Implementación sobre FPGA y front-end analógico de un sistema de comunicación de radio definida por software (SDR): transceptor QAM y PSK

Título

Implementación sobre FPGA y front-end analógico de un sistema de comunicación de radio definida por software (SDR): transceptor QAM y PSK

Colaborador

Belaustegui Goitia, Carlos Fernando
Giordano Zacchigna, Federico

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2020

Extensión

98 p.

Resumen

En esta memoria se presentan los resultados del trabajo desarrollado en el marco de una tesis de grado de la carrera de Ingeniería Electrónica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires. La temática del trabajo es el diseño, la implementación, la verificación y la caracterización de un Transceptor (Transceiver) digital inalámbrico. Se desarrolla junto con el grupo SDR (Software Defined Radio: Radio Definida por Software) del Laboratorio de Sistemas Embebidos (LSE). La implementación del sistema es puramente con fines académicos y de investigación. El objetivo principal de este trabajo es la correcta implementación del Transceptor, con todo lo que esto implica: entender todos los componentes necesarios para realizarlo de manera exitosa, incluyendo componentes de hardware disponibles (con los procesos de ingeniería inversa necesarios) y el manejo del software. Como meta principal se fijó lograr la comunicación exitosa de datos de un punto a otro a utilizando el Transceptor. El diseño del sistema se abordó buscando que fuera simple y realizable, pero funcional a la vez. Un Transceptor básicamente debe enviar y recibir datos, y ser relativamente inmune a perturbaciones del medio. Durante la realización de esta tesis se estudiaron diversos temas de comunicaciones digitales: espacio de señales, banda base, modulaciones, codificaciones, sincronización. Luego también se profundizó sobre FPGAs y HDL. Esta memoria además resume todas las actividades realizadas, los problemas encontrados, las soluciones planteadas y los resultados obtenidos a lo largo del desarrollo del proyecto. A continuación se enumeran las etapas e hitos principales principales. Investigación y búsqueda bibliográfica y de herramientas de diseño Fue necesario el estudio de varios temas de comunicaciones digitales teóricos y prácticos. También hubo un proceso de aprendizaje más profundo de diseño digital, particularmente en lenguaje VHDL, incluyendo el manejo de la Suite de Vivado. Por último, se investigó sobre el hardware disponible para el objetivo planteado. Diseño e implementación Se decidió implementar finalmente el sistema en una placa de desarrollo con una FPGA y un front-end analógico preparado para la emisión de RF a partir de datos digitales. La implementación en FPGA permite una versatilidad en el diseño que es especialmente útil para la caracterización del sistema. El diseño en la FPGA debe incluir todos los componentes necesarios para hacer de interfaz transparente entre el front-end y la fuente de datos. Verificación, validación y caracterización Para la verificación y la validación del Transceptor diseñaron varias etapas de pruebas. Durante la etapa de diseño e implementación, se realizaron simulaciones algorítmicas para verificar el sistema. Más adelante, con el código VHDL, se simuló el sistema a Nivel de Transferencia de Registros (RTL, del inglérs Register-Transfer Level). Teniendo el sistema implementado en la FPGA, se hicieron pruebas progresivas de funcionamiento: primero por dentro de la placa de FPGA (sin simulación de canal inicialmente, luego incluyéndola). Finalmente, se hicieron las pruebas utilizando el sistema completo, es decir, incluyendo el front-end analógico. Resultados y Cierre del Trabajo Finalmente se recopilaron los resultados más importantes, se obtuvieron conclusiones y se pensaron posibles mejoras y temas de interés para futuros trabajos.