Ziel dieser Arbeit ist die Realisierung eines SDR (Software Defined Radio). Beim Software Defined Radio wird die Radiofrequenz mit einem Mixer auf eine niedrige Zwischenfrequenz umgesetzt. Diese Zwischenfrequenz wird mit Hilfe des Analog/Digital-Wandlers LTC2208 von Linear mit 16 Bit bei 133 MS/s digitalisiert. Die Demodulation erfolgt durch Software, und zwar mit zwei digitalen Mischern, die nichts anderes als Multiplikatoren sind. Das digitalisierte Signal wird mit den durch DDS erzeugten Sinus/Cosinus-Paaren multipliziert und anschließend mit zwei Bandfiltern gefiltert. Am Ende wird das Signal mit dem 18 Bit- Digital/Analog-Wandler LM4550 bei 48 MS/s wieder umgesetzt, um das Audiosignal an den Lautsprecher weiterzuleiten.
Statt unterschiedlicher Demodulations-Hardware wird ein FPGA eingesetzt, um die Demodulation und weitere Zwischenfrequenz- und Niederfrequenz-Aufgaben wie AGC oder Denoising in Software auszuführen.
Inhaltsverzeichnis
- I: DANKSAGUNG
- II: INHALTSVERZEICHNIS
- III: KURZFASSUNG
- KAPITEL 1: EINLEITUNG
- 1.1 VORSTELLUNG DER FIRMA
- 1.2 MOTIVATION
- 1.3 ZIELSETZUNG
- 1.4 GLIEDERUNG DER ARBEIT
- KAPITEL 2: GRUNDLAGEN
- 2.1 EINFÜHRUNGEN IN DIE PROGRAMMIERBARE LOGIK
- 2.1.1 Bausteine für den Hardwareentwurf
- 2.1.2 Architektur von FPGAs
- 2.1.3 Xilinx FPGA
- 2.1.4 Hardware Programmiersprachen
- 2.2 EINGEBETTETE SYSTEME
- 2.2.1 Prozessor
- 2.2.2 System-On-Chip
- 2.3 GRUNDLAGEN DER SDR
- 2.3.1 Funktionsweise Ideal
- 2.3.2 Hardwarearchitekturen für SDRs
- 2.3.3 Überlagerungsempfänger nach dem Heterodynprinzip
- 2.4 GRUNDLAGEN DER AM-DEMODULATION
- 2.4.1 Demodulation durch Gleichrichtung
- 2.4.2 Synchrone-Demodulation
- 2.4.3 1/Q-Verarbeitung auf ZF-Ebene
- KAPITEL 3: ENTWICKLUNG UND ARBEITSUMGEBUNG
- 3.1 ENTWICKLUNGSUMGEBUNG
- 3.1.1 Xilinx webpack ISE 9.1
- 3.1.2 VHDL-Quellcode
- 3.1.3 Xilinx Chip Scope Pro Analyzer
- 3.1.4 MATLAB
- 3.2 IP-CORE
- 3.2.1 DDS-Core
- 3.2.2 CORDIC-Core
- 3.2.3 FFT-Core
- 3.3 ARBEITSUMGEBUNG
- 3.3.1 Virtex 4 FPGA Evaluation Board
- KAPITEL 4: ENTWURF UND IMPLEMENTIERUNG
- 4.1 ENTWURF
- 4.1.1 D/A-Wandler
- 4.1.2 A/D-Wandler
- 4.2 IMPLEMENTIERUNG
- 4.2.1 Implementierung des D/A-Wandlers
- 4.2.2 Implementierung der A/D-Wandler
- 4.2.3 Implementierung des Datenpfades
- 4.2.4 Implementierung der Mischer
- 4.2.5 Implementierung des demodulierten Signals
- 4.2.6 Test des Bandpassfilters mit dem Rechteck-Signal
- KAPITEL 5: FFT-ANALYSE
- 5.1 FFT ANALYSE FÜR EIN AM-GENERATOR
- 5.2 FFT-ANALYSE FÜR EIN RECHTECKSIGNAL
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Implementierung eines Software Defined Radio (SDR) auf einem FPGA. Das Ziel ist es, die Demodulation von AM-Signalen in Software zu realisieren, anstatt auf spezialisierte Hardware zurückzugreifen. Dies ermöglicht Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Empfängers an verschiedene Anforderungen.
- Programmierbare Logik und FPGAs als Grundlage für SDR-Implementierungen
- Entwurf und Implementierung eines SDR-Empfängers für AM-Signale auf einem FPGA
- Anwendung von Digital Signal Processing (DSP)-Techniken wie FFT und Bandpassfilterung für die Demodulation
- Verwendung von IP-Cores für die Implementierung von Funktionen wie DDS und CORDIC
- Analyse der Performance und der Genauigkeit der SDR-Implementierung
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 stellt die Firma Trenz Electronic GmbH vor und erläutert die Motivation und Zielsetzung der Diplomarbeit. Kapitel 2 behandelt die Grundlagen der programmierbaren Logik, eingebetteter Systeme, SDR und AM-Demodulation. Kapitel 3 beschreibt die Entwicklungsumgebung und die verwendeten IP-Cores. Kapitel 4 erläutert den Entwurf und die Implementierung des SDR-Empfängers, einschließlich der Implementierung des D/A-Wandlers, des A/D-Wandlers, des Datenpfades, der Mischer und des demodulierten Signals. Kapitel 5 präsentiert die FFT-Analyse des demodulierten Signals.
Schlüsselwörter
Software Defined Radio (SDR), FPGA, AM-Demodulation, Digital Signal Processing (DSP), FFT, Bandpassfilter, IP-Cores, DDS, CORDIC, Virtex 4 FPGA, Xilinx webpack ISE, VHDL, MATLAB
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Software Defined Radio (SDR)?
Ein SDR ist ein Funksystem, bei dem Komponenten, die herkömmlicherweise in Hardware implementiert sind (z. B. Mischer, Filter, Modulatoren), mittels Software auf einem Computer oder eingebetteten System realisiert werden.
Warum wird ein FPGA für die Implementierung des SDR verwendet?
FPGAs bieten die notwendige Flexibilität und Rechenleistung, um komplexe digitale Signalverarbeitungsaufgaben wie Demodulation, Filterung und FFT in Echtzeit auszuführen.
Welche Hardwarekomponenten wurden in diesem Projekt genutzt?
Es wurden ein Virtex 4 FPGA Evaluation Board, der A/D-Wandler LTC2208 und der D/A-Wandler LM4550 verwendet.
Welche Modulationsart wird in der Arbeit demoduliert?
Die Arbeit konzentriert sich auf die digitale Demodulation von AM-Signalen (Amplitudenmodulation).
Welche Software-Tools kamen bei der Entwicklung zum Einsatz?
Die Entwicklung erfolgte mit Xilinx Webpack ISE (VHDL), MATLAB für Simulationen und ChipScope Pro zur Analyse.
Was sind IP-Cores und welche wurden verwendet?
IP-Cores sind vorgefertigte Logikbausteine. In diesem Projekt wurden Cores für DDS (Direct Digital Synthesis), CORDIC und FFT (Fast Fourier Transform) eingesetzt.
- Citar trabajo
- Dipl. Ing. Auguste Feukam-Chindji (Autor), 2008, Implementierung eines Software Defined Radio auf einem Field Programmable Gate Array (FPGA), Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/116080
