4. DESENVOLVIMENTO DO MODEM MULTIMODO
Com o estudo das arquiteturas mais consolidadas para moduladores e demoduladores digitais, foi dado início a implementação do modem capaz de operar nos três esquemas de modulação básicos: ASK, FSK e PSK. O desenvolvimento se deu em VHDL no software Quartus II, e a seguir este será abordado mais afundo.
O esquema geral do Modem Multimodo é composto pelo conjunto de moduladores, demoduladores e osciladores (ver Figura 28), tendo exclusivamente como entradas o Clock, os dados, a seleção (Sel) e o sinal modulado; e saídas o sinal modulado e os dados recuperados. O clock, proveniente do kit de desenvolvimento DE-0, é o sinal que irá proporcionar o sincronismo de todas as arquiteturas intrínsecas ao modem. Os dados de entrada serão utilizados para realizar o processo de modulação,que é a informação a ser transmitida. O sinal de seleção (Sel) é a variável que irá definir em qual esquema de modulação o modem vai operar a cada instante de tempo. O sinal modulado é a saída do bloco modulador e também pode ser relacionado a entrada do bloco demodulador. Os dados recuperados são os sinais provenientes da saída do demodulador, eles representam a informação recuperado após o processo de modulação e demodulação.
Figura 28 - Diagrama de blocos para o Modem Multimodo.
50 A seguir serão abordados os blocos que compõem o Modem Multimodo, assim como os esquemas de geração de dados e os conversores que permitiram os testes experimentais do sistema.
4.1. OSCILADOR LOCAL
Uma das principais estruturas que fazem parte do Modem Multimodo, o Oscilador Local (OL) é um circuito digital que a partir de um sinal de clock, gera um sinal digitalizado, ou seja, quantizado e discretizado ao longo do tempo, de formato senoidal. A Figura 29 apresenta a estrutura do OL com seus componentes internos.
Figura 29 - Diagrama do blocos do Oscilador Local.
Fonte: Autor.
A partir de uma série de pulsos (clock), o Contador realiza a soma unitária de modo a gerar em sua saída uma contagem, que por sua vez é encaminhada a uma Lookup Table (LUT). A LUT é uma matriz cujas células são endereçadas, de modo a ter em sua saída o valor presente naquela determinada célula endereçada na entrada da LUT. Para este caso do Oscilador Local, os valores presentes nas células da LUT acompanham os níveis de uma senoide digitalizada. Logo, a cada mudança de endereço (contagem gerada pelo bloco Contador), gera-se na saída um valor que ao longo do tempo forma uma senoide. A resolução de saída do OL é totalmente reconfiguravel, tendo como fator a ser levado em consideração a resolução mínima a ser definida em código de modo a obter uma forma de onda aceitável após a conversão Digital-Analógica. A resolução adotada foi de 9 bits.
4.2. MODULADOR ASK
O Modulador ASK realiza o processo de modulação pelo método de chaveamento da amplitude de um sinal senoidal. Como mostra a Figura 30, o Modulador ASK implementado
51 para compor o Modem Multimodo realiza o chaveamento por meio de um multiplexador (MUX), cujas entradas são: onda senoidal digitalizada proveniente do OL e uma string de 9 bits, todos em nível lógico baixo. Como chave de seleção, é utilizado o Dado a ser modulado. Por fim, como resultado tem-se que a cada pulso de clock, existem duas possibilidades de saída para o Modulador ASK, semelhante a modulação OOK (HAYKIN; MOHER, 2011):
string
onda senoidal de amplitude igual a zero;
modulador, de modo a representar uma onda senoidal de amplitude diferente de zero. Figura 30 - Diagrama de blocos para o Modulador ASK.
Fonte: Autor.
4.3. MODULADOR FSK
Para realização da modulação FSK, que consiste no chaveamento da frequência de uma onda senoidal mediante um sinal modulador digital, foi necessária a utilização de dois osciladores, como mostra a Figura 31. A partir da utilização de um único sinal de clock, foi realizada a divisão deste por um bloco adicional (Divisor de Frequência) que proporciona um segundo sinal de clock, porém com uma frequência de oscilação reduzida. Inserindo este segundo clock no OL 2, tem-se a seguinte situação: OL 1 com uma frequência e o OL 2 com
52 Figura 31 - Diagrama de blocos para o Modulador FSK.
Fonte: Autor.
Com a implementação lógica dos blocos descritos anteriormente, quando o dado assume assume o sinal senoidal cuja frequência é
a entrada de dados, a senoide com frequência é posta como saída para o Modulador FSK.
4.4. MODULADOR PSK
De maneira semelhante a arquitetura descrita para o Modulador FSK no sub-item 4.3., o Modulador PSK admite dois Osciladores Locais, os quais são necessários para realizar o chaveamento de fase como método de modulação, como pode ser observado na Figura 32. Em questão, o Oscilador Local 1 é dito padrão, em contrapartida, o Oscilador Local 2 possui um defasamento de 180º em relação ao OL 1.
Figura 32 - Diagrama de blocos para o Modulador PSK.
53 Os dois osciladores são multiplexados com base no sinal de dados, de modo a se obter sempre que houver uma variação de nível lógico na entrada de dados, ocorre de maneira simultânea a alternância de fase no sinal senoidal na saída do Modulador PSK.
4.5. DEMODULADOR
Para se realizar a recuperação dos dados de informação modulados, utiliza-se um Demodulador, sendo este capaz de operar com sinais modulados em amplitude, frequência e fase de forma separada. Como mostra a Figura 33. O Demodulador é constituído por quatro blocos. Um Oscilador Local é utilizado, semelhante às arquiteturas de modulação no qual se conhece a frequência e a fase de oscilação. Uma entrada de seleção (Sel.) altera certos parâmetros de funcionamento do oscilador com base no tipo de modulação em dado instante de tempo. O bloco Detector de Fase realiza uma comparação entre o sinal modulado e o sinal gerado pelo OL, de modo a proporcionar como saída uma série de pulsos sempre que houver uma diferença entre os sinais comparados. Os pulsos gerados pelo detector, são então integrados pelo Filtro Integrador afim de se gerar em sua saída um valor de contagem proporcional as divergências identificadas pelo detector. Por fim, um quarto bloco, Detector de Limiar,
demodulação.
Figura 33 - Diagrama de blocos para o Demodulador.