Análisis de factibilidad de la aplicación de la tecnología SDR en los sistemas de telecomunicación satelital – componente de modulación codificación

Abstract

Las tecnologÌas emergentes tales como Software Dened Radio (SDR) han revolucionado las perspectivas de las telecomunicaciones; esto principalmente, debido al hecho que los dispositivos hardware pueden ser reemplazados por algoritmos que se ejecutan sobre Dispositivos LÛgicos Programables (PLD - Programmable Logic Devices) tales como DSPs o FPGAs. Considerando este nuevo paradigma, altos niveles de exibilidad pueden alcanzarse siempre que los algoritmos alojados en los PLDs puedan ser actualizados o reemplazados completamente, lo cual equivale a cambiar un dispositivo hardware por uno nuevo, con las ventajas que la reconguraciÛn, es un procedimiento sencillo, r·pido y econÛmico, permitiendo ser realizado en caliente, sin necesidad de suspender los servicios de comunicaciones prestados por la estructura del sistema. Como se propone en (Paillassa, 2003), (Morlet, 2003) los sistemas de comunicaciones satelitales pueden tomar ventajas de estas tecnologÌas emergentes y los transpondedores con procesamiento a bordo podrÌen ser implementados bas·ndose en tecnologÌas SDR. En este contexto, transpondedores satelitales podrÌen ser construidos basados en arreglos de FPGAs permitiendo realizar por completo las funciones de procesamiento en banda base y frecuencia intermedia a travÈs de algoritmos de procesamiento digital de seÒales. En este documento se presentan los resultados de la evaluaciÛn y an·lisis de factibilidad de la implementaciÛn de los mÛdulos de un transpondedor satelital basado en SDR. Inicialmente se parte de la descripciÛn de los mÛdulos de un transpondedor satelital transparente y de los transpondedores con procesamiento a bordo, posteriormente se realiza un an·lisis de la factibilidad de implementaciÛn de cada uno de los mÛdulos evaluando par·metros tales como frecuencia de operaciÛn, gura de ruido, rango din·mico, consumo de potencia, potencia manejada por el dispositivo y posibilidades de digitalizaciÛn, diseÒo e implementaciÛn del componente de modulaciÛn - demodulaciÛn para un transpondedor satelital con procesamiento a bordo recongurable por medio de SDR utilizando plataformas FPGA, para este propÛsito se seleccionÛ el modulador - demodulador 16 QAM puesto que es ampliamente utilizado en el escenario de las comunicaciones satelitales. Los resultados e implementaciÛn se realizaron sobre la FPGA Spartan 3E de Xilinx debido a que es una de las plataformas m·s populares en nuestro entorno. La herramienta de desarrollo utilizada se denomina System Generator la cual tambiÈn es proporcionada por Xilinx.

The emerging of new technologies such as Software Dened Radio (SDR) has revolutionized the landscape of communication systems. This is mainly due to the fact that hardware devices can be replaced by algorithms running on Programmable Logic Devices (PLD) such as DSPs or FPGAs. Considering this new paradigm, high levels of exibility will be achieved since algorithms hosted on PLDs could be updated or replaced completely. This is equivalent to change a hardware device by a new one, only that this procedure is easier, faster, cheaper, and it could be performed without suspending the communication services depending on these devices. As proposed in (Paillassa, 2003) and (Morlet, 2003), satellite systems could easily take advantage of this emerging technology and regenerative satellite payloads could be implemented based on SDR techniques. In this context, satellite payloads will be built based on FPGA arrays and the entire Base Band and IF processing will be carried out by means of Digital Signal Processing Algorithms. In this document, we present the evaluation and feasibility analysis of the idea of implementing a transponder¥s Payload based on Software Radio. Initially we describe the modules of a transparent and on board processing transponder, then, we perform the feasibility analysis of the SDR implementation by evaluating parameters such as operation frequency, noise gure, dynamic range, power consumption, digitalization possibilities. We designed and implemented the codication and modulation components for a recongurable on board processing transponder using FPGAs. For this purpose, we have chosen the QAM strategy since it is widely employed in satellite systems and it presents a high spectral efciency. In fact, the implementation results were obtained for 16-QAM using Spartan 3E FPGAs provided by Xilinx, simply because this is was available in our development environment. The software tool we employed is called System Generator and it is provided by Xilinx.