Implementación y evaluación de algoritmos de sincronismo de símbolo en un receptor digital

Abstract

Este proyecto pretende analizar el potencial docente de la SDR ADALM-Pluto en el ámbito de asignaturas de señales y sistemas, teoría de la comunicación y procesamiento digital de señales. Para ello, se han realizado distintos experimentos de transmisión y recepción de señales con este dispositivo. Estos se han centrado en la implementación de un sistema de comunicaciones analógico basado en un módem AM y un sistema de comunicaciones digital basado en un modulador BPSK. En concreto, en el sistema digital, se ha diseñado también un receptor que incorpora funcionalidades de sincronismo de portadora, de trama y de símbolo. Este último ha sido el foco central del proyecto. Los algoritmos de sincronismo de símbolo evaluados han sido el de cruce por cero y los planteados por Gardner y “Müller y Mueller”. Los resultados de la transmisión y recepción de señales utilizando la SDR se han analizado mediante la SNR para el caso analógico y la BER para el caso digital. Asimismo, para evaluar cómo los algoritmos de sincronismo de símbolo mejoran la recepción de la señal, se han utilizado medidas estadísticas como el error cuadrático medio. En concreto se ha demostrado la mejora de la SNR en el sistema analógico empleando ganancias de -10 dB en el transmisor y 10 dB receptor. Además, se ha comprobado que es preferible el uso de factores de roll-off pequeños en algoritmos como el de Müller y Mueller, mientras que un factor de roll-off alto disminuye el error de temporización en el caso de algoritmos como el de cruce por cero y el de Gardner.

This project aims to analyze the teaching potential of the ADALM-Pluto SDR in the context of courses on signals and systems, communication theory, and digital signal processing. To this end, various signal transmission and reception experiments have been carried out using this device. These experiments focused on the implementation of an analog communication system based on an AM modem and a digital communication system based on a BPSK modulator. Specifically, in the digital system, a receiver was also designed, which incorporates carrier, frame, and symbol synchronization functionalities. The latter has been the main focus of the project. The evaluated symbol synchronization algorithms include the zero-crossing method and those proposed by Gardner and “Müller and Mueller.” The results of the signal transmission and reception using the SDR were analyzed using the SNR in the analog case and the BER in the digital case. Furthermore, to assess how the timing synchronization algorithms improve signal reception, statistical measures such as the mean squared error were used. In particular, the improvement of the SNR in the analog system was demonstrated by using gains of -10 dB at the transmitter and 10 dB at the receiver. Additionally, it was found that the use of small roll-off factors is preferable for algorithms such as the Müller and Mueller method, whereas a high roll-off factor reduces timing error in algorithms such as the zero-crossing and Gardner methods.