Implementazione e caratterizzazione sperimentale di sistemi OFDM

L’elaborazione numerica dei segnali (nota come Digital Signal Processing, DSP) riveste un grande importanza e una indiscussa popolarità nei sistemi elettronici che ormai ci circondano su ogni fronte tecnologico. L’elevata potenza di calcolo a disposizione in dimensioni ridotte e con costi vantaggiosi permette di realizzare sistemi che offrono nuove funzionalità, impensabili fino a qualche decina di anni fa, oltre che soppiantare complessi circuiti analogici. Nell’ambito delle telecomunicazioni il DSP ha trovato un campo tecnologico su cui evolversi rapidamente, rivoluzionando il modo di concepire la comunicazione e la realizzazione stessa degli apparati di trasmissione e ricezione e accelerando lo sviluppo verso la direzione della software defined radio, un sistema di comunicazione, cioè, interamente costruito via software.
In questo Tesi sono stati implementati sistemi di trasmissione basati su tecnica di modulazione OFDM, con sottoportanti modulate BPSK e M-QAM, su piattaforma DSP C6713DSK della Texax Instrument con successiva comunicazione Real-Time tra PC e scheda DSP e tra due schede DSP.
L’OFDM è una tecnica di modulazione multi-portante che permette di raggiungere elevate prestazioni a costi ridotti grazie alla disponibilità di circuiteria dedicata all’elaborazione numerica. Tra i vantaggi principali della modulazione OFDM possiamo citare l’elevata efficienza spettrale, la robustezza nei confronti del fading selettivo in frequenza (dovuto principalmente ai cammini multipli) e dell’interferenza e la possibilità di realizzare reti a singola frequenza consentendo sia su supporto fisico che a onde radio. Per queste ragioni, l’OFDM è oggi la tecnologia maggiormente utilizzata nei sistemi di comunicazione digitali quali, ad esempio, Wi-Fi, DVB-T, WiMax, ADSL, ecc. e, quindi, la tecnologia considerata in questa tesi per l’implementazione su scheda DSP.
La presenti tesi è argomentata come segue.
Il Capitolo 1 descrive la scheda DSP a livello hardware fornendo una panoramica dei dispositivi installati e delle funzionalità messe a disposizione dell’utente. Inoltre si occupa di illustrare il software fornito a corredo della scheda, il suo utilizzo, e la possibilità di programmazione assistita mediante ambiente di lavoro integrato su PC per una veloce prototipazione. Si introduce la programmazione mediante codice di alto livello e in particolare il software Simulink di Mathworks.
Nel Capitolo 2 è descritta la modulazione OFDM da un punto di vista puramente teorico, fornendo le relazioni che legano i domini temporali e frequenziali su cui fare l’elaborazione del segnale. Si citano inoltre degli accorgimenti mirati a migliorare la robustezza del sistema e facilitare l’operazione di decodifica dal lato del ricevitore. Vengono, inoltre, introdotte le caratteristiche principali dello standard WiMAX IEEE 802.16, come riferimento reale per il sistema OFDM da implementare.
Il Capitolo 3 tratta l’implementazione di sottosistemi di telecomunicazione (trasmissione con modulazione tradizionale, quale la BPSK e QAM, filtraggi, ecc.). In questo modo è stato possibile testare le funzionalità e la capacità di calcolo del processore della scheda oltre che della componentistica presente sulla scheda stessa. Inoltre descrive la realizzazione del sistema di trasmissione OFDM con modulazione BPSK e QAM. In questa sezione si affronta la progettazione del trasmettitore e del ricevitore.
Il capitolo 4 si occupa della ricetrasmissione del sistema dati multi-portante OFDM tra due schede DSP C6713DSK e di mettere in evidenza le problematiche che nascono in un collegamento di questo tipo.
Il processo si appoggia sia alla pura simulazione mediante PC, sia al test reale su scheda hardware. Questo ci permette di individuare i problemi che di volta in volta si presentano, analizzarli passo-passo e trovare una soluzione ingegneristica che li possa risolvere.