reception" A helpful document for interpreting the above specifications is [6] 3GPP TR V5.3.0 ( ) "Vocabulary for 3GPP Specifications" The timing of the output signal is referenced to the start of the first frame (or part thereof) transmitted. The start of the symbol period of the first symbol (the first tail bit/symbol period) of slot zero is precisely 6 symbol periods after Delay_Time. The power of the transmitted signal is ramped up and down over the course of three bit/symbol periods just before the start of the data burst and after the data burst. The Normal Burst has a duration of 148 symbol periods, including the tail bits/symbols at the start and end of the burst. During the ramp up and ramp down dummy bits are used to determine the output state of the modulator. The shape of the ramp up and ramp down is derived by time windowing the modulator output with a raised cosine window. Each normal burst transmitted includes an embedded training sequence code. The same training sequence code is embedded within all bursts that are transmitted. The training sequence code is specified by the TSC_Num parameter and is selected from a family of 8 (indexed 0 through 7) different codes. See section 5.2 of [2]. The data portion of each normal burst is generated randomly using an independent identically distributed number gnerator. 35

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