Design platform for software defined radio systems

Abstract

Este trabalho tem como objetivos o projeto e a realização de uma plataforma para desenvolvimento de sistemas baseados em tecnologia Software Defined Radio (SDR). Num sistema SDR todas as tarefas de um rádio (ou pelo menos banda base e eventualmente Frequência Intermédia), anteriormente efetuadas por hardware especifico num contexto analógico, são efetuadas no domínio digital por software ou hardware reconfigurável. Esta característica confere a este tipo de rádio uma maior simplicidade, em termos de hardware bem como maior flexibilidade, pois o mesmo dispositivo pode executar diferentes funções apenas alterando o seu firmware/software. Existem diferentes abordagens relativas ao uso desta tecnologia, quer ao nível da arquitetura usada (varia consoante a frequência onde ocorre a digitalização do sinal), quer relativas á topologia de utilização (controlada por hardware reconfigurável, rotinas de software ou ambos). A motivação deste trabalho resulta na necessidade de concepção de uma plataforma para fins académicos baseada num hardware reprogramável, Field Programmable Gate Array (FPGA), de baixo custo, flexível, com interfaces de comunicação digitais e analógicas e que faculte a possibilidade de ser usada em diferentes topologias de utilização. Efetuada a especificação e o estudo necessário ao projeto bem como a escolha apropriada de componentes, conseguiu-se uma plataforma baseada num módulo FPGA contendo um dispositivo Xilinx, da família Spartan-6, bem como outro hardware relevante. A comunicação com outros dispositivos é assegurada por interfaces USB e gigabit Ethernet. A plataforma concebida está também equipada com interfaces analógicas (conversores AD/DA) bem como algumas interfaces de integração com o utilizador consistindo em switches e LEDs. Em suma foi projetada e desenhada uma plataforma aberta e flexível, que pode ser usada com todas as ferramentas de desenvolvimento, programação e depuração, com fácil acesso a todos os sinais relevantes potenciando a sua utilização para efeitos de ensino e investigação em SDR.

The main objective of this dissertation relies on projecting and designing a platform suitable for Software De ned Radio (SDR) system development. On an SDR system all, or at least base band and maybe Intermediate Frequency (IF) radio functions, before handled by analog speci c hardware, are now performed on the digital domain by software or an recon gurable hardware device. This feature provides to this type of radios a major simplicity regarding hardware as well as another exibility level since, through a rmware/software upgrade, the same equipment can perform di erent functions. There are some approaches related to the used of this technology, either regarding architecture implementation (they di er in which frequency the digitalization occurs) or utilization topologies (an SDR device can be controlled by a recon gurable hardware, software routines or both). This project's motivation results from the need of designing a exible, low-cost platform, to be used on academic purposes, in which the central component would be a recon gurable hardware, a Field Programmable Gate Array (FPGA). It must provide both analog and digital interfaces so that can be used on various utilization scenarios. Accomplished all the necessary study, design and hardware selection the result is a platform based on an FPGA module, containing an Xilinx device from the Spartan-6 family as well as other relevant hardware. The interaction with other devices is ensured by both gigabit Ethernet and 2.0 Universal Serial Bus (USB) connections. The platform also features analog interfaces (AD/DA converters) as well as some digital end-user interfaces performed by switches and Light Emiter Diodes (LED)s. Concluding, it was built an open and exible platform in which can be use with all provided development, programming and debugging tools and all the relevant signals have easy access enhancing its use for teaching and researching on SDR technology.