Kit de desarrollo Nexys2

La tarjeta Nexys2 es una plataforma desarrolladora de circuitos basada en la FPGA Spartan3 de Xilinx que existe en nuestra Facultad. Posee un puerto USB de alta velocidad, 16 Mbytes de RAM y ROM, varios dispositivos de I/O y puertos que la hacen una plataforma ideal para sistemas digitales de todas las clases. El kit Nexys2 se puede utilizar con un computador para crear una estación de diseño verdaderamente portátil; trae tecnologías de primera que cualquier persona puede utilizar para ganar experiencia en el diseño digital. En esta tarjeta se pueden diseñar incontables sistemas digitales basados en FPGAs, y estos pueden crecer fácilmente más allá de la tarjeta, usando los cinco conectores de extensión. La figura 2.11 muestra el diagrama en bloques de esta tarjeta.

FIGURA 2.11. Diagrama en bloque de la tarjeta Nexys2 (Digilent, 2008a)

Las señales accesibles por el usuario en la tarjeta son protegidas contra cortocircuitos, asegurando una larga vida de operación en cualquier ambiente. La tarjeta Nexys2 es completamente compatible con todas las versiones de las herramientas de Xilinx ISE. La entrada de energía a la tarjeta se puede suministrar desde el cable de USB, de 5Vdc a 15Vdc. En la figura 2.12 se muestran las diferentes formas de alimentación.

El tablero Nexys2 incluye un oscilador de 50 MHz y un socket para un segundo oscilador. Las señales de reloj de los osciladores se conectan con los pines de entrada del reloj global que conducen a los bloques sintetizadores del reloj, disponibles en el FPGA. Para más información ver: (Digilent, 2008b)

2.3.2. Costo de implementación de los FPGAs

La adopción de chips FPGA en la industria ha sido impulsada por el hecho de que los FPGAs combinan lo mejor de los ASICs y de los sistemas basados en procesadores. Ofrecen velocidades temporizadas por hardware y fiabilidad, pero si n requerir altos volúmenes de recursos para compensar el gran gasto que genera un diseño personalizado de ASIC. El silicio reprogramable tiene la misma capacidad de ajustarse que un software que se ejecuta en un sistema basado en procesadores, pero no está limitado por el número de núcleos disponibles. A diferencia de los procesadores, los FPGAs llevan a cabo diferentes operaciones de manera paralela, por lo que éstas no necesitan competir por los mismos recursos. Cada tarea de procesos independientes se asigna a una sección dedicada del chip, y puede ejecutarse de manera autónoma sin ser afectada por otros bloques de lógica. (Francisco, 2010)

Alvarion como miembro del Foro WiMAX es uno de los principales interesados en el desarrollo de la tecnología WiMAX para producir equipos implementados en los FPGAS de Xilinx , los cuales manejen el estándar 802.16 de 2004 .

Desde el principio de la industria, Alvarion ha sido un líder en el mercado de acceso inalámbrico de banda ancha (BWA), siendo el vendedor más grande del mundo en equipos para diseñar redes inalámbricas con chips FPGA de bajo costo.

FIGURA 2.8. Equipamiento FreezeMAX en FPGAS.

En la tabla 2.1 se indican las características de los equipos de la familia BreezeMAX utilizando la tecnología de los FPGAs.

CARACTERÍSTICAS BreezeMAXEstación Base BreezeMAX CPE

Estándar 802,16 - 2004,futuro 802.16 e 802,16 - 2004, futuro 802.16 e Banda de Frecuencias 1.5GHz; 2.3GHz WCS; 2.5GHz BRS ; 3.3 - 3.8GHz ; 5 GHz 1.5GHz; 2.3GHz WCS; 2.5GHz BRS ; 3.3 - 3.8GHz ; 5 GHz PHY

OFDM 256 FFT with uplink OFDMA and future support

of SOFDMA for mobile WiMAX

OFDM 256 FFT with uplink OFDMA Duplexing Mode FDD, TDD FDD, TDD Modulación 64QAM to BPSK (8adaptivelevels) 64QAM to BPSK (8adaptivelevels) Ancho de Canal 1.75MHz, 3.5GHz, 5MHz, 7MHz, 10 MHz 1.75MHz, 3.5GHz, 5MHz, 7MHz, 10 MHz Potencia de Transmisión 34dBm 20 y 24 dBm

Ganancia Antena

Antena Externa 60°, 90°, 120°

Omnidireccional

Antena Interna 18 dBi

Interfaz 10/100/1000 Base-T, E1/T1

10/100 Base-T, 802.11g Wi-Fi,

RJ-11 POTS, E1/T1 Precio $3,714.00 $711.00

TABLA 2.1.Características Técnicas. Equipos Alvarion.

También existe un hardware comercial listo para usarse con diferentes tipos de E/S ya conectados a un chip FPGA programable por el usuario, como se observa en la figura 2.9, en el kit de desarrollo Spartan-3A de los FPGAs de Xilinx. (Francisco, 2010, BORENSZTEJN, 2009)

FIGURA 2.9: Kit de desarrollo Spartan-3A

Este kit de desarrollo Spartan-3A de los FPGAs de Xilinx posee un emulador de estación base y una estación suscriptora en módulo mini-PCI. Además, incluyen la capa física, niveles bajos MAC y circuitería de radiofrecuencia, soportando el estándar IEEE 802.16-2004. Provee compatibilidad hacia adelante para movilidad básica mediante IEEE 802.16e

FIGURA 2.10. Estación base SFFSDR

Estos equipos electrónicos SFFSDR (interfaz de radio para transmitir inalámbricamente) son los FPGAs que se están usando como estación base actualmente en el mundo.

La adopción de la tecnología FPGA continúa creciendo, mientras que las herramientas de alto nivel evolucionan para ofrecer a los ingenieros e investigadores con diferentes niveles de experiencia los beneficios del silicio reprogramable.

CAPÍTULO 3. Metodología de trabajo desarrollada para

implementar la capa física WirelessMan-OFDM usando

modulación BPSK.

En el presente capítulo aparece la metodología desarrollada para implementar la capa física WirelessMan-OFDM del estándar 802.16 de 2004, utilizando modulación BPSK. Se reflejan las librerías usadas del Simulink, así como la utilizada para implementar en System Generator un codificador convolucional, del cual se generó su código VHDL y se sintetizó en Xilinx ISE.

3.1. Implementación de la capa física WirelessMan-OFDM usando modulación BPSK en Matlab-Simulink

En el Capítulo 2 se caracterizó el software Matlab-Simulink, poniéndose en evidencia las ventajas que brinda para la implementación de la capa física WirelessMan-OFDM, debido a la diversidad de prestaciones que tiene. A continuación se describen los pasos seguidos para simular en Simulink la capa física WirelessMan-OFDM.

3.1.1. Estudio del estándar de la IEEE 802.16 de 2004 y del software