Sistemi DAB su FPGA: Sorgente audio, interleavingfrequenziale, modulazione OFDM

Lo scopo di questo lavoro consiste nel realizzare i blocchi per la codifica e la modulazione OFDM del sistema DAB (Digital Audio Broadcasting) con l’ausilio del kit di sviluppo FPGA (Field-Programmable Gate Array).
Il kit di sviluppo FPGA ha una larga gamma di periferiche e componenti (oltre che al chip FPGA), che possono essere connessi tra di loro attraverso il chip FPGA programmabile al computer; ciò fa si che la scheda sia un ottimo strumento per la realizzazione dei prototipi e per effettuare dei test a un costo contenuto, data la sua ri-programmabilità.
Si è partiti con l’idea di prendere il servizio audio in formato mpeg audio layer 2 da un computer in streaming, ma poi in assenza dell’hardware necessario per interfacciare il PC alla scheda FPGA si è scelto di pre-caricare su scheda un file mp2 di test.
Il lavoro prevede lo sviluppo dei blocchi necessari tramite la programmazione della scheda FPGA (Stratix II EP2S60) usando il linguaggio VHDL (VHSIC hardware description language) e il programma Quartus II; il tutto rispettando le specifiche ufficiali dello standard DAB.
I blocchi in questione si chiamano “entity” e hanno degli ingressi e delle uscite che possono essere assegnati ai pin fisici della FPGA. Il loro funzionamento interno, la relazione tra ingressi e uscite, va descritto tramite il codice VHDL.
I blocchi sono progettati con l’interfaccia Avalon in modo da essere facilmente interconnessi tra di loro. L’interfaccia Avalon sarà descritta nell’appendice B. Successivamente tutti i blocchi devono essere connessi per formare la catena completa che andrà caricata sulla scheda Stratix II. Infine attraverso il collaudo si eseguono le correzioni dei vari errori di programmazione e si analizzano i segnali dei blocchi con “Signal Tap” per verificare il corretto funzionamento.
E' prevista una trasmissione di solo audio a 160Kbps, in modo I di trasmissione, senza servizi di dati aggiuntivi.
La fase di collaudo si è sviluppata presso il banco di misura del laboratorio WILAB (IEIIT-CNR) della facoltà di ingegneria a Bologna, insieme al collega Andrea Barigazzi, e con l’aiuto dell’ING. Fabio Mantovani e il Prof. Gianni Pasolini.
Il lavoro è andato avanti confrontando le idee e le scelte con i consigli dei professori e l’ingegnere di laboratorio, che ringrazio ancora.
Ma non solo, ci sono stati incontri e discussioni anche con il collaboratore Andrea Barigazzi, per accordarsi sui funzionamenti dei blocchi, in modo che possano essere interfacciati e comunicare correttamente tra di loro, quando vengono montati con il programma SOPC Builder per formare la catena DAB completa.
Nel primo capitolo si illustrano i principi su cui si basa il sistema, per scendere più in dettaglio nel capitolo 2, dove sono illustrati i meccanismi di funzionamento dei blocchi necessari al sistema DAB. Nel capitolo 3 sono spiegati in dettaglio i blocchi realizzati in questo lavoro, corredati di schema concettuale e simulazioni.