Geniş bantlı RF spektrum analizi için FFT tabanlı gerçek zamanlı spektrum analizörü tasarımı
Design of FFT based real time spectrum analyzer system for analysis of wide band RF spectrum
Yazar: MEHMET ESKİN
Danışman: PROF. DR. FIRAT KAÇAR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde kablosuz haberleşme çok yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Önümüzdeki yıllarda 5G ve Nesnelerin İnterneti gibi teknolojilerin yaygınlaşmasıyla kablosuz haberleşme yoğunluğu daha da artacaktır. Artan kablosuz haberleşme trafiği haberleşme sistemlerinde girişim gibi birçok ciddi soruna yol açmaktadır. Haberleşmenin sağlıklı bir şekilde sürdürülebilmesi için kablosuz haberleşme trafiğinin izlenmesi ve yönetilmesi gerekmektedir. Spektrum analizör cihazları yarım asırdan fazla süredir RF sinyallerinin izlenmesinde ve analizinden en önemli araçlardan bir tanesi olmuştur.  Ancak spektrum analizör cihazları yüksek fiyatlarından dolayı sadece bir ölçüm cihazı olarak kullanılabilmektedir. Haberleşme sistemlerine yardımcı cihaz olarak kullanılamazlar. Çalışma kapsamında yapılan önermeler RF katmanı, sayısal sinyal işleme katmanı ve yazılım katmanı olarak üç kısımdan oluşmaktadır. RF katman, yüksek frekanslı RF sinyallerin frekanslarını düşürerek örnekleyen tümleşik bir yapıdan oluşmaktadır. Sayısal sinyal işleme katmanı ise FPGA üzerinde sinyallerin sayısal olarak işlenmesini sağlayan donanımsal blok tasarımlarından ve blokların yönetimini sağlayan mikroişlemciden oluşmaktadır. Çalışma kapsamında gömülü Linux işletim sistemi tercih edilerek sistem için özel olarak baştan sona bir gömülü Linux işletim sistemi derlenmiştir. Verilerin dışa aktarılmasını sağlayacak ve cihazın kontrolünü sağlayacak servisler yazılarak Linux işletim sistemi üzerinde koşturulmuştur. İşlenen sinyal verilerini grafiksel gösterimlere dönüştürerek gelişmiş analiz imkânı sunan bilgisayar tabanlı bir yazılım önerilmiştir. Çalışma sonucunda ortaya çıkan sistem amaçlanan hedefleri karşılayabilecek yapıdadır.

Anahtar Kelimeler: Spektrumanalizör, FPGA, Sayısalsinyalişleme, HızlıFourirerdönüşümü GömülüLinux

Abstract:
Today, wireless communication is used extensively. With the spread of technologies such as 5G and Internet of Things in the coming years, the density of wireless communication will increase further. Increased wireless communication traffic causes many serious problems such as interference in communication systems. Wireless communication traffic must be monitored and managed in order to maintain a healthy communication. Spectrum analyzer devices have been one of the most important tools for monitoring and analyzing RF signals for more than half a century. However, spectrum analyzer devices can only be used as a measuring device because of their high prices. They cannot be used as auxiliary devices for communication systems The propositions made within the scope of the study consist of three parts as RF layer, digital signal processing layer and software layer. The RF layer consists of a structure that reduces the frequencies of high frequency RF signals.The digital signal processing layer consists of hardware block designs that allow the digital processing of signals on the FPGA and the microprocessor that manages the blocks. Embedded Linux operating system was preferred and an embedded Linux operating system was compiled specifically for the system. The services that will maintain the data transfer and control of the device are written and run on the Linux operating system. A computer-based software has been proposed to convert processed signal data into graphical representations, providing advanced analysis capabilities. As a result of the study, the system is able to meet the objectives.

Keywords: Spectrum Analyzer, FPGA, digital signal processing, fast Fourier transform,
EmbeddedLinux