FPGA tabanlı OFDM modem gerçeklenmesi
FPGA based OFDM modem implementation
Yazar: SUHAP ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. ADNAN KAVAK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology
Dizin: İletişim = Communication ; İletişim sektörü = Communication sector ; İletişim sistemleri = Communication systems ; İletişim şebekeleri = Communication networks

Özet:
Geniş bant kablosuz haberleşme için geliştirilmiş olan Wimax (IEEE 802.16) standardı, getirdiği bir çok avantajdan dolayı önümüzdeki yıllarda kullanım alanımıza girmesi beklenen yeni nesil teknolojidir. Wimax , fiziksel katmanda iletim tekniği olarak Dikgen Frekans Bölmeli Çoğullama (OFDM) tekniğine dayanan bir teknolojidir. Kablosuz operatörler açısından cazip olan mümkün olduğunca aynı altyapıyı kullanarak farklı servisleri -GSM (2G), 3G ve Wimax - sunabilmesi olacaktır ki bu da yazılım tabanlı baz istasyonları sayesinde daha kolay hale gelecektir. Wimax fiziksel katmandaki işlem yükünün istenilen performansta ve esneklikte yerine getirilebilmesi için, OFDM temel bant işaret işlemlerinin geleneksel işlemciler üzerinde veya ASIC modem olarak sabit bir yapıda gerçeklenmesi yerine FPGA veya DSP gibi farklı bir donanım ile esnek yapıda gerçekleştirilmesi gerekmektedir.Bu tez çalışmasında, bazı DSP işlemcilerinde uygulanan IQ-Math sabit noktalı sayı formatının FPGA üzerinde OFDM bloklarının gerçeklenmesi için kullanılması önerilmektedir. Bu amaçla, Wimax fiziksel katmanını oluşturan OFDM işaret işleme bloklarının, IQ-Math sabit noktalı ve IEEE-754 kayan noktalı sayı formatları kullanılarak FPGA üzerinde VHDL donanım tanımlama dili ile gerçeklenmiştir. . IEEE-754, IQ-Math, Xilinx IP-Core hazır blokları kullanılarak gerçeklenen üç ayrı modeme ait tasarım, FPGA üzerinde kapladığı alan, çalışma hızı ve kullanılan sayı formatının hassasiyeti baz alınarak karşılaştırılmıştır. IQ-Math gerçeklenmesi sayı hassasiyeti açısından kayan noktalı sayı başarımına yaklaşırken, hız ve donanım kaynaklarının kullanımı açısından sabit noktalı sayı formatının başarımını sağlamaktadır.

Abstract:
Wimax standard (IEEE 802.16) developed for wideband wireless communications is expected to be used as a new technology in recent future due to its many advantages. Wimax technology is based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) as a physical layer transmission technique. It is preferable for wireless operators to use the same infrastructure as possible for different services such as GSM, 3G and Wimax. This becomes possible with the development of software defined base stations. To obtain desired performance and flexibility in signal processing at baseband, OFDM baseband processing needs to be implemented on programmable processors instead of traditional processors and ASIC modem.This dissertation proposes using IQ-Math fixed point number format, which is commmonly used in some DSPs, for FPGA implementation of OFDM signal processing blocks For this purpose, Implementation of OFDM blocks that form Wimax physical layer is realized on Xilinx Virtex-5 FPGA via VHDL hardware description language using proposed IQ-Math format and IEEE-754 floating point format. OFDM modem implementations realized via IQ-Math, IEEE-754, and Xilinx IP Core Library are compared in terms of processing speed (propagation delay), hardware resource utilization, and number sensitivity. IQ-Math implementation of OFDM modem results in similar performance to floating point implementation in terms of number sensitivity, and its performance is nearly the same as the fixed point implementation in terms of propgation delay and resource usage.