O simulador implementado foi embasado em um modelo de aplicações específicas presentes nos aplicativos MATLAB® e SIMULINK®, denominado “IEEE®
802.16-2004 OFDM PHY Link, Including Space-Time Block Coding” [2]. A partir
deste modelo-base, foram realizadas diversas customizações e aprimoramentos visando atender plenamente às necessidades e requisições apresentadas por este estudo. Estas modificações concentraram-se principalmente nos processos de controle adaptativo e análise de desempenho, e serão detalhadas no Capítulo 7 e no Capítulo 8.
Assim, a etapa inicial de elaboração do simulador consistiu em uma minuciosa avaliação do modelo-base, buscando identificar os pontos essenciais a serem alterados, de forma a maximizar a eficiência das melhorias necessárias.
No estágio seguinte foi realizada uma tradução em linguagem de programação de todos os parâmetros previamente discutidos no Capítulo 2 - item 2.4, ou seja, dos parâmetros primitivos e derivados de determinação do símbolo OFDM estabelecidos pelo padrão IEEE 802.16-2004 [1], além dos parâmetros adicionais associados à codificação e modulação dos bits de dados, à composição do frame OFDM, ao controle adaptativo e ao desempenho global do sistema. Esta tradução foi implementada através da elaboração do programa “parametros_iniciais.m”, cujas linhas de código estão descritas no Anexo B (item B-I). O anexo também contempla todas as variáveis globais, funções lógicas e matemáticas executadas.
Para que fosse possível a configuração dos parâmetros iniciais de simulação, associados aos parâmetros primitivos e derivados estabelecidos pela norma, fez-se necessário o desenvolvimento paralelo de um dos principais blocos funcionais do simulador. Este bloco, denominado “Parâmetros de Simulação”, aciona o código de inicialização mostrado no Anexo B (item B-II) para executar o programa “parametros_iniciais.m” e preparar toda a configuração requerida para a simulação. Por meio deste bloco, é acessada a interface gráfica através da qual os parâmetros do sistema podem ser configurados de maneira interativa pelos usuários.
A partir deste ponto, teve início o processo de elaboração dos blocos funcionais que compõem o modelo em estudo. Esta etapa foi pautada pelas especificações presentes na norma [1] e pelo modelo-base [2]. A realização de constantes testes de validação e controle foi crucial para garantir a correta operação do modelo.
As customizações e aprimoramentos feitos neste simulador estão relacionados essencialmente com o objetivo de verificar o comportamento do WiMAX quando submetido a diferentes condições de operação e configuração. Estas melhorias ao modelo-base foram implementadas a partir das necessidades e demandas identificadas na fase inicial de projeto e foram fundamentais para a avaliação da performance do sistema em estudo.
A fim de permitir a análise do funcionamento do esquema de codificação e modulação, bem como sua influência no desempenho global do sistema, foi inserida a possibilidade de desabilitar o controle adaptativo previsto pela norma, tornando manual a seleção do esquema de codificação e modulação.
O estudo destes dados promoveu a obtenção de relevantes informações sobre a relação existente entre a SNR do canal de propagação e o BER fornecido pelo sistema, processo este que será amplamente discutido no Capítulo 7. Assim, foi implementada a funcionalidade de correlacionar o nível de qualidade do sinal recebido a ser assegurado pelo sistema (BERALVO) com os valores limites de SNR
utilizados pelo controle adaptativo.
Outra modificação importante foi a configuração do canal de propagação não só com base na incidência de desvanecimentos, mas levando em consideração também o tipo de ambiente e a forma de utilização da aplicação pelos usuários.
A associação da análise dos esquemas de codificação/modulação e das diferentes configurações do canal levou ao estabelecimento da funcionalidade de mitigar os efeitos do canal de propagação e dos cenários de simulação para a obtenção das taxas de erro de bit configuradas, por meio da utilização de valores customizados dos limites de SNR pelo controle adaptativo.
Adicionou-se, ainda, a seleção da direção de transmissão (uplink/downlink), que apesar de apenas alterar a geração das sub-portadoras de pilotos, garante a realização dos testes de validação tal como descrito na norma. Além disso, estabeleceu-se a possibilidade de desabilitar a equalização do sinal recebido e, assim, avaliar a influência que a interface aérea produz nos símbolos da constelação no receptor.
Com foco na análise de desempenho do sistema, programou-se o cálculo automático da taxa de transferência efetiva de dados, fornecendo valores médios e instantâneos.
A Figura 3.3 exibe a tela principal do modelo implementado. A descrição dos módulos que integram o simulador, bem como a metodologia de elaboração dos processos e blocos funcionais os compõem, será apresentada detalhadamente no Capítulo 4 (Módulo de Transmissão), no Capítulo 5 (Módulo de Canal), no Capítulo 6 (Módulo de Recepção), no Capítulo 7 (Módulo de Controle Adaptativo) e no Capítulo 8 (Módulo de Análise de Desempenho).
Com a finalidade de proporcionar uma melhor compreensão sobre as ações executadas pelo simulador, efetuou-se a descrição de sua arquitetura na forma de diagrama em blocos, utilizando a linguagem formal de descrição de sistemas digitais SDL (Specification and Description Language), na versão SDL-2000 [9].
O SDL consiste em uma linguagem orientada a objetos e com representações textuais e gráficas, originalmente elaborada para a especificação de sistemas de telecomunicações, proposta, padronizada e mantida pelo ITU (ITU-T Z100) [9].
No SDL, a estrutura de uma especificação é formada por quatro níveis hierárquicos, definidos na forma descendente (top-down), compostos por Sistema (System), Bloco (Block), Processo (Process) e Procedimento (Procedure). A notação empregada para a representação gráfica está indicada na Figura 3.4 [9].
Desta forma, a Figura 3.5 ilustra o diagrama SDL do sistema formado pelo simulador da camada física (PHY) WirelessMAN-OFDM do WiMAX. Os demais diagramas SDL, contemplando os Blocos, Processos e Procedimentos efetuados pelo simulador, serão apresentados nos correspondentes capítulos.
Figura 3.4 – Representação gráfica utilizada na linguagem SDL [8].
Figura 3.5 – Diagrama SDL do sistema referente ao simulador da camada PHY WirelessMAN-OFDM do WiMAX. [Out_Tx] Tx_Dados_Transmitidos Block Módulo de Transmissão Block Módulo Canal de Propagação [Out_Cn_Pr] Canal_de_Propagacao Block Módulo de Recepção Block Módulo de Controle Adaptativo Block Módulo de Análise de Desempenho [RateID] Controle_Adaptativo [Out_SNR_Calc] Calculo_SNR_Efetiva [Out_Var_Calc] Calculo_Variancia [Out_Rx_EVM] Rx_Magnitude_Vetor_Erro [Out_Rx_Decod] Rx_Dados_Decodificados [Out_SNR_Est] SNR_Estimado Parametros_Simulacao Desempenho_BER [Desemp_BER] [Desemp_R] Desempenho_Throughput System WiMAX_802_16_2004 SIGNAL
Min_Tbit, Max_Nspf, Tsym, Nofdm, Ntrain, Nfft, Ndata, Nused, Nsym, NTsym, dir_tx, Nguard_left, Nguard_right, pathDelays, pathGains, maxDoppler, tipo_canal, AMC, Mobilidade_usuário, ambiente_propagação, CodMod,RateID, Out_SNR_Est, Out_SNR_ Calc, Out_Var_Calc, Desemp_R (Real)
Nspf, Ncbps, Ncpc, Pshort, seq_ad_CP_Tx, seq_remocao_CP_Rx, thresholds, Out_Tx, Out_Orig, Out_Cn_Pr, Out_Rx_Decod, Out_Rx_EVM, Desemp_BER (Vector)
Bloco (Block) Sistema (System) Processo (Process) Procedimento (Procedure) Execução de tarefa Resposta Estímulo Estado Decisão . Texto Início de um procedimento Retorno do procedimento Direção do fluxo de dados Comentário Início de um processo Canal de dados [variáveis, sinais]