University of Oulu

Integration of agile RF front end to FPGA development board

Saved in:
Author: Rauhanummi, Mikko
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Computer Science and Engineering, Computer Science and Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201310291820
Language: English
Published: Oulu : M. Rauhanummi, 2013
Publish Date: 2013-11-01
Physical Description: 70 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Saarnisaari, Harri
Reviewer: Hannuksela, Jari
Saarnisaari, Harri
Description:
Developing wireless communication standards and applications grows need for a flexible wireless testbed. Software defined radio platforms have programmable hardware and software, so they are easy to use for the rapid development of wireless communication algorithms. The software defined radios could be considered as the state-of-the-art wireless transceivers that can be used to run next-generation wireless applications. The scope of this thesis is to study the use of the Xilinx ML605 development platform and the Nutaq Radio420S radio card integration as the software defined radio platform. This work tries to combine the processing power of the ML605 Virtex-6 FPGA to the agile and the broadband RF front end of Nutaq Radio420S. This combined platform formed by these two can be used as a modern software defined radio solution for developing and testing the wireless communication algorithms in practice. This thesis represents an idea of the software defined radio, starting from the early adaptations to the today's modern software defined radio platforms. The use of Xilinx ML605 and Nutaq Radio420S integration was studied in both aspects, a real-time and an offline data processing. As the offline solution, WARPLab made by Rice University, was ported to the new platform. The WARPLab concept is to pre- and post-process the real-time wirelessly transmitted data using Matlab. The implemented real-time applications that were an automatic gain control (AGC) and a spectrum sensing method called localization algorithm based on double-thresholding (LAD) with an adjacent cluster combining (ACC). The AGC was implemented for the future physical layer application development and the LAD ACC spectrum sensing method was implemented by thinking of the future cognitive radio solution that takes advantage of the opportunistic spectrum usage. During the implementation phase, the Xilinx tool set was used to create and modify the digital logic of the physical layer. The control software was written in C and the end-user's client was made by using scripting language of the Matlab. The final design was verified with the real-life measurements. Each part of the implemented system were tested individually, to be sure that the system worked as expected. The future development and the possible improvements of platform and the implemented system were discussed based on the real-life measurements.
see all

Tietoliikennestandardien ja sovellusten kehitystyö on kasvattanut tarpeen helppokäyttöiselle langattomalle testialustalle. Ohjelmistoradioissa on uudelleenohjelmoitava ohjelmisto ja laitteisto, joten ne soveltuvat hyvin langattomien tietoliikenne algoritmien kehitystyöhön. Ohjelmistoradiot ovat kehittyneimpiä langattoman tietoliikenteen lähetin-vastaanotin ratkaisuja, joita voidaan käyttää tulevaisuuden standardien ja sovellusten kehitys ja testaustyössä. Tässä työssä tutkitaan Xilinxin ML605 kehitysalustan ja Nutaqin Radio420S radiokortin käyttöä ohjelmistoradiona. Työn tarkoitus on yhdistää ML605:n Virtex-6 FPGA-piirin laskentatehokkuus Nutaqin Radio420S radiokortin laajakaistaiseen ja joustavaan RF-etupäähän. Tämä mahdollistaa alustan käytön nykyaikaisena ja modernina ohjelmistoradioratkaisuna, jonka avulla voidaan helposti kehittää ja testata langattomia tietoliikenne algoritmeja käytännössä. Tässä työssä esitellään ohjelmistoradion idea ja alustojen kehitys ensimmäisistä ohjelmistoradio ratkaisuista uusimpiin nykyaikaisiin ohjelmistoradio alustoihin. Xilinxin ML605:n ja Nutaqin Radio420S radiokortin käyttöä ohjelmistoradiona tutkitaan sekä reaaliaikaisen että jälkeenpäin tehdyn tiedonkäsittelyn kannalta. Jälkeenpäin tehdyn tiedonkäsittelyn tapauksessa Ricen Yliopiston kehittämä WARPLab kehitysympäristö sovitettiin ML605:n ja Radio420S:n muodostamalle alustalle. WARPLabia käytettiin muuntamaan uusi alusta ohjelmistoradioksi, joka käsittelee langattomasti siirretyn tiedon jälkikäteen Matlabia avuksi käyttäen. Reaaliaikaiset fyysisen kerroksen sovellukset jotka sovitettiin alustalle, olivat automatisoitu vahvistuksen säätö Nutaqin radiokortille, sekä kahta kynnystä käyttävä spektrinhavaitsemismenetelmä (localization algorithm based on double-thresholding, LAD) vierekkäisten ryhmien yhdistelmä (adjacent cluster combining, ACC) laajennuksella. Automaattinen vahvituksen säätö totetutettiin ajatellen tulevaa fyysisen kerroksen kehitystyötä alustalla ja LAD ACC spektrinhavaitsemismenetelmä toteutettiin taas ajatellen mahdollista oppurtunista spektrin käyttöä tukevaa ohjelmistoradio toteutusta. Työn toteutuksen aikana fyysisen kerroksen digitaalilogiikan suunnitteluun, muokkaukseen ja toteutukseen käytettiin Xilinxin tarjoamia työkaluja. Kontrolliohjelmisto kirjoitettiin käyttäen C-kieltä ja loppukäyttäjän rajapinta toteutettiin Matlabin komentosarjakielellä. Toteutuksen toimivuus varmistettiin lopulta tosielämän mittauksilla. Jokaisen toteutuksen osan toimivuus varmistettiin erikseen, omilla mittauksillaan, jotta voitiin olla varma että kukin toteutettu sovellus toimii oikein. Saatujen mittaustulosten pohjalta käytiin läpi alustan mahdollista jatkokehitystä ja esiteltiin parannusehdotuksia.
see all

Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.