Implementação de um modulador para DVB-RCS2 em FPGA

Abstract

Este trabalho objetiva implementar em um FPGA as quatro modulações lineares do protocolo DVB-RCS2: 𝜋/2-BPSK, QPSK, 8PSK e 16QAM, em banda base e usando o filtro formatador de pulsos exigido pela norma, um cosseno levantado com raiz quadrada (SRRC) com fator de roll-off de 0,2. Foram construídos scripts interpretados pelo GNU/Octave para produção de valores de referência, geração de símbolos de teste e comparação dos dados experimentais com os modelos de referência. A quantização dos coeficientes do filtro e dos símbolos usados nas constelações foi feita em ponto fixo, sendo a quantidade de bits determinada através de uma análise de precisão numérica usando o GNU/Octave para comparar o erro quadrático médio entre os valores em ponto flutuante e os quantizados. Um script também foi desenvolvido para automatizar a descrição em VHDL do filtro SRRC a partir dos coeficientes do filtro, dos bits de quantização e do fator de oversample. O funcionamento do sistema descrito em VHDL foi verificado através de simulações comportamentais e da implementação com uma arquitetura com memórias que possuem vetores de teste em um kit de desenvolvimento. As simulações comportamentais do sistema com a arquitetura de testes a uma frequência de operação de 125 MHz informam que o sistema possui latência de 376 ns e taxa de transmissão de símbolos de 17,5 MHz. O modulador e uma arquitetura de testes descritos em VHDL e o hardware de instrumentação, usado para captura de dados, foram implementados em um FPGA XC7Z010-1CLG400C, presente no kit de desenvolvimento Zybo Revisão B a uma frequência de operação de 125 MHz. Verificou-se que o sistema sem o hardware de instrumentação inserido pelo Integrated Logic Analyser (ILA) pode ser implementado a uma frequência de 166,67 MHz, sendo que, na frequência padrão, são consumidos 3921 Look-Up Tables (LUTs), 4547 registradores, 2 memórias em bloco, 38 entradas e saídas, uma linha global de clock e 121 mW de potência. Os dados obtidos pelo ILA foram comparados com os modelos de referência e encontrou-se um erro quadrático médio da ordem de 10−6 para as partes real e imaginária das modulações implementadas.