Code Composer Studio (CCS)

O CCS fornece um ambiente integrado de desenvolvimento (IDE - Integrated Develop- ment Environment ) para incorporar as ferramentas de software. O CCS inclui ferramentas para a gera¸c˜ao de c´odigo, como um compilador C, um montador e um linker. Tem capa- cidades gr´aficas e suporte para depura¸c˜ao em tempo real, fornecendo uma ferramenta de f´acil manuseio para criar e depurar programas. O compilador C compila um programa fonte em C com a extens˜ao “.c”para produzir uma fonte em assembly com extens˜ao “.asm”. O assembler gera, a partir do arquivo assembly, um arquivo na linguagem de m´aquina com extens˜ao “.obj”, chamado “object file”. O linker combina “object files”e bibliotecas (“object libraries”) para produzir um arquivo execut´avel na extens˜ao “.out”. Este arquivo representa um arquivo execut´avel popular em sistemas baseados em Unix e adotado por v´arios fabricantes de processadores de sinal digital (objeto COFF - Common Object File Format ). Este arquivo execut´avel pode ser carregado e executado diretamente sobre o processador C6713 (CHASSAING, 2005).

A an´alise em tempo real pode ser realizada utilizando o RTDX (anexo B). O RTDX permite a troca de dados entre o PC e a plataforma DSP atrav´es do CCS, tendo a an´alise avaliada em tempo real, ou seja, sem a interrup¸c˜ao no processamento do DSP.

21

4

Metodologia

Este cap´ıtulo descreve a metodologia empregada na elabora¸c˜ao, implementa¸c˜ao em DSP e caracteriza¸c˜ao dos subsistemas DS/CDMA.

Todas as simula¸c˜oes e implementa¸c˜oes realizadas neste trabalho s˜ao baseadas no M´etodo de Simula¸c˜ao Monte Carlo (MCS - Monte Carlo Simulation), ver anexo D. As es- timativas da quantidade de trials a serem transmitidos, ou seja, o n´umero de ciclos (cada ciclo transmite um bit de cada usu´ario), foi feita considerando o n´umero de erros estima- dos no Single-User Bound (SuB). Para maiores informa¸c˜oes, ver anexo E. Considera-se K como o n´umero de usu´arios e N o ganho de processamento.

4.1

Transmissor-Detector Convencional em Banda Base

para Sistema DS/CDMA

Este sistema ser´a tanto implementado em DSP como parte do 1-LS-MuD quanto descrito em linguagem MATLAB com a fun¸c˜ao de gerar, atrav´es de simula¸c˜oes, as figuras de m´erito. Por´em, somente o vetor `a sa´ıda do CD descrito em linguagem Matlab ser´a analisado. Os resultados servir˜ao como base comparativa para simula¸c˜oes posteriores neste trabalho.

Como j´a foi citado neste trabalho, o sistema DS/CDMA considerado ´e feito em banda- base em canal AWGN s´ıncrono e n˜ao seletivo em frequˆencia utilizando-se de sequˆencias de espalhamento aleat´orias. A detec¸c˜ao convencional ´e feita por um decisor abrupto. A figura 4.1 mostra um diagrama do sistema desenvolvido em MATLAB. Em (a) tem-se a gera¸c˜ao do bit de informa¸c˜ao de cada usu´ario, feito atrav´es do comando “randsrc”que gera aleatoriamente com igual probabilidade bits “1”ou “-1”, ou seja, na forma bin´aria bipola- rizada; em (b) ´e realizado o espalhamento dos bits de informa¸c˜ao atrav´es das sequˆencias de espalhamento aleat´orias que s˜ao geradas com o mesmo comando “randsrc”; em (c) ´e adicionado o ru´ıdo AWGN, gerado usando-se o comando “normrnd”que utiliza o desvio padr˜ao (σn) como parˆametro de entrada; em (d) ´e feito o receptor convencional, sendo que

4.2 Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sistema DS/CDMA 22

o decisor abrupto ´e realizado por um comando espec´ıfico do software chamado “sign”que retorna o valor “1”se o valor for maior que 0 e “-1”caso seja menor que 0 e em (e) o vetor de bits gerados na sa´ıda do detector convencional abrupto ´e, ent˜ao, comparado ao vetor de bits da informa¸c˜ao e atrav´es do uso do comando “biterr”para a gera¸c˜ao da BER. Este comando necessita que os valores estejam na forma de bits “1”ou “0”.

Figura 4.1: Sistema DS/CDMA de Transmiss˜ao-Recep¸c˜ao Convencional implementado no MATLAB.

4.2

Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sis-

tema DS/CDMA

Este sistema ter´a duas abordagens diferentes: o primeiro ser´a descrito inteiramente em linguagem MATLAB para servir de base comparativa. Por´em, o enfoque nesta se¸c˜ao ser´a dado ao segundo sistema que ser´a parte em MATLAB e parte em DSP via CCS. Na implementa¸c˜ao feita em CCS, para ser processada no DSP, emprega-se a linguagem C. Foram criadas fun¸c˜oes espec´ıficas para adi¸c˜ao, multiplica¸c˜ao de matrizes, como tamb´em, uma fun¸c˜ao com o algoritmo 1 − opt LS. Todas estas fun¸c˜oes foram armazenadas em uma biblioteca que ´e adicionada ao projeto do CCS. A figura 4.2 ilustra um diagrama do sistema MATLAB/DSP desenvolvido. Nesta figura ´e omitido o bloco de recep¸c˜ao em Matlab que serve de base comparativa com o 1 − opt LS-MuD processado em DSP.

A comunica¸c˜ao e transferˆencia de dados, entre MATLAB e CCS ´e feita atrav´es do RTDX, sendo que, o CCS comunica-se com a plataforma do DSP C6713. Portanto, pode ser dita que a comunica¸c˜ao est´a sendo feita entre o MATLAB e o DSP. O CCS recebe o

4.2 Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sistema DS/CDMA 23

Figura 4.2: Sistema DS/CDMA Transmissor - LS-MuD implementado em MATLAB e DSP.

sinal transmitido oriundo do MATLAB para ser processado no DSP, ´e realizado primeiro est´agio do MFB e em seguida o decisor abrupto, que ´e enviado ao bloco contendo o algoritmo de busca local 1-´otimo. O vetor solu¸c˜ao na sa´ıda do algoritmo heur´ıstico (ϑbest) ´e enviado novamente ao MATLAB, onde ser˜ao calculados a BER, o tempo computacional e geradas as figuras de m´erito. A figura 4.3 ilustra os principais processos envolvidos neste sistema.

O fluxograma da figura 4.4 descreve detalhadamente cada passo desenvolvido na im- plementa¸c˜ao em DSP do sistema Transmissor/1 − opt LS-MuD. Neste fluxograma ´e in- clu´ıdo o bloco de detec¸c˜ao 1 − opt LS-MuD realizado em Matlab para servir de base comparativa junto ao vetor-solu¸c˜ao do mesmo detector processado em DSP. Os processos marcados com “(DSP)”ao fim da descri¸c˜ao s˜ao processos efetuados no DSP.

A configura¸c˜ao das liga¸c˜oes de tr´afego de dados do RTDX empregada neste trabalho ´e descrita na figura 4.5. O host ´e o computador e o target ´e a plataforma do DSK C6713. O aplicativo-cliente no host ´e o Matlab e o dispositivo de destino no target ´e o processador DSP. Nesta configura¸c˜ao, a cria¸c˜ao e habilita¸c˜ao dos canais de entrada e sa´ıda do RTDX devem ser feitas em ambos aplicativos; Matlab e CCS. Uma vez criados, os canais podem transmitir dados do aplicativo-cliente para o dispositivo de destino e vice-versa. Por´em, o processador DSP deve estar rodando para que seja poss´ıvel esta troca de dados em tempo- real onde n˜ao h´a interrup¸c˜ao de seu processamento. Quando um comando de recep¸c˜ao de dados via RTDX ´e executado, h´a uma pausa na execu¸c˜ao do c´odigo at´e que um comando de escrita de dados seja executado no outro lado da comunica¸c˜ao RTDX.

4.2 Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sistema DS/CDMA 24 Geração dos Dados de Informação e Seq. de Espalhamento Aleatórias Espalhamento Espectral dos Dados de Informação e Adição do Ruído AWGN

Filtro Casado à Seq. de Espalhamento Decisor Abrupto Algoritmo 1-opt LS Vetor solução do 1-opt LS-MuD Cálculos da BER e Figuras de Mérito: Eb/N 0[dB] x BER L x BER NFR x BER R T D X

MATLAB

DSP/CCS

Figura 4.3: Diagrama de blocos do sistema DS/CDMA com LS-MuD implementado em MATLAB e DSP.

Alguns comandos de recep¸c˜ao e envio de dados via RTDX no CCS que s˜ao utilizados neste trabalho podem ser vistos na figura 4.6. S˜ao exibidos os comandos de recep¸c˜ao da matriz de sequˆencias de espalhamento de cada usu´ario ativo, da matriz de gera¸c˜ao dos vetores-candidatos (“flipagem”) para distˆancia de Hamming igual a 1 e do vetor contendo as amplitudes do sinal de cada usu´ario. Os comandos de envio exibidos referem- se, respectivamente, ao vetor-solu¸c˜ao do 1 − opt LS e ao contador de itera¸c˜oes do mesmo. Alguns comandos de recep¸c˜ao e envio de dados via RTDX no Matlab que s˜ao utilizados neste trabalho podem ser vistos na figura 4.7. S˜ao exibidos os comandos de envio da matriz de sequˆencias de espalhamento de cada usu´ario ativo, da matriz de gera¸c˜ao dos vetores- candidatos para distˆancia de Hamming igual a 1 e da matriz de amplitudes do sinal de cada usu´ario. Os comandos de recep¸c˜ao exibidos referem-se, respectivamente, ao vetor- solu¸c˜ao do 1 − opt LS e ao contador de itera¸c˜oes do mesmo realizadas no processamento em DSP.

4.2 Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sistema DS/CDMA 25 Início Geração de Sequências de Espalhamento Aleatórias de dimensão K x N Cálculo da matriz de Amplitudes, potência do ruído e Single-user Bound ( SuB ) baseados

na Eb /No[dB]

trials : processados

= estimados Aquisição dos Parâmetros

de Entrada K, N, Eb /No[dB], n_erros Geração de um bit de informação para cada usuário ativo Amplificação , Espalhamento Espectral

e Soma dos sinais de todos usuários ativos

Adição do ruído AWGN para geração do sinal a

ser transmitido Transmissão via RTDX ( Matlab para

CCS) da Matriz das Sequências de Espalhamento e de flipagem ( Distância de Hamming igual a 1)

Geração do arquivo em linguagem C contendo os parâmetros de entrada Compilação do projeto no CCS; Criação e Habilitação dos canais RTDX; Carregamento e início do processamento no DSP Transmissão via RTDX ( Matlab para CCS) do sinal transmitido Filtro Casado à réplica

da seq . de espalhamento de cada

usuário

( DSP )

Estimativa do número de trials a ser processado de acordo com o valor de

n erros ( Método Monte-Carlo) Decisor Abrupto ( DSP ) Algoritmo heurístico 1-opt LS ( DSP ) Transmissão via RTDX ( CCS para Matlab ) do vetor solução do 1-opt LS Armazenamento dos dados de informação Retornar Sim Filtro Casado à réplica da seq . de espalhamento de cada usuário Decisor Abrupto Armazenamento do vetor à saída do Decisor Abrupto Ciclo de Transmissão - Recepção Ciclo de Transmissão - Recepção Cálculos da BER do CD, 1-opt LS- MuD teórico e processado em DSP Geração das Figuras de Mérito Fim Algoritmo heurístico 1-opt LS Armazenamento do vetor - solução teórico ( Matlab ) e processado em DSP do algoritmo 1-opt LS

Não

Incrementa trial

processado

Figura 4.4: Fluxograma descrevendo a metodologia empregada na implementa¸c˜ao em DSP do sistema DS/CDMA Transmissor/1 − opt LS-MuD.

4.2 Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sistema DS/CDMA 26

Matlab

Code Composer Studio

RTDX Host Library Embedded IDE Link CC

(COM Interface) Computador DSP TMS320C6713 RTDX Target Library Plataforma C6713 J T A G I n te r fa c e

Figura 4.5: Configura¸c˜ao das liga¸c˜oes de tr´afego de dados do RTDX empregada neste trabalho.

4.2 Transmissor 1-LS-MuD em Banda Base para Sistema DS/CDMA 27

Figura 4.7: Alguns dos comandos de escrita e leitura de dados do canal RTDX no Matlab.

28

5

Avalia¸c˜ao do Crit´erio de Parada

do Algoritmo 1 − opt LS

Devido a sua estrat´egia simples, o algoritmo de busca local possibilita simplifica¸c˜oes e in´umeras mudan¸cas em sua estrat´egia. ´E o caso deste trabalho, conforme foi citado na se¸c˜ao 2.3.1. Foi considerada uma estrat´egia adicional no intuito de fugir de m´aximos locais. Neste cap´ıtulo, ser˜ao feitas simula¸c˜oes no intuito de encontrar o melhor crit´erio de parada para o 1 − opt LS-MuD.

5.1

N´umero de itera¸c˜oes fixo do 1 − opt LS-MuD

Nesta se¸c˜ao, foram feitas duas simula¸c˜oes da BER em rela¸c˜ao ao n´umero de itera¸c˜oes usado no algoritmo 1 − opt LS. Busca-se nestas simula¸c˜oes o n´umero de itera¸c˜oes ne- cess´arias para que o algoritmo atinja a convergˆencia para o vetor-solu¸c˜ao final.

Figura 5.1: Parˆametros de entrada da 1a _{simula¸c˜ao - Itera¸c˜oes LS x BER}

Percebe-se, na 1a _{(figura 5.2) e 2}a _{(figura 5.5) simula¸c˜oes, que a estrat´egia adicional}