Implementação em FPGA de um Modem QPSK

Esta dissertação insere-se num conjunto de trabalhos a decorrer no Instituto de Telecomunicações de Aveiro que tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de comunicação para um UAV. Neste sentido, apresenta a implementação e validação de um modem em banda base aberto e flexível implementado em FPGA, baseado em abordagem SDR, com possibilidade de integraçãoo no sistema de comunicação com o UAV. Ao longo desta dissertação implementou-se, utilizando o MATLAB, um modem de modulação adaptável, ao qual foram integrados algoritmos de sincronismo e de correção de fase. Desta forma, foi possível realizar uma análise ao modelo comportamental dos vários constituintes do modem abstraindose dos tempos de atraso do processamento ou da precisão da representação dos dados, e assim simplificar a sua implementação em hardware. Analisado o modelo comportamental do modem desenvolvido em MATLAB realizou-se a sua implementação em hardware para a modulação QPSK. A sua prototipagem foi realizada, com recurso à ferramenta computacional Vivado Design Suite 2014.2, utilizando o kit de desenvolvimento ZedBoard e o frontend AD-FMCOMMS1-EBZ. O correto funcionamento dos módulos implementados em hardware foi posteriormente avaliado através de uma interface entre o MATLAB e a Zed- Board, sendo que, os resultados obtidos no modelo em MATLAB serviram como termo de comparação. Através da utilização desta interface é possível validar parte do modem implementado em FPGA, mantendo o restante processamento a ser realizado em MATLAB, validando assim os módulos em FPGA de uma forma isolada.

This thesis is part of a series of work in progress at the Instituto de Telecomunicações of Aveiro which aims to develop a communication system for an UAV. Thereby, it presents the implementation and validation of a exible and open baseband modem implemented in FPGA, based on SDR approach, that can be integrated in the communication system with the UAV. Throughout this thesis was implemented an adaptive modulation modem and have been integrated timing recovery and phase correction algorithms, using the MATLAB. Thus, it is possible to perform an analysis of the behavioral of the several modem components abstracting the delay times of the processing or the precision of data representation, simplifying its hardware implementation. Analyzed the modem behavior developed in MATLAB was performed its hardware implementation for the QPSK modulation. Its prototype was done using the computational tool Vivado Design Suite 2014.2, the ZedBoard development kit and the frontend AD-FMCOMMS1-EBZ. The proper function of the modules implemented in hardware was evaluated by an interface between MATLAB and ZedBoard. This interface allows an individual validation of the implemented modem components in FPGA, keeping the remaining processing to be done in MATLAB and compared with the ones obtained in MATLAB.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações