Implementación de un sistema de transmisión multiportadora sobre una plataforma FPGA
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Date
2024-09-13
Journal Title
Journal ISSN
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Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
Multicarrier modulation systems increase the bit rate in digital communications and optimize
bandwidth usage compared to single carrier modulation systems. In this work, we implement
OFDM and GFDM systems on a Red Pitaya FPGA STEMLab 125-14 platform. Implementing
a multicarrier transmission system on an FPGA involves translating complex mathematical
concepts into hardware-level operations. Mastery of the hardware description environment
is crucial for addressing synthesis and delay issues, enabling the creation of a standalone
transmission system without external hardware. The implementation of OFDM and GFDM is
based on the vector representation of multicarrier systems, where the characteristics depend
on the pulse-shaping filter used. OFDM employs a rectangular pulse, while GFDM uses a raised
cosine filter. Both systems utilize 4-QAM symbols and synchronization frames to facilitate
signal reception. To evaluate the system, we use the HackRF One device in conjunction with
GNU Radio software. The received signal is compared with the theoretical signal using crosscorrelation,
and the bit error rate (BER) is measured as a function of distance. The results show
that the received signal closely matches the simulated signal and it was observed that GFDM
requires 7% more SNR than OFDM to achieve a similar error rate. These findings validate
the implementation and lay the groundwork for developing new technologies in multicarrier
communication systems.
Resumen
Los sistemas de modulación multiportadora aumentan la tasa de bits en comunicaciones digitales
y optimizan el uso del ancho de banda, en comparación con los sistemas de modulación
de portadora única. En este trabajo, se implementan los sistemas OFDM y GFDM en una
FPGA STEMLab 125-14 de Red Pitaya. La implementación de un sistema de transmisión
multiportadora en una FPGA implica trasladar conceptos matemáticos complejos a nivel de
hardware. Por tanto, es esencial dominar el entorno de descripción de hardware para abordar
problemas de síntesis y retardos. Esto para formar un sistema de transmisión autónomo, sin
necesidad de hardware externo. La implementación de OFDM y GFDM se basa en la representación
vectorial de los sistemas multiportadora, cuyas características dependen del filtro
formador de pulsos. En OFDM se emplea un pulso rectangular, mientras que en GFDM se
usa un filtro de coseno elevado. Ambos sistemas utilizan símbolos 4-QAM y tramas de sincronización
para facilitar la recepción. Para evaluar el sistema, se utiliza el dispositivo HackRF
One junto con el software GNU Radio. La señal recibida se compara con la teórica mediante
una correlación cruzada y se mide la tasa de error de bits (BER) en función de la distancia.
Los resultados demuestran que la señal recibida coincide con la simulada y se observa que
GFDM requiere un 7% más de SNR que OFDM para lograr una tasa de error similar. Estos
resultados confirman la correcta implementación y establecen las bases para el desarrollo de
nuevas tecnologías en sistemas de comunicación multiportadora.
Keywords
Electrónica, Programación paralela, Sistema de transmisión, Sistemas de comunicación
Citation
Código de tesis
TET;163
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero en Telecomunicaciones