Regenerative damper model

Para evaluar el comportamiento del esquema de modulación diseñado se tomaron señales en puntos clave del sistema utilizando fundamentalmente el bloque Scope de Simulink y se comprobó que las mismas se corresponden con el valor teórico esperado.

La señal transmitida por el modulador 16QAM utiliza un alfabeto de 16 símbolos. El diagrama de constelación del modulador diseñado se muestra en la figura 3.7. Como se observa la señal está perfectamente definida y los valores de amplitud y fase son los correctos.

Figura 3.7. Diagrama de constelación del modulador 16QAM en Simulink.

En la figura 3.8 se puede apreciar las señales moduladas en amplitud en banda base de los canales I y Q y la señal de salida del modulador 16QAM. Los resultados son los esperados pues la señal de salida QAM cambia de amplitud y fase de acuerdo al diagrama fasorial de la figura 2.11 cuando cambia la combinación del mensaje transmitido.

Figura 3.8. Señal en banda base de los canales I y Q y salida del modulador 16QAM.

En el caso del demodulador, la señal a la salida del detector de producto (Figura 3.9) de los canales I y Q consiste en una onda sinusoidal que se le suma un nivel de corriente directa que se corresponde con el mensaje transmitido como se había demostrado en las ecuaciones (3) y (4) del capítulo anterior.

Después de filtrada la señal de salida del detector de producto de los canales I y Q se obtiene la señal mostrada en la figura 3.10. Como puede observarse la misma es similar a la señal modulada en amplitud transmitida que se muestra en la figura 3.8.

Figura 3.10. Señal a la salida del filtro paso bajo para los canales I y Q.

Como se había comentado en el capítulo anterior, la Facultad no cuenta con los conversores A/D y D/A necesarios para observar en un osciloscopio real las señales mostradas anteriormente mediante simulación. Para probar el sistema se comparó la señal aleatoria generada para la transmisión con la señal recibida a la salida del demodulador. En la figura 3.11 se muestran los resultados de la simulación en Simulink. Como puede observarse cuando se estabiliza el demodulador la señal a la salida del mismo es exactamente igual a la transmitida. Por tanto el sistema funciona correctamente y puede ser implementado en hardware.

Figura 3.11. Comparación entre la señal transmitida y la recibida mediante simulación.

Después de implementado el sistema en el kit Nexys2 y conectado el osciloscopio en los puertos correspondientes, se pudo comprobar el correcto funcionamiento de la aplicación. En la figura 3.12 se muestra en color amarillo la señal a la salida del generador y en azul la señal a la salida del demodulador. Como se puede observar hay perfecta correspondencia entre las señales transmitida y recibida.

Las señales transmitida y recibida tienen que ser iguales debido a que el canal de comunicaciones utilizado es ideal, es decir, no hay fuentes de ruido externas que pudieran introducir errores en la transmisión.

Los recursos empleados para implementar el sistema completo se detallan en la Tabla 3.3. Como se puede apreciar, la implementación consume un alto número de recursos del FPGA Spartan-3E disponible en el kit Nexys2, algo que pudiera ser un inconveniente si se desea incorporar otros módulos al diseño.

Tabla 3.3. Recursos utilizados en la implementación hardware.

Recursos Utilizado Porcentaje

Number of Slice Flip Flops 7225 77%

Number of 4 input LUTs 6089 65%

Number of occupied Slices 4179 89%

Total Number of 4 input LUTs 6535 70%

Number of bonded IOBs 155 66%

Number of RAMB16s 1 5%

Number of BUFGMUXs 1 4%

Number of MULT18X18SIOs 4 20%

La causa del agotamiento de los recursos se debe fundamentalmente a la implementación del filtro paso bajo, que consume aproximadamente el 60% de todos los recursos que consume el sistema total y entre un 36 y un 54% del total de recursos disponibles en el FPGA como puede observarse en la Tabla 3.4.

Tabla 3.4. Recursos utilizados en la implementación del filtro.

Recursos Utilizado Porcentaje Porcentaje de la implementación

Number of Slice Flip Flops 4394 47% 61%

Number of 4 input LUTs 3676 39% 60%

Number of occupied Slices 2515 54% 60%

Total Number of 4 input LUTs 3895 41% 59%

Number of bonded IOBs 85 36% 55%

3.3 Conclusiones del capítulo

En este capítulo se implementaron las aplicaciones diseñadas en el kit Nexys2 y se comprobó el correcto funcionamiento de las mismas. La facilidad que brinda el software System Generator para generar directamente el fichero para la configuración del FPGA permitió realizar todos diseños sin tener que utilizar ningún software adicional.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

En el presente trabajo se desarrollaron aplicaciones utilizando el software System Generator y se comprobó el funcionamiento de las mismas en un FPGA Spartan-3E de Xilinx. Durante su realización se arribó a las siguientes conclusiones y recomendaciones:

La amplia variedad de aplicaciones que pueden ser desarrolladas con el software System Generator demuestra lo versátil que es el mismo para la implementación de complejos sistemas digitales de forma rápida, eficiente y con un bajo costo asociado.

System Generator permite llevar a cabo todos los pasos del diseño hasta la generación del fichero de programación por lo que no se necesitan herramientas de software adicionales para desarrollar aplicaciones.

La disponibilidad de tarjetas de desarrollo como el kit Nexys2 con varias interfaces de entrada/salida facilitan la implementación y evaluación de las aplicaciones desarrolladas de forma rápida y sencilla.

Los sistemas diseñados no funcionan correctamente en hardware cuando se configuran tiempos de muestreo muy superiores al período de trabajo del FPGA en los bloques de System Generator.

La implementación de filtros de orden alto puede agotar los recursos del FPGA Spartan-3E disponible en el kit de desarrollo, por lo que en diseños donde se necesita desarrollar filtros con respuesta de frecuencia abrupta se requiere de un FPGA de mayor capacidad.

Recomendaciones

Profundizar en el estudio del software System Generator para el desarrollo de aplicaciones de mayor complejidad que abarquen el trabajo con las interfaces disponibles en el kit Nexys2.

Trabajar en la implementación de un módulo de recuperación de la portadora en el demodulador 16QAM para agregar mayor funcionalidad al sistema.

Introducir bloques que simulan un canal real de comunicaciones y evaluar el desempeño ante ruido del demodulador 16QAM diseñado.

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ANEXOS

Anexo I Recomendaciones y requerimientos de hardware y software del sistema