Korkean tason malli sulautetun radiotaajuuslähetinvastaanottimen ohjaimesta

Abstract

Mobiililaitteessa voi nykyään olla useita radiolaitteita, tyypillisesti yksi tuettua radioprotokollaa kohti. Kukin radio lisää kustannuksia ja vie laitteesta tilaa. Koska halpa hinta ja pieni koko ovat usein tärkeitä mobiililaitteen suunnittelukriteerejä, kaikki mahdollisuudet tarvittavien komponenttien vähentämiseksi ja niiden koon pienentämiseksi otetaan innolla vastaan.

Radioiden digitaalisten kantataajuuskomponenttien toiminnot voidaan parhaimmillaan yhdistellä yhden, riittävän nopean, yleiskäyttöisen prosessorin tehtäväksi. Tämä on nykyisin mahdollista, koska nykyisin on saatavilla riittävän nopeita prosessoreja. Yleiskäyttöinen prosessori pystyy nopeutensa vuoksi käsittelemään useiden samanaikaisten radioyhteyksien kantataajuiset datat. Sen sijaan radiotaajuuksia käsittelevien komponenttien osalta yhdistelymahdollisuudet ovat vielä pitkälti selvittämättä. Nykyisillä teknologioilla kaikesta komponenttien rinnakkaisuudesta ei vielä päästä eroon.

Yhdistellyt komponentit tarvitsevat edeltäjistään poikkeavan ohjauksen. Yhdistelystä huolimatta komponenttien tulee edelleen tarjota sama toiminnallisuus kuin edeltäjiensä, mutta niiden täytyy olla joustavampia, sillä yhdisteltyjen komponenttien käyttäjät ovat vaihtelevampia kuin edeltäjien. Pitkän tähtäimen päämääränä komponentit halutaan karsia lukumääräisesti vähäisiksi, mutta toiminnoiltaan täysin joustaviksi, siten, että satunnainen radiojärjestelmä tai -protokolla voisi käyttää niitä. Kognitiivinen radio ja softaradio (Software De_ned Radio, SDR) ovat joustavia radiojärjestelmiä, joihin radioihin liittyvä tutkimus tähtää.

Tässä työssä rakensimme korkean tason simulaattorimallin futuristisen radiotaajuuksia käsittelevän lähetinvastaanottimen osasta, erityiseseti sen kontrolleriohjelmistosta. Ohjelmisto mallintaa perinteisen, aina yhtä radiojärjestelmää vastaavan yhden signaalipolun sijaan radiotaajuuskomponentteja kontrolloivan ohjelmiston toiminnallisuutta sellaiselle radiolaitteelle, jossa kaikki radion osat ovat samanaikaisesti kaikkien radioprotokollien käytettävissä. Ohjelmisto mallintaa kontrollia protokollatasolta radiotaajuuskomponenttien digitaaliseen rajapintaan saakka.

Simulaattori rakentuu kahden annetun rajapinnan varaan. Nämä ovat Lyra-metodilla tehty radiolaitteen rajapinta sekä yleiskäyttöisen radiotaajuuslähetinvastaanottimen rajapinta. Simulaattori rakennettiin SystemC-kirjastoa käyttäen.

Mallin perusteella näyttää siltä, että protokollasta riippumaton, yleiskäyttöinen multiradiolähetinvastaanotin voidaan todella rakentaa siten, että useat samanaikaisesti aktiivisena olevat radioprotokollat voivat käyttää yleiskäyttöistä radiotaajuuslähetinvastaanotinta samanaikaisesti. Rakennettua mallia voidaan käyttää tarkempien radiomallien suunnittelun pohjana.

A mobile hand-held may contain nowadays many di_erent radio devices, typically one for each of the radio protocols it supports. Each of these makes an additional cost and takes space on the device. As small cost and device size are important design factors for a mobile hand-held, any chance for reducing the number and size of needed components is warmly welcomed.

Digital basebands can be seen to be mergeable to one generic processor due to increase in current processor speeds. A generic baseband processor is able to handle baseband processing for multiple radio connections concurrently, but it is yet to be seen how much integration can be done to the RF parts. With currently available technologies, we cannot get rid of all of the parallelism.

The merged components require control di_erent from their predecessors. Merged components should still contain the functionality of the preceding components, but be more exibly controllable, as the callers are more diverse than before. Ultimately we would want to end up to a very few, fully exible components, usable by any radio protocol or radio system. Cognitive Radio and Software De_ned Radio are the aims the radio related research now strives for.

In this thesis, we present a high-level system model of part of a futuristic RF radio, including controller software for a futuristic RF radio transceiver. The system models controller software for RF transceiver, whose sub-parts are concurrently usable by any radio protocol, instead of dedicated RF parts for each radio protocol or radio system. In the model, the control functionality that connects protocol-level commands to RF parts was modelled.

The model is based on two interfaces. These are the Lyra model of the radio device interface, and an interface for a generic RF transceiver module. The model was made with SystemC.

As the result, our model shows that a generic multiradio RF transceiver can be made controllable by several concurrently running radio protocols. The constructed model may be further used as a model for more accurate model-based radio system designs.