Ανάπτυξη τηλεπικοινωνιακών υποσυστημάτων σε FPGA με την αναπτυξιακή πλατφόρμα ZedBoard Zynq-7000 ARM/FPGA SoC και την RF αναπτυξιακή πλακέτα AD-FMCOMMS2/3/4/5 FMC

Πατεράκης, Ανδρέας

Development of telecommunication Sud-Systems with ZedBoard Zynq-7000 ARM/FPGA SoC development board and RF evaluation board AD-FMCOMMS2/3/4/5 FMC

Διπλωματική εργασία

Author

Πατεράκης, Ανδρέας

Date

2021-10-04

Advisor

Karabetsos, Sotiris

Διπλωματική Εργασία (13.62Mb)

Keywords

Software-defined radio ; SDR ; ZedBoard ; Xilinx Vivado ; AD-FMCOMMS4-EBZ ; AD9364 ; Simulink ; MATLAB

Abstract

H παρούσα διπλωματική εργασία απαρτίζεται από πέντε κύρια κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο των Συστημάτων Ραδιοεπικοινωνίας Μέσω Λογισμικού - Software Defined Radio (SDR), καθώς και οι παράμετροι που χρειάζονται να ληφθούν υπόψιν για την ανάπτυξη και υλοποίηση τηλεπικοινωνιακών υποσυστημάτων βασισμένων επάνω σε αυτά. Στο δεύτερο κεφάλαιο εξετάζεται η μεθοδολογία σχεδίασης συστημάτων SDR, αναλύονται οι διάφορες κατηγορίες αναπτυξιακών πλατφορμών που αξιοποιούνται σε συστήματα SDR, αλλά και οι διαφορετικές κατηγορίες λογισμικού που απαιτούνται για την σχεδίαση και υλοποίηση ενός συστήματος SDR. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που προσφέρουν και επιπλέον περιγράφονται κάποιες χαρακτηρίστηκες περιπτώσεις εφαρμογών, στις οποίες χρησιμοποιούνται συστήματα SDR. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή της αρχιτεκτονικής και της αρχής λειτουργίας τόσο των επί μέρους εξαρτημάτων του εργαστηριακού εξοπλισμού (ZedBoard, AD-FMCOMMS4 FMC), όσο και του λογισμικού (Simulink, Vivado) που χρησιμοποιήθηκε για αυτήν την εργασία. Επίσης, παρουσιάζεται ένας αναλυτικός οδηγός της εγκατάστασης των αναγκαίων προγραμμάτων και εργαλείων, που είναι απαραίτητα για την σύνδεση και την αποκατάσταση της επικοινωνίας μεταξύ του εξοπλισμού και ενός προγραμματιστικού περιβάλλοντος σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται τα διαφορετικά καθεστώτα στα οποία λειτουργεί μια αναπτυξιακή πλακέτα FPGA και δίνονται κάποια χαρακτηριστικά παραδείγματα υλοποίησης ενός πλήρους συστήματος SDR για καθένα από τα καθεστώτα αυτά. Τέλος, θα γίνει μια λεπτομερείς παρουσίαση, σχεδίαση, και ανάπτυξη ενός πλήρους αυτόνομου συστήματος SDR, που είναι και το αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας. Στο τελευταίο κεφάλαιο της εργασίας αυτής, αναφέρονται τα προβλήματα που προέκυψαν κατά τη διάρκειά της, γίνονται διάφοροι σχολιασμοί για τα αποτελέσματα των μετρήσεων που πάρθηκαν καθώς και τα συμπεράσματα που εξάγονται σχετικά με την λειτουργικότητα και την αξιοπιστία της συνολικής κατασκευής.

Abstract

This current diploma thesis consists of five main chapters. The first chapter presents the theoretical background of Software Defined Radio (SDR), as well as the parameters that need to be taken into account for the development and implementation of telecommunication subsystems based on them. The second chapter examines the design methodology of SDR systems, analyzes the various categories of development platforms used for SDR systems, but also the different categories of software required to design and implement a SDR system. The advantages and disadvantages of SDR are mentioned and in addition some typical applications, in which SDR systems are used. The third chapter describes the architecture and the principle of operation of both the individual components of the laboratory equipment (ZedBoard, AD-FMCOMMS4 FMC), as well as the software (Simulink, Vivado) used for this diploma thesis. It also presents a detailed guide to installing the necessary programs and tools, which are necessary for the connection and restoration of communication between the equipment and a programming environment on a computer. The fourth chapter describes the different schemes in which an FPGA development board operates and gives some typical examples of implementing a complete SDR system for each of these schemes. Finally, there will be a detailed presentation. design, and development of a fully autonomous SDR system, which is the subject of this diploma thesis. In the last chapter, the problems that arose during it are mentioned, various comments are made on the results of the measurements taken as well as the conclusions that are drawn regarding the functionality and the reliability of the overall construction.