Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/13230
Title: Yazılım Tanımlı Radyo Tabanlı Fm Demodülatör Tasarımı
Other Titles: Software Defined Radio Based Fm Demodulator Design
Authors: Yağcı, Hasan Bülent
Demiray, Arda
10091807
Elektronik ve Haberleşme Mühendisligi
Electronic and Communication Engineering
Keywords: Fpga
Vhdl
Fm
Fm Demodülasyonu
Yazılım Tanımlı Radyo
Karma Demodülatör
Fpga
Vhdl
Fm
Fm Demodulation
Software Defined Radio
Mixed Demodulator
Issue Date: 4-Nov-2015
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Tez çalışması, haberleşme sistemlerinde yaygın bir kullanım alanına sahip olan FM işaretinden bilgi işaretinin elde edilmesini sağlayan FM demodülatör yapısının tasarımını ve gerçeklenmesini kapsamaktadır. Tasarlanan demodülatör yapısı yazılım tanımlı radyo tabanlıdır. Tasarım aşamasında sayısal FM demodülatör yapıları incelenmiş ve daha önceki çalışmalar dikkate alınarak demodülatör tasarımı tamamlanmıştır. Sistemin benzetimleri MATLAB Simulink ve Modelsim yardımı ile yapılmış olup VHDL kullanılarak başarılı bir şekilde donanımsal olarak gerçeklenmiştir. Son yıllardaki gelişmeler ile birlikte düşük maliyetli sayısal işaret işleyicilerin yaygınlaşması, yazılım tanımlı radyo sistemlerinin tasarımı için önem arz etmiştir. Özellikle hücresel haberleşme olmak üzere telekomünikasyon teknolojisindeki hızlı gelişim ile birlikte düşük maliyetli ürünlere olan ihtiyaç artmıştır. Günümüzde geleneksel radyo haberleşme sistemleri yerlerini hızla yazılım tanımlı radyo sistemlerine bırakmaktadır. Yazılım tanımlı radyo, radyo sistemlerinde donanımsal fonksiyonların yazılım tabanında gerçeklenmesi ile oluşmaktadır. Geleneksel olarak donanım bazında gerçeklenen modülasyon, demodülasyon, karmaşık işaretlerin IQ ayrımı, kodlama, kod çözme ve süzgeç gibi analog tasarım ile yapılması zor olan temel haberleşme birimleri yazılım tabanlı olarak gerçeklenebilmektedir. Böylece mevcut yazılım güncellenerek haberleşme sistemlerinin fonksiyonları değiştirilebilir. Bu kapsamda yazılım tanımlı radyo sistemlerinde sabit elektronik devrelerinin kullanımı azalmakta ve esnek bir yapı elde edilmektedir. Frekans modülasyonu haberleşme sistemlerinde yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Analog bir modülasyon türü olan frekans modülasyonu, yazılım tanımlı radyo teknolojisinin gelişimi ve getirdiği avantajlar ile yeni nesil haberleşme sistemlerinde yazılım tabanlı olacak şekilde tasarlanabilmektedir. Frekans modülasyonlu RF işaretleri sayısal olarak örneklenmekte ve işaret işleme teknikleri kullanılarak gerçek zamanda demodüle edilmektedir. Sayısal FM demodülasyonunda tabanbant gecikme demodülatörü, faz uyarlayıcı demodülatör, faz kilitlemeli çevrim ve karma demodülatör yapıları kullanılmaktadır. Bu demodülatör yapılarının MATLAB programı yardımı ile benzetimleri yapılmış, işaret kalitesi, işlem gücü ve kapladığı alan dikkate alınarak karma demodülatör yapısı tercih edilmiştir. Karma demodülatör yapısı dördün karıştırıcı ve demodülatör olmak üzere iki temel bloktan oluşur. Dördün karıştırıcı bloğunda, ADC ile örneklenmiş FM işareti NCO tarafından oluşturulan sinüs ve kosinüs işaretleri ile çarpılarak alçak geçiren süzgeçten geçirilir. Bu bloğun çıkışında elde edilen gerçel ve sanal işaretler demodülatör bloğunun girişini oluşturmaktadır. Demodülatör bloğu gecikme, çarpma, toplama, CORDIC bloklarından oluşmaktadır. Demodülatör bloğunun çıkışı alçak geçiren FIR süzgeç yardımı ile biçimlendirilerek bilgi işareti elde edilir. xx Karma FM demodülatör mimarisinin tasarımı Modelsim benzetim programı ve SignalTap hata ayıklama aracı ile doğrulandıktan sonra Altera firmasının DE0 Nano geliştirme kartında gerçeklenmiştir. Rohde & Schwarz vektör işaret üreteci yardımı ile 1MHz taşıyıcı işarete sahip FM işareti üretilmiş ve farklı frekans sapma değerleri ile tasarım test edilmiş ve doğrulanmıştır. Gerçeklenen sistem Altera DE0 Nano geliştirme kartında bulunan EP4CE22F17C6 model FPGA’da bulunan 22320 adet LE’nin 1893 tanesini kullanmıştır. Sistemin toplam güç tüketimi 113.56 mW, gecikme süresi ise 5.84 ns’dir.
The present thesis includes the design and implementation of the FM demodulator stuructures which provide obtaining information signal from the FM signal which has widely used in communication systems. The designed demodulator structure is based on software defined radio. Digital FM demodulator structures are examined at the design stage and the demodulator design is completed considering the previous studies. The simulation of the system is performed with the help of MATLAB Simulink and Modelsim simulation tool. After this, the design is successfully implemented with using VHDL. Upon the developments in recent years, the spread of low-cost digital signal processing ICs has gain significant importance for the design of software defined radio systems. The need for low-cost products has increased with the rapid development in telecommunication technology, especially for the cellular communication. Nowadays, traditional radio communication systems have given its way to the software defined radio systems. Software defined radio is formed by performing the hardware functions in a software base in the radio systems. Some basic communication units such as modulation, demodulation, IQ discrimination of complex signals, encoding, decoding and filtering are traditionally implemented as hardware based. However it is difficult to perform these with analog design, these units could also be implemented as software based. Thus, the communication system functions can be changed by updating existing software. In this context, the use of fixed electronic circuit are decreased in the software defined radio system and flexible structure can be obtained. Frequency modulation has widespread usage in communication systems. With the development of software defined radio technology and its advantages, frequncy modulation, which is an analogue type of modulation, can be designed as a software based in the new generation communication systems. Frequency modulated RF signals are digitally sampled and demodulated in real time using signal processing techniques. Baseband delay demodulator, phase-adapter demodulator, phase-locked loop and mixed demodulator structures are used in the digital FM demodulation. The simulations of these demodulator structures are made with the help of MATLAB Simulink. Considering signal quality, processing power and the area covered, mixed demodulator structure is preferred. Mixed demodulator structure consists of two main blocks – a quadrature mixer and a demodulator. At the quadrature mixer block, FM signal sampled by the ADC is multiplied by the sine and cosine signals created by NCO and then passed through a low pass filter. The obtained real and imaginary signals at the output of this block, constitute the input of demodulator block. Demodulator block consists of unit delay, multiplication, addition and CORDIC xxii blocks. The information signal is obtained from the output of demodulator block after formatting with the aid of low pass FIR filter. After confirming the design of the FM demodulator architecture with Modelsim simulation tool and SignalTap debugging tool, it is implemented in Altera DE0 Nano development board. With the aid of Rohde & Schwarz vector signal generator, FM signal having 1MHz carrier signal is produced and the design is tested and verified with different frequency deviations. The implemented system uses 1893 out of 22320 logical element in Altera DE0 Nano develeopment board EP4CE22F17C6 device. Power consumption of the system is 113.56 mW and delay time is 5.84 ns.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015
URI: http://hdl.handle.net/11527/13230
Appears in Collections:Elektronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
10091807.pdf2.01 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.