Desarrollo de una interfaz para simulación de modulaciones digitales utilizando lenguaje de programación python

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Resumen

In this project a software-based interface is developed to simulate a signal modulation system using the Python programming language, to which different steps are added to simulate the transmission and reception of the modulated signal, obtaining a telecommunication system composed of the following stages: conditioning of the signal to be modulated (in this case the signal is a vector of size N of random binary numbers), information coding, signal modulation, transmission in a channel (in this case white Gaussian noise channels with different Eb/No ratio are used), in reception a filter coupled to the demodulator, and finally a decoder. The reception, a filter coupled to the demodulator, and finally a decoder. The development of the project was done with the libraries: NummPy to perform the mathematical processes, SciPy and Commpy to calculate the model of the modulator and demodulator, also to implement filters and add the modulated signal to the white Gaussian noise channel. In addition, the WxPython library was used to create the user interface that allows selecting the modulation type between M-PSK, GMSK and M-QAM. Thus, within the menu of each modulation it is possible to vary the number of bits to transmit, the roll off factor for the filters, select the number of symbols of the modulation (M-PSK and M-QAM) and finally with the Matplotlib library the different graphs are plotted, such as the binary signal in transmission and reception, the modulated signal, the influence of the white Gaussian noise channel on the signal, filters, constellation diagrams in transmission and reception, the BER (Bit Error Rate) vs Eb/No (Energy per bit / noise power spectral density) plot, and the comparison of the binary information at the transmitter with the binary information at the receiver.

Descripción

En este proyecto se desarrolla una interfaz basada en software que permite simular un sistema de modulación de señales utilizando el lenguaje de programación Python, a este se le añaden diferentes pasos para simular la transmisión y recepción de la señal modulada, obteniendo un sistema de comunicación digital compuesto por las siguientes etapas: acondicionamiento de la señal a modular (en este caso la señal es un vector de tamaño N de números binarios aleatorios), codificación de la información, modulación de la señal, transmisión en un canal (en este caso se utiliza canales de ruido gaussiano blanco con diferente relación de Eb/No) , en la recepción un filtro acoplado al demodulador, y por último un decodificador. El desarrollo del proyecto se realizó con las librerías: NummPy para realizar los procesos matemáticos, SciPy y Commpy para calcular el modelo del modulador y demodulador, también para implementar filtros y añadir la señal modulada al canal de ruido gaussiano blanco. Además, con la librería WxPython se realizó la interfaz de usuario que permite seleccionar el tipo de modulación entre M-PSK Y M-QAM. Así, dentro del menú de cada modulación se permite variar el número de bits a transmitir, el factor de roll off (Este factor indica el porcentaje de ancho de banda que excede la señal de coseno realzado con respecto a el ancho de banda que ocuparía el pulso rectangular por referenciar) para los filtros, seleccionar el número de símbolos de la modulación (M-PSK y M-QAM) y por último con la librería Matplotlib se grafican las diferentes señales, como la señal binaria en transmisión y recepción, la señal modulada, la influencia de la señal de ruido gaussiano blanco en la señal modulada, filtros, diagramas de constelación en transmisión y recepción, la gráfica de la BER (Tasa de Error por Bit) vs Eb/No (Energía por bit / densidad espectral de potencia de ruido), y la comparación de la información binaria en el transmisor con la información binaria en el receptor.

Palabras clave

Modulación digital, PSK (Phase Shift Keying), Python, QAM (Quadrature Amplitude Modulation), Radiocomunicación, Simulación

Materias

Tecnología en Electrónica - Tesis y disertaciones académicas , Modulación (Electrónica) , Modulación digital , Python (Lenguaje de programación de computadores) , Teoría de las señales (Telecomunicaciones) , Radiodifusión digital

Citación