Informe final PROYECTO CECIRAIII 2015 SDR EPN ESPE...

Modulaciones digitales

Jesus Requena Carrion, Ferney A. Beltran Molina

Queen Mary University of London (Londres, UK) y Universidad ECCI (Bogota, Colombia)

3 de agosto de 2015

Indice

Principios de las tecnicas de modulacion

Arquitectura universal de los moduladores y los demoduladores

Bloques funcionales en dispositivos de comunicaciones

Jesus Requena Carrion, Ferney A. Beltran Molina Modulaciones digitales 3 de agosto de 2015 2 / 30

El concepto de modulacion

La funcion principal de los dispositivos de comunicaciones es transmitir yrecibir senales de informacion a traves de un medio fısico. En el caso delas tecnicas paso banda, dichas senales de informacion son transmitidassobre una portadora, una oscilacion sinusoidal de frecuencia f0 = 1�T0:

c(t) = A0 cos(2⇡f0t + �0)


El concepto de modulacion

Cuando se varıa la amplitud y/o fase instantanea de la portadora a partirde una senal de informacion x(t), se dice que la portadora es modulada.

El resultado es otra senal s(t) que posee la misma informacion que x(t) yocupa una banda de frecuencias en torno a la frecuencia de portadora f0:

s(t) = A(t) cos(2⇡f0t + �(t))

Si a partir de x(t) se modula la amplitud de la senal portadora, A(t),hablamos de modulaciones de amplitud. Cuando se modula la fase,�(t) hablamos de modulaciones angulares.


Modelo binomial de una modulacion: Descomposicion I/Q

Usando trigonometrıa basica podemos expresar la senal modulada s(t) deesta manera alternativa

s(t) = xI(t) cos(!0t) − xQ(t) sin(!0t)donde xI(t) = A(t) cos(�(t)) y xQ = A(t) sin(�(t)). Esta representacionrecibe el nombre de modelo binomial de una modulacion.

Las senales xI(t) y xQ(t) se denominan, respectivamente, lascomponentes en fase y en cuadratura de la senal modulada s(t), ocomponentes I/Q (del ingles inphase/quadrature).


Modelo binomial de una modulacion: Descomposicion I/Q

Por tanto, conocidas las componentes I/Q de una senal modulada,cualquier modulacion puede implementarse sobre un esquema que sigueel modelo binomial.

Para ello, deberemos ser capaces de generar dos portadoras sinusoidalesde igual frecuencia y desfasadas ⇡/2 rad (la portadora de la componenteI y la portadora de la componente Q).


Sımbolos en comunicaciones digitales

Las componentes I/Q de una modulacion digital pueden expresarsematematicamente como una secuencia de formas de onda transmitidasa intervalos TS .


Constelaciones

La forma de onda de la rama I y la de la rama Q determinaran el sımbolotransmitido durante cada TS . Por ello, los sımbolos suelen representarsecomo puntos de un plano de coordenadas I/Q.


Demodulacion: Filtro adaptado


Demodulacion: Filtro adaptado paso banda


Demodulacion: Filtro adaptado banda base


Demodulacion: Extraccion de las componentes I/Q

Las propiedades matematicas de la descomposicion I/Q son importantesa la hora de disenar una arquitectura universal para los demoduladores.La siguiente operacion matematica entre senales se denomina productoescalar: �x(t), y(t)� = ��T0� x(t)y(t)dt.

Se puede demostrar que las portadoras cos(!0t) y sin(!0t) sonortogonales:

�cos(!0t), sin(!0t)� = 0

�cos(!0t), cos(!0t)� = �sin(!0t), sin(!0t)� = 1�2.


Demodulacion: Extraccion de las componentes I/Q

Como consecuencia, si xI(t) y xQ(t) varıan lentamente comparados conT0, el producto escalar de la senal modulada s(t) y una portadora es

�s(t), cos(!0t)� � xI(t)2

,

�s(t), sin(!0t)� � −xQ(t)2

.

De esta manera, se puede hacer la deteccion de sımbolos en banda-base.


Indice





Electronica para modulaciones digitales

Desde un punto de vista practico, es necesario desarrollar sistemas

electronicos que actuen como moduladores y demoduladores, esto es,que sean capaces de generar portadoras moduladas (en general, ondaselectromagneticas) a partir de secuencias de bits y de extraer secuenciasde bits de una portadora modulada.

En el contexto de la SDR, el principal reto consiste en disenar dichossistemas de manera que puedan ser reprogramados sin reemplazar elhardware.


La frontera entre el mundo analogico y el digital: I

AMBITO ANALOGICO

MOD DEMUP-RF DW-RFx(t) x(t)


La frontera entre el mundo analogico y el digital: II

AMBITO ANALOGICO

MOD DEMUP-RF DW-RF. . .101 . . . . . .101 . . .


La frontera entre el mundo analogico y el digital: III

AMBITO ANALOGICO

MOD DEMUP-RF DW-RFD/A A/D. . .101 . . . . . .101 . . .


La frontera entre el mundo analogico y el digital: IV

AMBITO ANALOGICO

MOD DEMRF RFD/A A/DUP DW. . .101 . . . . . .101 . . .


La frontera entre el mundo analogico y el digital

Los avances en sistemas electronicos (conversores A/D-D/A, velocidadde procesamiento, etc) han permitido desplazar progresivamente lafrontera entre la electronica analogica y digital hacia la antena.

Hoy en dıa, la gran mayorıa de los dispositivos de comunicaciones estanimplementados sobre electronica digital y analogica. En general, podemosidentificar una etapa digital en banda base (o frecuencia intermedia) yuna etapa analogica de radio-frecuencia.


La frontera entre el mundo analogico y el digital: V


Arquitectura clasica de los moduladores

Uno de los aspectos mas complejos de la electronica de comunicacionesclasica es la existencia de multiples implementaciones de moduladores ydemoduladores, al menos una por tipo de modulacion (una tecnologıa,una implementacion).


Arquitectura universal de un modulador

Un modulador de arquitectura universal se basa en una representacionbinomial de una modulacion y consta de un oscilador local (LO) undesfasador, multiplicadores y un sumador.

xI(t)LO s(t)

⇡�2−xQ(t)


Arquitectura universal de un demodulador

Un demodulador universal extrae las componentes I/Q a partir de unasenal modulada s(t) y puede implementarse electronicamente usando unoscilador local, un desfasador, multiplicadores e integradores (filtros pasobajo, LPF).

LPF xI(t)s(t) LO

⇡�2LPF xQ(t)

Seguidamente, se usa un esquema de filtro adaptado mas un detector.


¿Como generar las componentes I/Q?

Hemos presupuesto que disponemos de las componentes I/Q. La cuestionahora es como generarlas.

Existen dos opciones:

� Generar las componentes I/Q de manera analogica.

� Generar digitalmente las componentes I/Q y seguidamenteconvertirlas de formato digital a analogico.

La version digital de las componentes I/Q se conoce con el nombre deequivalente paso bajo discreto de la senal modulada.


Indice





Arquitectura del dispositivo de comunicaciones

Unidad de pro-cesamiento

Unidadinalambrica

Perifericoentrada

Perifericosalida


Unidades inalambricas

Unidad inalambrica

PHY MAC

Front-end(Analog.)

IF-BBPDS

(Digit.)

Protocolo(Digit.)

Unidadde Proce-samiento


Capa PHY

s(t)

bits

r(t)

Front-end TX(Analog.)

Front-end RX(Analog.)

DAC

ADC

IF-BBPDS

(Digit.)


Front-end analogico

Front-end TX

xI(t)LO s(t)

⇡�2−xQ(t)

Front-end RX

LPF xI(t)r(t) LO

⇡�2LPF xQ(t)


Procesamiento digital de senal en comunicaciones



3 de agosto de 2015

Indice

El canal inalambrico

Codificacion de canal y diversidad

Modelo equivalente discreto paso-bajo

Espectro ensanchado y acceso multiple

Jesus Requena Carrion, Ferney A. Beltran Molina Procesamiento digital de senal en comunicaciones 3 de agosto de 2015 2 / 37

Retos en el diseno de sistemas inalambricos

� Los canales inalambricos son de naturaleza compartida, lo cual setraduce en ruido, interferencia y colisiones.

� El modelado del canal inalambrico puede ser complejo. Entreotras caracterısticas, los canales inalambricos pueden ser noestacionarios, ni en tiempo, ni en frecuencia ni en espacio.

� Los patrones de trafico, la posicion de los usuarios y las condicionesde la red pueden cambiar de manera continua, dando lugar atraficos no estacionarios, ni en tiempo ni en espacio.

� Las limitaciones de consumo energetico y de retardo en latransmision deben estar presentes en todos los niveles de losprotocolos.


Ruido

Existen componentes de ruido procedentes de diversas fuentes. Engeneral, la componente de ruido predominante depende de la frecuenciade trabajo.


Interferencia

La interferencia producida por otras fuentes puede proceder de sistemasajenos que transmiten en la misma banda de frecuencias (bandas libres,sistemas de radio cognitiva) o del propio sistema debido a la reutilizacionespacial de frecuencias.


Interferencia inter-simbolica

La existencia de multiples caminos entre transmisor provoca que sereciban multiples copias retardadas de la senal transmitida, lo cual setraduce en dispersion e interferencia inter-simbolica.


Desvanecimientos

La distancia entre transmisor y receptor, el movimiento relativo de losmismo, reflexiones y obstaculos pueden producir desvanecimientos de dostipos:

�Gran escala: Relevantes para la planificacion de puntos de acceso yestaciones base.

�Pequena escala: Relevantes en el diseno de las tecnicas deprocesamiento digital.



El procesamiento de senal juega un papel fundamental en el diseno desistemas modernos de comunicaciones. Se puede encontrar en:

� Modulacion y ecualizacion.

� Codificacion.

� Interpolacion, cuantificacion, compresion, estimacion, deteccion.


Procesamiento de senal en comunicaciones

En general, las tecnicas de procesamiento digital de senal se disenanteniendo en cuenta prestaciones objetivo (SNR, BER, tasa, potencia,retardo) y se utilizan principalmente en las capas PHY y MAC para:

� Combatir los efectos nocivos del canal, p. ej. sistemas MIMO ycodigos espacio-temporales (desvanecimientos); OFDM yecualizacion (selectividad en frecuencia); CDMA (interferencia)

�Separar canales o usuarios, p. ej. canal ascendente y descendente(TDD y FDD), mecanismos de acceso multiple (TDMA, FDMA,CDMA).


Indice






Tipos de codigos

Las tecnicas de codificacion de canal introducen redundancia en lainformacion transmitida para detectar la presencia de errores y corregirerrores. Por cada k bits de informacion se envıan n bits. Esto da lugar auna tasa de codificacion de k�n.� Codigos de bloque.

� Codigos convolucionales.

� Codigos iterativos.


Codigos bloque

En este tipo de codigos se generan n − k bits de paridad a partir debloques de k bits de informacion.

En su implementacion lineal, los codigos bloque son faciles deimplementar y sus prestaciones pueden analizarse con facilidad.


Codigos bloque


Codigos convolucionales

Codifican la informacion usando el flujo de bits sin romperlo en bloques.Usan registros de desplazamiento y aritmetica lineal e implementanoperaciones analogas a la convolucion de secuencias discretas.


Codigos iterativos

En los ultimos anos se han producido avances en el diseno de codigosrecursivos que, para canales AWGN, permiten alcanzar eficienciasespectrales cercanas al lımite superior impuesto por la capacidad:

�Codigos de paridad de baja densidad (LDPC). Codificacionbloque con matrices generadoras de gran tamano y elevado numerode ceros y decodificacion iterativa.

�Turbocodigos. Basados en codificadores convolucionales(Red-Solomon). La decodificacion puede ser computationalmentecompleja y se usan masivamente en sistemas moviles.


La diversidad

Las tecnicas basadas en diversidad parten de la idea de que, si somoscapaces de obtener multiples versiones (ramas) de la senal transmitidaque sufren desvanecimientos independientes, podemos usarlas enconjunto para minimizar los efectos negativos del canal y reducir la BER.


La diversidad


La diversidad

El planteamiento de las tecnicas de diversidad es el siguiente pasa pordisenar transmisores y/o receptores que habiliten ramas diversas en elreceptor.

Estas ramas pueden obtenerse en varias dimensiones. Dependiendo de ladimension, hablamos de:

� Diversidad temporal.

� Diversidad en frecuencia.

� Diversidad espacial.


Diversidad termporal

Cuando se trabaja con diversidad temporal, cada rama se correspondecon un intervalo de tiempo. Por ejemplo, supongamos el siguiente canalcon desvanecimientos por bloques:

Si se retransmite el mismo sımbolo a traves de varios bloques temporales,se obtiene diversidad tempora. Este procedimiento es, sin embargo, muyineficiente, por lo que generalmente se usan tecnicas de codifcacion decanal mas interleaving.


Diversidad en frecuencia

La diversidad en frecuencia asume un modelo multo-trayecto de canal,por lo que cada rama se corresponde con uno de los trayectos.

El multi-trayecto da lugar a una funcion de transferencia en frecuencia noplana y para obtener diversidad en frecuencia, se transmite el mismosımbolo en distintas portadoras. Este esquema es ineficiente, pero puedemejorarse si se combina codificacion con saltos en frecuencia ycodificacion con OFDM.


Diversidad espacial

Finalmente, se pueden usar multiples antenas tanto en el transmisorcomo en el receptor para obtener diversidad espacial (MIMO).


Aprovechamiento de la diversidad

La diversidad, por tanto, puede manifestarse en distintas dimensiones,temporal, espectral y espacial.

Usando tecnicas de procesamiento digital de senal se pueden modelarmatematicamente los mecanismos de recepcion que permiten aprovecharla diversidad, analizan sus prestaciones y pueden ayudar a generar nuevosesquemas que mejoren los existentes.

En general, la repeticion de sımbolos es el enfoque mas basico paraaprovechar la diversidad. No obstante, este planteamiento es muyineficiente, por lo cual en general se utilizan tecnicas de codificacion decanal adaptadas a los distintos tipos de diversidad.


Indice







Para procesar digitalmente las senales transmitidas, es necesario disponerde versiones digitales de las mismas, ası como del canal y del ruido. Noobstante, una digitalizacion directa en la banda de trabajo puede ser nopracticable debido a las altas tasas de muestreo requeridas.

Una alternativa es usar con modelos de senales y sistemas equivalentesdiscretos banda-base, esto es, senales y sistemas que poseen la mismainformacion pero tienen una representacion espectral paso-bajo. En estecaso, las necesidades de muestreo vienen entonces dadas por el ancho de

la banda de trabajo.


Recordatorio: Descomposicion I/Q de senales moduladas

Una senal paso-banda (p. ej. una senal modulada, un canal paso-banda oruido aditivo filtrado) puede expresarse como

x(t) = xI(t) cos(!0t) − xQ(t) sin(!0t)Su equivalente complejo banda base se define como

xb(t) = xI(t) + jxQ(t)Sea y(t) el resultado de realizar una operacion F sobre x(t) e yb(t) suequivalente complejo banda base. Entonces, podemos encontrar unaoperacion Fb que relaciona yb(t) con xb(t).Consecuentemente, en principio podemos formular cualquier esquema deprocesamiento en la frecuencia de trabajo como un esquema deprocesamiento banda-base.


Modelo equivalente banda-base


Modelo equivalente discreto banda-base


Modelo equivalente discreto banda-base

Senales de informacion, canales y ruido, todos poseen un equivalentediscreto banda-base. Sus equivalentes se relacionan mediante la expresion:


Aplicaciones

A partir de formulaciones equivalentes discretas banda-base, podemosimplementar digitalmente operaciones tales como:

� Sıntesis de formas de onda.

� Ecualizacion de canal.

� Filtrado.

� Correladores y decisores.

� Etc.


Ecualizacion en entornos moviles

La naturaleza estadıstica del canal movil hace necesario conocer el valorinstantaneo de la realizacion del canal con el fin de cancelar sus efectosmediante ecualizacion antes de demodular la senal transmitida.

Existen principalmente dos tecnicas para estimar canales moviles:

� Transmision de pilotos (senales conocidas).

� Tecnicas ciegas basadas en la estructura de la senal.


CSIT

Si el transmisor conoce el valor del canal puede adaptar su transmision enfuncion de ese valor. En concreto, el transmisor puede reaccionar antedesvanecimientos profundos del canal. Las tecnicas CSIT (Channel StateInformation at Transmitter) dan lugar a transmisores adaptativos y tienenel siguiente esquema general de funcionamiento:


Transmisores adaptativos

En general, un transmisor adaptativo puede adaptar su potencia, tipo demodulacion y codificacion para optimizar alguna medida de prestaciones,por ejemplo la tasa de transmision, la potencia de transmision o la BER.

Algunos ejemplos tıpicos son:

� Minimizacion de la BER.

� Eliminacion de la variabilidad del canal movil.

� Maximizacion de la capacidad.

� Maxmizacion de la SNR.

� Modos AMC.


Indice






Principios

Tradicionalmente, el aprovechamiento del canal se interpretaba como latransmision de una bit de informacion en el menor ancho de bandaposible. Este planteamiento dio lugar a esquemas de acceso multiple enlos que los usuarios recibıan o bien un intervalo de tiempo acotado(TDMA) o bien un ancho de banda (FDMA).

Las tecnicas de espectro ensanchado (EE) usan un ancho de bandamucho mayor que el estrictamente necesario. Su origen esta enaplicaciones militares que buscaban hacer que las senales transmitidasfueran indetectables. Si bien una senal ocupa mas ancho de banda delestrictamente necesario, este se puede compartir mediante multiplexacionmediante codigo (CDMA).


DS

En espectro ensanchado de secuencia directa (DS), la informacion semultiplica directamente por el codigo (secuencia de chips). Diferentesusuarios usan distintos codigos y el receptor usa un correlador paraextraer la secuencia de informacion transmitida.


FH

En espectro ensanchado mediante saltos en frecuencia (FH), la portadorava cambiando de frecuencia segun una secuencia conocida en el receptor.El tiempo de chip en este caso es el tiempo entre saltos de frecuencia.


Componentes hardware en plataformas SDR



4 de agosto de 2015

Indice

Dispositivos y arquitecturas de procesamiento digital

Arquitecturas del front-end de radiofrecuencia

Tarjetas de radiofrecuencia para SDR

Jesus Requena Carrion, Ferney A. Beltran Molina Introduccion a la RDS 4 de agosto de 2015 2 / 37

GPP

Un GPP (General purpose processor) es un microprocesador optimizadopara ser usado en un amplio abanico de aplicaciones (procesamientode texto, descodificacion de vıdeo, calculos cientıficos, etc.).

Un GPP debe tener buenas prestaciones en terminos de operaciones

matematicas y logicas y branching. Esto los hace apropiados paraimplementar buena parte de las funciones de una plataforma SDR, desdePDS a nivel fısico a operaciones a nivel de protocolo.


GPP: Desarrollo

Las principales ventajas del desarrollo de SDR mediante GPP son:

� Amplia gama de herramientas de desarrollo.

� Un gran numero de desarrolladores cualificados.

� Variedad de productos de diferentes fabricantes.

Estas ventajas hacen que el desarrollo de SDR mediante GPP sea el mas

sencillo y con una mayor productividad.


DSP

Un DSP (Digital signal processor) es un microprocesador optimizado pararealizar operaciones numericas. En general, el rango de operaciones

que pueden realizar es mas reducido que el de un GPP.

La principal ventaja de un DSP frente a un GPP esta en el consumo de

potencia por operacion. Sin embargo, un DSP no es adecuado para

implementar operaciones de control, tales como las necesarias a nivelde protocolo. Por ello, en plataformas SDR que usan DSP, este sueleestar emparejado con un GPP que implementa las operaciones deniveles superiores.


DSP: Desarrollo

Los entornos de desarrollo para DSP son mas complejos que los deGPP, el soporte al desarrollo sobre sistemas operativos es mas limitado yson mas escasos los desarrolladores de DSP.


FPGA

Una FPGA (Field programmable gate arrray) es un microchip disenadopara ser configurado por el usuario despues de su fabricacion. Una FPGAsin configuracion no posee ninguna funcionalidad.

Internamente, una FPGA consta de componentes logicos, llamadosbloques, e interconexiones reconfigurables que conectan los bloques.

� Un bloque puede ser configurado para realizar operaciones tipoAND, NOT, XOR, etc.

� Cada bloque suele estar asociado a uno o mas registros paraalmacenar los resultados.

� Tambien existen macrobloques que permiten realizar funcionesfrecuentes, tales como almacenamiento, multiplicacion, interfacesI/O o microprocesadores.

� Las interconexiones permiten implementar las funciones deseadas.


FPGA

Si comparamos una implementacion en FPGA con una con unaimplementacion en un dispositivo dedicado, observamos:

� Alto consumo de potencia como consecuencia del cableado y laconmutacion (10x).

� Menor velocidad de ejecucion (5x).

Al igual que un DSP, una FPGA es muy eficiente en la realizacion de

operaciones numericas, pero es menos adecuada para implementar

operaciones de control. Por ello, es frecuente encontrarlasemparejadas con GPP en plataformas SDR.


Otras soluciones

Otros dispositivos que pueden usarse en plataformas SDR (por ejemplo,como aceleradores) son:

� SPU (Specialized Processing Units) tales como GPU.

� ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Tambien es frecuente encontrar multiples dispositivos en un mismo chip,por ejemplo:

� Arquitectura OMAP (TI): GPP+DSP.

� ZYNQ (Xilinx): GPP+FPGA.

Estas soluciones son interesantes para reducir el coste y el tamano finaldel dispositivo.


Seleccion de dispositivos

Los siguientes factores deben tenerse en cuenta a la hora de desarrollarun arquitectura para una plataforma SDR:

� Necesidades de procesamiento (ancho de banda).

� Numero de senales.

� Entorno de trabajo (laboratorio o usuario final).

� Flexibilidad.

� Mantenimiento de codigo.



Las arquitecturas mas interesantes son:

� GPP.

� GPP combinado con aceleradores basados en FPGA o SPU.

� FPGA.

El desarrollo en DSP es algo mas sencillo que el desarrollo en FPGA, perosuelen ofrecer prestaciones mas bajas. Por ello, en opinion de algunosautores, una arquitectura basada en FPGA es mas idonea.


Indice





Arquitectura de un DC movil multi-modo


El front-end de radiofrecuencia

El front-end de RF es el interfaz entre el dominio analogico y el digital.Las senales analogicas recibidas se caracterizan por:

� Ser muy debiles.

� Estar contaminadas por ruido e interferencias.

Por tanto, el front-end de RF debe filtrar y amplificar la senal antes deentregarla a las etapas de procesamiento, y afecta a la SNR.

Un front-end de RF consta tıpicamente de filtros, amplificadores ymezcladores. El principal reto en el contexto de SDR es conseguir que elfront-end sea flexible y eficiente.


Tipos de front-end de radiofrecuencia

Podemos distinguir varios tipos de front-end de RF:

� Sıntesis directa.

� Zero-IF.

� Sıntesis digital de IF.


Sıntesis directa


Sıntesis directa

En este esquema de transmision, la etapa digital implementa unsintetizador digital de frecuencias (DDFS, direct digital frequencysynthesizer) con el cual se genera una version digital de la senal

modulada a transmitir.

Esto permite:

� Reducir el numero de componentes.

� Eliminar fuentes de ruido y distorsion.

� Sintetizar frecuencias de manera agil.

Sin embargo, este esquema:

� Necesita elevadas tasas de muestreo.

� Lleva asociados bajas resoluciones y rangos dinamicos.


Zero-IF

(IF, Intermediate frequency)


Zero-IF

En este esquema la senal modulada se sintetiza en el front-end de RF apartir de las componentes I/Q en formato analogico. Para ello, se usandos conversores DA, uno por componente y un mezclador con un buenrechazo de la frecuencia imagen.

Las ventajas de arquitecturas Zero-IF son:

� La tasa de muestreo necesaria es baja (proporcional al ancho debanda).

� Se puede cubrir un amplio rango de frecuencias de portadora.

� El filtrado puede limitarse a las salidas de los conversores DA cuandose usan mexcladores I/Q de calidad.

� Los mezcladores I/Q pueden ser integrados en un mismo chip conlos conversares DA y los filtros.


Zero-IF

Las principales desventajas son del esquema Zero-IF son:

� Las ganancias y los desfases de las ramas I/Q deben ser muysimilares.

� Cualquier nivel de DC en las componentes I/Q da lugar a laaparicion de la frecuencia del oscilador local en RF.

� La SNR sufre considerablemente a causa de ruido tipo Flickeralrededor de DC.

� Un sintetizador de frecuencias es necesario y este generalmenteconsume mucha potencia.

� Es necesaria circuiterıa adicional.

El desequilibrio I/Q y el o↵set de DC pueden corregirse en la etapa bandabase digital.


Sıntesis digital de IF


Sıntesis digital de IF

En esta arquitectura, la etapa digital genera una senal modulada a unafrecuencia intermedia que es luego trasladada a la frecuencia de emisionpor el front-end de RF. La tasa de muestreo debe, por tanto, estarasociada a la frecuencia IF.

Las ventajas de este esquema son:

� Los efectos del ruido Flicker pueden eliminarse.

� La componente DC puede eliminarse antes de la conversion defrecuencia

No obstante, necesita incluir un filtro RF para eliminar mezclasindeseadas (FLO − FIF ).


Generalizaciones


Retos en el front-end de RF

Entre los principales problemas que se pueden encontrar en la etapa RFdestacamos:

� No-linealidades en amplificadores y otros componentes que resultanen productos de intermodulacion.

� Ruido de cuantizacion.

� Desequilibrio de las ramas I/Q.

� Saturacion del receptor.

� Ruido de fase en osciladores.

� Componentes DC.


Indice





Descripcion general

Las tarjetas de RF existentes para SDR implementan funciones talescomo:

� Amplificacion y filtrado.

� Conversion AD y DA.

� Extraccion de componentes I/Q y sıntesis de senales moduladas.

� Diezmado e interpolacion.

Para ello, ademas del front-end de RF propiamente dicho, vienenfrecuentemente equipadas con una FPGA que puede ser programada paraimplementar estas u otras funciones.

Las tarjetas de RF se conectan con el host mediante un interfaz estandar:

� USB, Ehernet, PCIe, etc.

� Imponen restricciones en terminos de ancho de banda, letanıa,complejidad y coste.


AD9361


Caracterısticas tecnicas

Las principales caracterısticas tecnicas de las tarjetas de RF son:

� Rango de frecuencias.

� Resolucion en numero de bits.

� Rango dinamico.

� Ancho de banda instantaneo.

� Duplexado TX/RX.

� Requisitos de alimentacion.

� Ruido de fase.

� Desequilibrio I/Q.

� Figuras de ruido.


Transferencia de datos

� USB� 2.0 @ 480Mbps → 15 MHz [8MHz]� 3.0 @ 3.2Gbps → 100 MHz [56MHz]

� Ethernet� GigE @ 1 Gbps → 31.25 MHz [25MHz]� 10 GigE @ 10 Gbps → 312.5 MHz [120-200MHz]

� PCIe� Desktop: 200 MHz� Laptop: 50 MHz


RTL

� Frequency range: 25 MHz - 2100 MHz

� Resolution: 8 bits

� Dynamic range: not given

� Bandwidth: 2.4 MHz max

� TX/RX duplexing: Receive only

� USB 2.0, bus powered

� $15 - $30


USRP: B200 y B210

� Frequency range: 70 MHz - 6 GHz

� Resolution: 12-bit ADC/DAC

� Dynamic range: 78 dBc (SFDR)

� Bandwidth: 56 MHz

� TX/RX duplexing: full duplex (B210 isdual channel for 2x2 MIMO)

� USB 3.0: B200: bus powered (B210:requires external power)

� $675 / $1100


USRP: N200 y N210


� Resolution: 14-bit ADC, 16-bit DAC

� Dynamic range: depends ondaughterboard

� Bandwidth: 25 MHz (50 MHz at 8-bitsamples)

� TX/RX duplexing: full duplex

� Gigabit Ethernet

� External power required

� $1,515 / $1,717


USRP: X300 y X310

� Frequency range: 0 - 6 GHz


� Dynamic Range: depends ondaughterboard

� Bandwidth: 120 MHz (up to 200 MHzpossible)


� Support 2 daughterboards for2-channel support

� PCIe x4, ExpressCard, or 10 GigE,external power required

� $3,900 / $4,800


USRP: E100 y E110

� Frequency range: 0 - 6 GHz


� Dynamic Range: depends ondaughterboard

� Instantaneous bandwidth: < 8 MHz


� Embedded OMAP Overo processor(800 MHz ARM Cortex A8)

� Bus from FPGA to OMAP

� External power required

� $1,313 / $1,515


HackRF


� Resolution: 8 bits

� Dynamic range: unknown

� Instantaneous bandwidth: 8 to 20 MHz

� TX/RX duplexing: half duplex


� $299


BladeRF

� Frequency range: 300 MHz - 3.8 GHz

� Resolution: 12-bit ADC/DAC

� Dynamic range: unknown (claims to beexcellent)

� Instantaneous bandwidth: 28 MHz



� $420 / $640


Informe final PROYECTO CECIRAIII 2015 SDR EPN ESPE...

Documents

Transcript of Informe final PROYECTO CECIRAIII 2015 SDR EPN ESPE...