Este proyecto de grado tiene como objetivo caracterizar la técnica de detección espectral para la detección de energía. El proyecto se basa en el estudio e implementación de la técnica de detección de energía por Radio Cognitiva.
Requerimientos
Se divide en tres partes básicas: la investigación centrada en la estimación del efecto del ruido, el diseño de un detector de energía, la implementación FPGA del detector junto con una interfaz y bancos de pruebas para su posterior comparación con otros algoritmos estudiados en los sistemas caóticos. laboratorio de la Facultad de Tecnología. A continuación se encuentran secciones con requisitos y especificaciones detalladas, así como una introducción al plan del proyecto.
Introducci´ on al plan de proyecto
En la Figura 3.10, puede ver el uso de celdas FPGA después de completar la implementación. Su función principal es realizar la operación de suma acumulativa del valor de potencia de la señal.
Proyecto 13
Detector de Energ´ıa
En la técnica de detección de energía, la señal recibida por el usuario secundario contiene ruido gaussiano aditivo (AWGN) wn y puede tener o no una señal del usuario primario (PU). acrónimo en inglés) sn. En el caso de H0, la señal recibida consta únicamente de ruido gaussiano. Cuando se muestrea y se influye en el cuantificador, se obtiene una variable aleatoria con una distribución χ2 con N grados de libertad.
Estimaci´ on de la potencia de ruido para el c´ alculo del umbral 14
H1 (3.3) De esta forma, la probabilidad de falsa alarma (PF A) se define como la probabilidad de detectar un canal como ocupado cuando está libre (bajo H0) y la probabilidad de detección (Pd) como la probabilidad de detectar un canal como ocupado, ocupado (lowH1), como se muestra en la Figura 3.1. En la Figura 3.4 se puede ver la pantalla principal de la plataforma diseñada, también se creó un manual de usuario y soporte [7] donde se describe detalladamente cada pantalla y la lógica detrás del código.
Simulaciones
- Matlab - Simulink - System Generator
- Testbench - Vivado
- Performance de interfaz
La señal Signal In simula la señal que entra a través de la antena y es recibida por el sensor. Al principio consiste sólo en ruido, y después de unos microsegundos se transforma en una señal sinusoidal que simula una portadora principal de usuario.
Implementaci´ on
Al terminar, su valor se muestra en la señal Int Thresholds y Frac Threshold, parte entera y parte fraccionaria, respectivamente. La señal de datos válidos genera un pulso cada vez que finaliza el cálculo de energía, en ese momento si el valor de energía excede el umbral, la señal de decisión se establecerá en uno, de lo contrario en cero.
Testeos
- Generadores de prueba
- Prueba de comunicaci´ on
- Prueba integral
Debe reconocerse el cambio en la probabilidad de falsas alarmas al que nos enfrentamos. La Figura D.17 muestra un diagrama de flujo de operación de la interfaz para realizar pruebas de circuito. Ejecuciones: Será posible elegir el número de ejecuciones a realizar para el cálculo de energía.
Conclusiones 29
Resultados del instrumento
Durante el proceso de diseño e implementación del circuito se encontraron varias dificultades, principalmente relacionadas con el uso de componentes propietarios o el diseño de componentes propios en VHDL. Respecto a la implementación final y con los datos obtenidos de área, potencia y velocidad descritos en el apartado 3.4, se puede decir que se cumplió el requisito no funcional C.4.1. Se diseñó e implementó una interfaz en lenguaje Python fácil de usar que automatiza las pruebas y registra los resultados para crear gráficos y realizar análisis.
Gesti´ on del proyecto
Mientras que en la Figura 3.20 se puede ver cómo la curva de probabilidad de detección se aproxima al valor 1 a medida que aumenta la probabilidad de falsa alarma, probado con una señal modulada y contaminada con ruido.
Conocimientos adquiridos
Por otro lado, en este curso se conoció más en profundidad la herramienta Vivado para el diseño y programación de FPGA. El uso del lenguaje C también estuvo presente en la programación de los emuladores del generador de señales Arduino. La capacidad de resolución de problemas se destacó significativamente durante el proyecto final.
Proyecto
- Personal involucrado
- Definiciones, acr´ onimos y abreviaturas
- Referencias
- Resumen
Maali, “Improved spectrum sensing based on energy detection in cognitive radio network using adaptive thresholding,” in 2017 International Conference on Networking, Systems and Security (NSysS). Re´atiga, “Evaluation of energy detection for spectrum sensing based on dynamic selection of detection threshold,” Procedia Engineering, vol Yadav, “An efficient hardware implementation of an energy detection based spectrum estimator for cognitive radios,” Ph.D.
Problema de investigaci´ on
- Surgimiento de la idea de investigaci´ on
- Preguntas de la investigaci´ on
- Objetivos de la investigaci´ on
- Justificaci´ on y viabilidad de la investigaci´ on
- Enfoque
- Alcance
El dispositivo debe permitir cambiar la cantidad de muestras de ruido que ingresan al estimador de umbral. La tarea principal de este módulo se basa en el cálculo de la energía de la señal. Generador divisor: este componente tiene la función de normalizar la enésima señal de energía de ruido en la salida del flip-flop D.
Especificaci´ on funcional 47
Prop´ osito del documento
Está dirigido a directores de proyectos y otros miembros del grupo de investigación de Mecánica Estadística y Sistemas No Lineales del Laboratorio de Sistemas Caóticos (Conicet) del ICYTE, quienes utilizarán la solución como parte de sus investigaciones comparando esta técnica con otras desarrolladas en el marco de otras investigaciones.
Alcance del proyecto
Personal involucrado
Categoría temática Doctor en Ingeniería Orientación electrónica Responsabilidades Asistencia técnica durante el desarrollo e implementación. Categoría temática Doctor en Ingeniería Orientación electrónica Responsabilidades Asistencia técnica durante el desarrollo e implementación.
Definiciones, acr´ onimos y abreviaturas
Resumen
Descripci´ on del dispositivo
- Bloque detector de energ´ıa
- Bloque estimador de umbral
- Bloque detector de varianza
- Bloque de decisi´ on
- Bloque contador y display
Este bloque se encarga de recibir muestras de la señal detectada del medio y calcular su energía. Este bloque es responsable de estimar la potencia de ruido del canal; para ello, debe calcular la varianza de las muestras de ruido, cuyo funcionamiento es similar al de un detector de energía. Este bloque recibe el valor del cálculo de energía y del estimador de umbral y los compara.
Especificaciones funcionales
- RF01: Variaci´ on de n´ umero de muestras de ruido
- RF02: Variaci´ on de la P F A
- RF03: Precisiones para los c´ alculos internos
- RF04: Interfaz de usuario
El último bloque incluye la interfaz de usuario. Es necesario que este bloque esté diseñado para contar el número de veces que el canal ha sido registrado como ocupado y mostrarlo a través de un display o enviarlo a través de un puerto serie a una PC que procese esta información. Conociendo el número de veces que el canal ha sido detectado como ocupado y el número total de muestras evaluadas, se puede tomar una decisión precisa sobre el estado real del canal, sabiendo así si es posible o no su uso temporal.
Requerimientos no funcionales
- RNF01: Rendimiento del dise˜ no
Submódulo detector de potencia: La función principal de este submódulo es calcular la potencia de la señal de ruido entrante. Para el estudio del sistema es importante que el valor del número de muestras de ruido sea ajustable externamente. Es decir, con qué frecuencia se calcula la energía de la señal con el mismo valor umbral.
Especificaci´ on t´ ecnica 55
Prop´ osito del documento
El objetivo de este documento es describir cómo se compone la solución, definir el diseño de los diferentes módulos y la conexión entre ellos. Para ello se utilizarán diagramas de bloques, diagramas de flujo y pseudocódigo para una correcta comprensión del trabajo a desarrollar. Está dirigido a los directores de proyecto y demás miembros del grupo de investigación de Mecánica Estadística y Sistemas No Lineales del Laboratorio de Sistemas Caóticos ICYTE (Conicet-UNMDP), quienes utilizarán la solución como parte de sus investigaciones para comparar esta técnica con otras técnicas desarrolladas. en el contexto de otros estudios.
Alcance del proyecto
Personal involucrado
Definiciones, acr´ onimos y abreviaturas
Resumen del documento
Visi´ on general de la soluci´ on
- Dise˜ no de DEMUX
- Dise˜ no de Monoestable
Módulo detector de energía (ver apartado D.3) Módulo estimador de umbral (ver apartado D.4) Submódulo detector de potencia (ver apartado D.4.3) Módulo de decisión (ver apartado D.5). Es decir, es el indicador de que existe un valor de energía disponible en la salida del módulo. Este componente es necesario para obtener un pulso de mayor duración que el proporcionado por el módulo detector de energía.
M´ odulo Detector de Energ´ıa
Cuando las N muestras terminan de recolectarse, se reinicia con la salida del bloque de puerta AND y NOT. De esta manera, la salida del módulo solo cambiará de valor después de N muestras de señal. La señal de reloj de este bloque está conectada a la salida de los bloques de puerta AND y NOT.
M´ odulo Estimador de Umbral
- Dise˜ no de Qinv - ROM
- N´ ucleo CORDIC
- Subm´ odulo Detector de Potencia
Este bloque realiza por sí mismo la operación de multiplicación de la señal, es decir, eleva al cuadrado la señal para obtener un valor de potencia. De esta forma se realiza el bloqueo de la salida importante para obtener una mejora en la frecuencia máxima del diseño. Este bloque realiza la operación de multiplicar la señal de ruido por sí misma, es decir, eleva la señal al cuadrado.
M´ odulo de decisi´ on
Apéndice D: Especificación técnica 70 Es importante interpretar correctamente los bits de entrada y salida del bloque divisor. El kernel ignora los bits agregados y no provocan un uso de recursos adicional. La Figura D.10 muestra la estructura de las entradas de datos, donde P AD son los bits que se agregan a los datos.
M´ odulo de comunicaci´ on y control
- ICTP Comblock
Para esta solución sólo se utilizarán los registros de entrada y salida que tiene el componente, para ello es necesario realizar las configuraciones que se muestran en la figura D.16. Por otro lado, es necesario programar el componente en lenguaje C, para ello se proporciona un controlador C para utilizar con el proyecto. Luego es necesario agregar la biblioteca que incluye algunas definiciones necesarias para verificar los registros de los componentes:
Interfaz de control y testeo
En el terminal PC cabe destacar que la FPGA se comunica con él mediante el envío de mensajes. En el terminal PC cabe destacar que la FPGA responde a los comandos que se establecen en su proceso de procesamiento. En la placa Arduino, cabe señalar que se reciben los datos enviados por la interfaz y la interfaz puede recibir datos de la placa y procesarlos correctamente.
