Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA
Η βελτιστοποίηση των συστημάτων επικοινωνίας πολλαπλών εισόδων-εξόδων (MIMO) απαιτεί τη δοκιμή τους υπό ρεαλιστικές συνθήκες και σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα. Η δοκιμή απ’ ευθείας σε πραγματικά ασύρματα περιβάλλοντα δεν είναι αποδοτική μέθοδος, ειδικά κατά τα στάδια της σχεδίασης και του ελέγχο...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2015
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/8407 |
| id |
nemertes-10889-8407 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ασύρματα κανάλια Προσομοίωση καναλιού Εξομοίωση Wireless channels Channel simulation MIMO FPGA Emulation Hardware 621.384 |
| spellingShingle |
Ασύρματα κανάλια Προσομοίωση καναλιού Εξομοίωση Wireless channels Channel simulation MIMO FPGA Emulation Hardware 621.384 Πρίφτης, Κωνσταντίνος Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA |
| description |
Η βελτιστοποίηση των συστημάτων επικοινωνίας πολλαπλών εισόδων-εξόδων (MIMO) απαιτεί τη δοκιμή τους υπό ρεαλιστικές συνθήκες και σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα. Η δοκιμή απ’ ευθείας σε πραγματικά ασύρματα περιβάλλοντα δεν είναι αποδοτική μέθοδος, ειδικά κατά τα στάδια της σχεδίασης και του ελέγχου σωστής λειτουργίας, καθώς το κανάλι είναι πολύ ευαίσθητο, μη ελέγξιμο και μη αιτιατό. Επιπροσθέτως, η δοκιμή σε πραγματικά κανάλια δεν είναι πρακτική μέθοδος όταν χρειάζεται να δοκιμάσουμε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα ή να συμπεριληφθεί η κίνηση μέσα στις δοκιμές.
Η δημιουργία ρεαλιστικών μοντέλων για κανάλια, χρησιμοποιώντας εργαλεία λογισμικού (Software) είναι μια δεύτερη επιλογή η οποία όμως δεν παράγει αποτελέσματα σε πραγματικό χρόνο και είναι επιπρόσθετα αρκετά χρονοβόρα. Ο λόγος είναι ότι αφού παραχθούν οι συντελεστές του καναλιού στο λογισμικό, η συνέλιξη των συντελεστών αυτών που συνιστούν την κρουστική απόκριση του καναλιού με τα μεταδιδόμενα σήματα είναι μια σχετικά αργή διαδικασία που θέτει φραγμούς στην εξομοίωση πραγματικού χρόνου. Σε κάποια συστήματα δοκιμών βασισμένα σε λογισμικό, τα διαμορφωμένα δεδομένα και τα διαλείπτοντα σήματα συντίθεται ώστε να δημιουργήσουν μιγαδικές (I/Q) κυματομορφές οι οποίες μεταφορτώνονται στη μνήμη μιας γεννήτριας αυθαίρετων κυματομορφών για να παραχθούν από τη γεννήτρια ραδιοκυμάτων. Υπάρχουν αρκετά εργαλεία λογισμικού που μπορούν να επιταχύνουν τη διαδικασία δημιουργίας κυματομορφών με διαλείψεις, όπως για παράδειγμα το εργαλείο MatlabΤΜ της εταιρείας MathWorks, αλλά αυτά περιορίζονται στα παραδοσιακά μοντέλα διαλείψεων. Ακόμα οι γεννήτριες αυθαίρετων κυματομορφών διαθέτουν περιορισμένη μνήμη, με αποτέλεσμα οι παραγόμενες κυματομορφές να είναι αρκετά μικρές και να επαναλαμβάνονται απλώς στο χρόνο. Για όλους αυτούς τους λόγους χρειάζεται να επιστρατεύσουμε ειδικού σκοπού υλικό το οποίο εξομοιώνει ρεαλιστικά κανάλια πολλαπλών εισόδων-εξόδων ώστε να δώσουμε μια λύση στις απαιτητικές αυτές συνθήκες εξομοίωσης.
Στην παρούσα διπλωματική σχεδιάσαμε έναν προσομοιωτή καναλιών για κανάλια βασικής ζώνης πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων (baseband MIMO), σε αρχιτεκτονική υλικού και συγκεκριμένα σε συστοιχίες προγραμματιζόμενων πυλών (FPGA). Ο προσομοιωτής αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πιστοποίηση της λειτουργίας μιας σειράς επεξεργαστών για σύγχρονα και επόμενης γενιάς τηλεπικοινωνιακά συστήματα. |
| author2 |
Παλιουράς, Βασίλειος |
| author_facet |
Παλιουράς, Βασίλειος Πρίφτης, Κωνσταντίνος |
| format |
Thesis |
| author |
Πρίφτης, Κωνσταντίνος |
| author_sort |
Πρίφτης, Κωνσταντίνος |
| title |
Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA |
| title_short |
Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA |
| title_full |
Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA |
| title_fullStr |
Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA |
| title_full_unstemmed |
Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA |
| title_sort |
σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε fpga |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/8407 |
| work_keys_str_mv |
AT priphtēskōnstantinos systēmaprosomoiōsēsasyrmatōnkanaliōnbasismenosefpga |
| _version_ |
1771297297398759424 |
| spelling |
nemertes-10889-84072022-09-05T20:14:56Z Σύστημα προσομοίωσης ασύρματων καναλιών βασισμένο σε FPGA Πρίφτης, Κωνσταντίνος Παλιουράς, Βασίλειος Παλιουράς, Βασίλειος Καλύβας, Γρηγόριος Priftis, Konstantinos Ασύρματα κανάλια Προσομοίωση καναλιού Εξομοίωση Wireless channels Channel simulation MIMO FPGA Emulation Hardware 621.384 Η βελτιστοποίηση των συστημάτων επικοινωνίας πολλαπλών εισόδων-εξόδων (MIMO) απαιτεί τη δοκιμή τους υπό ρεαλιστικές συνθήκες και σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα. Η δοκιμή απ’ ευθείας σε πραγματικά ασύρματα περιβάλλοντα δεν είναι αποδοτική μέθοδος, ειδικά κατά τα στάδια της σχεδίασης και του ελέγχου σωστής λειτουργίας, καθώς το κανάλι είναι πολύ ευαίσθητο, μη ελέγξιμο και μη αιτιατό. Επιπροσθέτως, η δοκιμή σε πραγματικά κανάλια δεν είναι πρακτική μέθοδος όταν χρειάζεται να δοκιμάσουμε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα ή να συμπεριληφθεί η κίνηση μέσα στις δοκιμές. Η δημιουργία ρεαλιστικών μοντέλων για κανάλια, χρησιμοποιώντας εργαλεία λογισμικού (Software) είναι μια δεύτερη επιλογή η οποία όμως δεν παράγει αποτελέσματα σε πραγματικό χρόνο και είναι επιπρόσθετα αρκετά χρονοβόρα. Ο λόγος είναι ότι αφού παραχθούν οι συντελεστές του καναλιού στο λογισμικό, η συνέλιξη των συντελεστών αυτών που συνιστούν την κρουστική απόκριση του καναλιού με τα μεταδιδόμενα σήματα είναι μια σχετικά αργή διαδικασία που θέτει φραγμούς στην εξομοίωση πραγματικού χρόνου. Σε κάποια συστήματα δοκιμών βασισμένα σε λογισμικό, τα διαμορφωμένα δεδομένα και τα διαλείπτοντα σήματα συντίθεται ώστε να δημιουργήσουν μιγαδικές (I/Q) κυματομορφές οι οποίες μεταφορτώνονται στη μνήμη μιας γεννήτριας αυθαίρετων κυματομορφών για να παραχθούν από τη γεννήτρια ραδιοκυμάτων. Υπάρχουν αρκετά εργαλεία λογισμικού που μπορούν να επιταχύνουν τη διαδικασία δημιουργίας κυματομορφών με διαλείψεις, όπως για παράδειγμα το εργαλείο MatlabΤΜ της εταιρείας MathWorks, αλλά αυτά περιορίζονται στα παραδοσιακά μοντέλα διαλείψεων. Ακόμα οι γεννήτριες αυθαίρετων κυματομορφών διαθέτουν περιορισμένη μνήμη, με αποτέλεσμα οι παραγόμενες κυματομορφές να είναι αρκετά μικρές και να επαναλαμβάνονται απλώς στο χρόνο. Για όλους αυτούς τους λόγους χρειάζεται να επιστρατεύσουμε ειδικού σκοπού υλικό το οποίο εξομοιώνει ρεαλιστικά κανάλια πολλαπλών εισόδων-εξόδων ώστε να δώσουμε μια λύση στις απαιτητικές αυτές συνθήκες εξομοίωσης. Στην παρούσα διπλωματική σχεδιάσαμε έναν προσομοιωτή καναλιών για κανάλια βασικής ζώνης πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων (baseband MIMO), σε αρχιτεκτονική υλικού και συγκεκριμένα σε συστοιχίες προγραμματιζόμενων πυλών (FPGA). Ο προσομοιωτής αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πιστοποίηση της λειτουργίας μιας σειράς επεξεργαστών για σύγχρονα και επόμενης γενιάς τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Optimization of multiple input multiple output (MIMO) communication systems, requires testing under realistic conditions and various channel environments. Direct tests on real-world channel environments, is not an efficient method since the channel is very sensitive, not controllable and non–causal. Moreover, testing in a real channel is not a practical method when various different channels need to be tested or mobility to be included in the tests. A second option is to create realistic channel models, using software tools but this does not produce real time results and can also be prohibitively time-consuming. The reason for this, is that after creating the channel coefficients in software that form the channel’s impulse response, the convolution of these coefficients with the transmitted signals is a relatively slow process that hinders real-time simulation. In some software-based test systems the modulated data and fading signals are used to create complex (I/Q) waveforms that are downloaded into the memory of an arbitrary waveform generator in order to be generated by the RF signal generator. Many software tools exist, that can accelerate the process of fading waveform creation, such as MathWorks’ MatlabΤΜ but these tools are limited to traditional fading models. Moreover the arbitrary waveform generators consist of limited memory resulting in short waveforms that simply repeat over time. For these reasons, a requirement for specialized instrumentation arises, one that can emulate realistic multiple input-multiple output channels, in order to provide an efficient solution to these demanding simulation conditions. In the context of the current thesis, we design a baseband multiple input-multiple output (MIMO) emulator into hardware, specifically into Field Programmable Gate Array (FPGA). This particular hardware component is suitable for the functional verification of a variety of baseband processors for current and next generation telecom equipment. 2015-03-12T10:12:56Z 2015-03-12T10:12:56Z 2014-03-14 2015-03-12 Thesis http://hdl.handle.net/10889/8407 gr 12 application/pdf |
