FPGA-based DECT-2020 New Radio Packet Detection
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-09-30
Department
Major/Subject
Communications Engineering
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Computer, Communication and Information Sciences
Language
en
Pages
64
Series
Abstract
A rapid increase in number and diverse applications of connected devices has forced digital wireless protocols to specialize further for specific purposes. One of such applications is the previously unanswered market for reliable wireless low-latency communication in private self-sustained networks. As a revision of an older standard, DECT-2020 New Radio aims to provide a solution for this market. To research different physical layer properties of DECT in real-world environments, a software-defined radio (SDR) framework would be required. Since such design already existing for IEEE 802.11, a well-utilized open-source project openwifi, an analogous solution for DECT could be realized. The goal of this thesis was to provide an implementation for the first part of this SDR framework. The main contribution of this thesis is an FPGA-based packet detector for DECT. Written in Verilog-2001 for an AMD Zynq system-on-chip, the implemented design manages Synchronization Training Field preamble detection and timing synchronization with hardware efficient autocorrelation approach. The proposed design was evaluated using a simulation environment that integrated MATLAB and the Icarus Verilog simulation tool. Both real-world and generated data were utilized during the simulation. Compared to a cross-correlation based detection, the implementation utilizes only two complex-valued multiplications at the expense of a higher signal-to-noise (SNR) ratio requirement. In comparison to a reference autocorrelation-based detection, the implementation requires at least 2.6 dB higher SNR depending on the utilized configuration, yet it does not suffer from co-channel interference and includes a simpler signal power estimator. The resource utilization of the proposed design is comparable to that of openwifi despite differences in communication protocols. Finally, different power scaling factors were simulated to analyze the implementation’s performance. The thesis thus provides an initial foundation to a hardware-based SDR for DECT-2020 NR.Kommunikoivien laitteiden määrän nopea kasvu sekä käyttökohteiden moninaistuminen ovat pakottaneet digitaaliset langattomat tietoliikennetekniikat erikoistumaan tarkempiin käyttökohteisiin. Yksi tällainen vielä avoin sovelluskohde on pieni viiveiset ja luotettavat yksityiset langattomat verkot omavaraisella järjestelyllä. Vanhemmasta standardista laajennettu uuden sukupolven standardi DECT-2020 New Radio pyrkii tarjoamaan ratkaisua tälle sovelluskohteelle. Voidakseen tutkia DECT:n fyysisen kerroksen eri ominaisuuksia oikeassa maailmassa, tarvittaisiin ohjelmistoradiolle soveltuvaa kehitysympäristöä. Koska IEEE 802.11 standardille on jo luotu halutunkaltainen ja laajasti käytetty avoimen lähdekoodin projekti openwifi, vastaavanlainen toteutus DECT:lle on mahdollista. Tämän työn tarkoituksena on esittää ensimmäinen osio tälle ohjelmistoradio kehitysympäristölle. Tämän työn tärkein tuotos on FPGA-teknologiaan perustuva paketin tunnistin DECT:lle. Kirjoitettu Verilog-2001-kielellä AMD Zynq-järjestelmäpiirille, toteutus sisältää Synchronization Training Field-synkronointikentän tunnistuksen sekä ajoituksen synkronoinnin autokorrelaatiomenetelmällä. Tunnistinta arvioitiin MATLAB ja Icarus Verilog-simulaatiotyökalu pohjaisessa ympäristössä todellisilla sekä luoduilla signaaleilla. Verrattuna ristinkorrelatiopohjaiseen tunnistukseen, totetus käyttää vain kahta kompleksiarvoista kertolaskuoperaatiota, kuitenkin tarviten huomattavasti korkeamman signaali-kohinasuhteen. Toteutus myös vaatii on vähintään 2.6 dB korkeamman signaali-kohinasuhteen kuin verrokki autokorrelaatiomalli, mutta ei kärsi samakanavahäiriöistä ja käyttää yksinkertaisempaa tehoestimaattoria. Ehdotetun tunnistimen FPGA-resurssien käyttö on rinnastettavissa openwifi:in huolimatta radiotekniikoiden eroista. Lopuksi eri tehoestimaattorin skaalauskertoimia simuloitiin toteutuksen suorituskyvyn arvioimiseksi. Työtä voidaan käyttää alustana laitteistopohjaiselle ohjelmistoradiolle DECT-2020 NR:iin.Description
Supervisor
Ruttik, KalleKeywords
DECT-2020 New Radio, FPGA, SDR, packet detection, timing synchronization, autocorrelation