SEPS 2007/2008 Programa I Amostragem e aquisição de sinais: Amostragem de sinais passa-baixo Amostragem de sinais passa-banda Conversores A/D e D/A sigma-delta Processadores de sinal: Arquitecturas eficientes para processamento de sinal Representação numérica Efeito da quantificação Estudo detalhado dos processadores da Texas Instruments TMS320C5416, TMS320C6416 (fixed point) e TMS320C6713 (floating-point) e das ferramentas de desenvolvimento de programas Ambiente integrado de desenvolvimento Code Composer Studio (CCS v3.3) Sistemas de desenvolvimento DSP Starter Kit (DSK) Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 1
SEPS 2007/2008 Programa II Processamento de sinais: Processamento de sinal multi-ritmo, com ênfase na aplicação aos moduladores e desmoduladores digitais de rádio-frequência (software radio) Transformações de frequência analógico - digital Transformadas de Hilbert, discreta de Fourier, Z e de ôndulas Projecto de filtros digitais e de osciladores Malhas de captura de fase digitais e aplicações Controlo automático digital de amplitude Moduladores e desmoduladores digitais Sincronismo de portadora (fase e frequência) em sistemas de comunicação digital Filtros adaptativos: estruturas e algoritmos de adaptação Igualização adaptativa Cancelamento adaptativo de eco e de ruído Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 2
SEPS 2007/2008 Bibliografia Emmanuel Ifeachor, Barrie Jervis, Digital Signal Processing: A Practical Approach, Prentice-Hall, 2000 Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer, John R. Buck, Discrete-Time Signal Processing, Prentice- Hall, 1999. Rulph Chassaing, Digital Signal Processing and Applications with the C6713 and C6416 DSK, Wiley 2004. Thad B. Welch, Cameron H.G. Wright, Michael G. Morrow, Real-Time Digital Signal Processing from Matlab to C with the TMS320C6x DSK, CRC Press 2006. Outras partes de alguns livros Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 3
SEPS 2007/2008 Avaliação/Laboratório Realização de um trabalho (igual para todos) e de um projecto escolhido dentro de vários propostos Dois testes de igual peso e dois exames (50%). O 2º teste coincide com o 1º exame. Nota mínima em cada teste ou exame: 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Semana 25/Fev 3/Mar 10/Mar 17/Mar 24/Mar 31/Mar 7/Abr 14/Abr Lab. Trabalho (3 aulas) Entrega Entrega Laboratório (50%), nota mínima: 10 9 10 11 21/Abr 28/Abr 5/Mai Projecto (10 aulas) 1º teste: 2ª, 21 de Abril 2º teste/1º exame: sáb., 21 de Junho 2º exame: 4ª, 9 de Julho 12 13 14 15 17 12/Mai 19/Mai 26/Mai 2/Jun 16/Jun Entrega Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 4
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório I Trabalho: Gerador Digital de Funções e Filtros Digitais Os objectivos deste trabalho são a familiarização com: Processador de sinal TMS320C5x e TMS320C6x (Texas Instruments) Sistema de desenvolvimento de programas Code Composer Studio (CCS v3.3) Interface analógico e digital do DSK Realização de: Oscilador sinusoidal comandado (NCO) com base num oscilador de relaxação Modulador de fase/frequência ou de amplitude Filtros com resposta impulsional finita (FIR) e infinita (IIR) Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 5
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório III Estudo e realização de um modulador e desmodulador coerente de amplitude, fase e frequência com uma malha de captura de fase digital (DPLL) saída PM xt () Detector de fase Atraso cos(2 πf t + φˆ ) 0 saída AM Filtro de malha (passa-baixo) Oscilador controlado ε() t saída FM Realização alternativa da DPLL utilizando apenas a fase dos sinais Estudo do efeito de diferentes detectores de fase Implementar malha de 1º e de 2º ordem Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 6
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório IV Estudo e realização de um sistema de comunicação BPSK (Binary Phase Shift Keying): modulador, desmodulador e sincronizador de portadora (Costas Loop) 1 1/ f 0 t cos(2 πft+ φˆ ) 0 Filtro de malha (passa-baixo) 1 t Sinal desmodulado xt () Sinal real BPSK Oscilador controlado 0 ε() t sin(2 πft+ φˆ ) Filtro de malha (passa-baixo) Filtro de malha (passa-baixo) Realização do modulador e desmodulador BPSK Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 7
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório V Estudo e realização de um codificador e descodificador de DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) utilizando o algoritmo de Goertzel Detectar o par de frequências presente no sinal de entrada com resolução de frequência de ±1,5% Algoritmo de Goertzel: calcula de forma eficiente o valor da DFT (Discrete Fourier Transform) Implementar teste de 2ª harmónica para rejeitar sinais de voz e outros testes de robustez Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 8
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório VI Estudo e realização de um analizador de espectro e de espectrogramas baseados na transformada discreta de Fourier Potência frequência, Hz frequência Calcular Transformada discreta de Fourier (DFT) N 1 2π j nk N n= 0 Xk () = xne (), k= 0,, N 1 usando o algoritmo FFT (Fast Fourier Transform) para fazer análise espectral Calcular SFFTs (short-time FFTs) para gerar espectrogramas tempo Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 9
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório VII Estudo e realização de um estimador de fase e de frequência com estrutura não-realimentada DPhE (Digital Phasor Estimator) e aplicação na desmodulação de sinais BPSK Xf ( ) Sinal complexo 0 f 0 xt () Sinal real passa-banda f Filtro passa-banda 2()cos(2 ht πft) 0 Filtro passa-banda 2()sin(2 ht πft) 0 Estimador de ω e de φ e Sinal desmodulado j(ˆ ωt+ φˆ ) Filtros passa-banda do tipo FIR (Finite Impulse Response) Estimador com base nas amostras da fase do sinal Alternativa: estimador baseado na correlação Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 10
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório VIII Estudo e realização de um modulador de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) e de um sincronizador de frequência e desmodulador para estes sinais bits Modulador OFDM j t e ω canal Sinal OFDM com frequência corrigida Estimador de ω e j ω ˆt Modulação multiportadora muito utilizada na transmissão de áudio digital (DAB) e em ADSL Modulação/Desmodulação simples: utiliza DFT e IDFT (Inverse DFT) Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 11
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório IX Estudo e realização de um cancelador de eco adaptativo para comunicação digital em banda de base utilizando o algoritmo LMS (Least Mean Squares) bits codificador (código de linha) Filtro adaptativo (LMS) D/A Filtro ht () t Circuito híbrido sinal TX linha telefónica (2 fios) sinal recebido "sem" eco A/D Filtro sinal RX cancelamento digital do eco hr( t) Eco! Filtro adaptativo: estrutura transversal de resposta impulsional finita (FIR) Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 12
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório X Sincronizador de símbolo sem realimentação para comunicação digital Corrector digital da fase de amostragem com interpolação digital Efeitos sonoros para sinais de áudio: noise-gate, distorção, reverberação, eco digital, etc Realização e caracterização de um oscilador digital reportado no artigo: A High Quality Analog Oscillator Using Oversampling D/A Conversion Techniques, TCAS-II, Vol.1 N.7, 1994 Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 13
SEPS 2007/2008 Trabalhos de Laboratório XI Projecto (2 grupos): Realização de um modem BPSK para comunicação digital. Emissor: scrambler, modulador BPSK (sem/com formatação de impulso). Receptor: desmodulador coerente (Costas Loop), recuperação de sincronismo de bit, descrambler. Projecto (2 grupos): Realização de um sistema de detecção da localização de orador e de beamforming utilizando um agregado de 4 microfones. Algoritmo de detecção baseado na correlação dos 4 sinais. Algoritmo de beamforming baseado num combinador delay-and-sum. Gonçalo Tavares, Moisés Piedade, 2008 14