Portable Waveform Development for Software Defined Radios [Elektronische Ressource] / Stefan Werner Nagel. Betreuer: F. Jondral

Dipl.-Ing. Stefan Nagel

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• Publié par: karlsruher_institut_fur_technologie
• Publié le: 01 janvier 2011
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Extrait

Forschungsberichte aus dem
Institut für Nachrichtentechnik des
CCELEL
Karlsruher Instituts für Technologie
Stefan Nagel
Portable Waveform
Development for
Software Defined Radios
Band 26Copyright: Institut fur¨ Nachrichtentechnik (CEL)
Karlsruher Institut fur¨ Technologie (KIT)
2011
Druck: Frick Digitaldruck
Bruhlstraße¨ 6
86381 Krumbach
ISSN: 1433-3821Forschungsberichte aus dem Institut fur¨ Nachrichtentechnik
des Karlsruher Instituts fur¨ Technologie
Herausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Band 1 Marcel Kohl
Simulationsmodelle fur¨ die Bewertung von
Satellitenubertragungsstrecken¨ im
20/30 GHz Bereich
Band 2 Christoph Delfs
Zeit-Frequenz-Signalanalyse: Lineare und
quadratische Verfahren sowie vergleichende
Untersuchungen zur Klassifikation von Klaviertonen¨
Band 3 Gunnar Wetzker
Maximum-Likelihood Akquisition von Direct
Sequence Spread-Spectrum Signalen
Band 4 Anne Wiesler
Parametergesteuertes Software Radio
f¨ur Mobilfunksysteme
Band 5 Karl Lutjen¨
Systeme und Verfahren fur¨ strukturelle
Musteranalysen mit Produktionsnetzen
Band 6 Ralf Machauer
Multicode-Detektion im UMTS
Band 7 Gunther M. A. Sessler
Schnell konvergierender Polynomial Expansion
Multiuser Detektor mit niedriger Komplexitat¨
Band 8 Henrik Schober
Breitbandige OFDM Funkubertragung¨ bei
hohen Teilnehmergeschwindigkeiten
Band 9 Arnd-Ragnar Rhiemeier
Modulares Software Defined Radio
¨Band 10 Mustafa Menguc¨ ¸ Oner
Air Interface Identification for
Software Radio Systems
iiiForschungsberichte aus dem Institut fur¨ Nachrichtentechnik
des Karlsruher Instituts fur¨ Technologie
Herausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Band 11 Fatih C¸ apar
Dynamische Spektrumverwaltung und
elektronische Echtzeitvermarktung von
Funkspektren in Hotspotnetzen
Band 12 Ihan Martoyo
Frequency Domain Equalization in CDMA Detection
Band 13 Timo Weiß
OFDM-basiertes Spectrum Pooling
Band 14 Wojciech Kuropatwinski-Kaiser´
MIMO-Demonstrator basierend
auf GSM-Komponenten
Band 15 Piotr Rykaczewski
Quadraturempfanger¨ fur¨ Software Defined Radios:
Kompensation von Gleichlauffehlern
Band 16 Michael Eisenacher
Optimierung von Ultra-Wideband-Signalen (UWB)
Band 17 Clemens Klock¨
Auction-based Medium Access Control
Band 18 Martin Henkel
Architektur eines DRM-Empfangers¨
und Basisbandalgorithmen zur Frequenzakquisition
und Kanalschatzung¨
Band 19 Stefan Edinger
Mehrtragerverfahren¨ mit dynamisch-adaptiver
Modulation zur unterbrechungsfreien
Datenubertragung¨ in Storf¨ allen¨
Band 20 Volker Blaschke
Multiband Cognitive Radio-Systeme
ivForschungsberichte aus dem Institut fur¨ Nachrichtentechnik
des Karlsruher Instituts fur¨ Technologie
Herausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Band 21 Ulrich Berthold
Dynamic Spectrum Access using OFDM-based
Overlay Systems
Band 22 Sinja Brandes
Suppression of Mutual Interference in
OFDM-based Overlay Systems
Band 23 Christian Korner¨
Cognitive Radio – Kanalsegmentierung und
Schatzung¨ von Periodizitaten¨
Band 24 Tobias Renk
Cooperative Communications: Network Design and
Incremental Relaying
Band 25 Dennis Burgkhardt
Dynamische Reallokation von spektralen Ressourcen
in einem hierarchischen Auktionssystem
Band 26 Stefan Nagel
Portable Waveform Development for
Software Defined Radios
vVorwort des Herausgebers
Software Defined Radios (SDRs) werden inzwischen seit zwei Jahrzehn-
ten intensiv untersucht. Dabei stand zunachst¨ die Frage im Vordergrund,
wie ein Funkgerat¨ entwickelt werden kann, das mehrere verschiedene
Standards unterstutzt.¨ Danach wurden in weitergehenden Untersuchun-
gen Verfahren zum Software-Update, auch durch Funkubertragung,¨
implementiert. Dazu gehorten¨ auch Methoden zum Nachweis der Kor-
rektheit der ubertragenen¨ Software. Breitflachig¨ durchgesetzt haben sich
die SDR Technologien bisher im Wesentlichen in Basisstationsgeraten.¨
Mobile Endgerate¨ existieren vor allen Dingen als Multiband- (GSM 900,
1800, 1900) und Multistandard- (GSM, UMTS) Transceiver.
Eine weitere wesentliche Eigenschaft, durch die sich SDRs auszeichnen
konnen,¨ wurde bisher zwar in der Literatur breit diskutiert, experi-
mentell jedoch, wohl wegen der dazu notwendigen Hardware, nicht
1angegangen. Es handelt sich um die Portabilitat¨ von Wellenformen
von einer Hardwareplattform auf eine andere. Durch das Aufkommen
finanzierbarer Plattformen wie der Universal Software Radio Periph-
eral (USRP) von Ettus Research oder der Small Form Factor Software
Defined Radio Development Platform (SFF SDR DP) von Lyrtech wird
eine experimentelle Untersuchung der Portabilitat¨ von Wellenformen
durchfuhrbar¨ . Dabei treten Fragen nach einer Entwicklungsstrategie fur¨
die SDR Software unter Berucksichtigung¨ der Portabilitat¨ sowie nach
den Kosten, die eine Portierung verursacht, in den Vordergrund. Um
¨ ¨ ¨hierfur Antworten finden zu konnen, mussen, neben einem profunden
Wissen uber¨ die beteiligten SDR Plattformen, Kenntnisse uber¨ Wellen-
formen bzw. Standards vorliegen. Dazu kommt die Beherrschung der
notwendigen Hilfsmittel wie Programmiersprachen von MatLab uber¨
Python und C bis hin zu VHDL, Verilog und Assembler sowie der Um-
gang mit Messmitteln wie Signalgeneratoren und -analysatoren, die
1Die Begriffe Standard und Wellenform werden oft als synonym angesehen. Allerdings
umfassen Wellenformen, im Gegensatz zu Standards, haufig¨ neben der Definition einer
Luftschnittstelle auch Eigenschaften des Empfangers.¨
viifur¨ den Nachweis erfolgreicher Arbeit, der die Interoperabilitat¨ zwis-
chen auf verschiedenen Hardwareplattformen basierenden Funkgeraten¨
umfasst, gebraucht werden.
Auf der Basis des am KIT Institut fur¨ Nachrichtentechnik (Communica-
tions Engineering Lab, CEL) eingerichteten Funklabors hat Stefan Nagel
die Portabilitat¨ verschiedener Wellenformen zwischen den beiden oben
genannten Hardwareplattformen USRP und SFF SDR DP untersucht.
Mit der Dissertation Portable Waveform Development for Software Defined
Radios legt er die wesentlichen Ergebnisse seiner Arbeit vor.
Die Arbeit tragt¨ insofern nachhaltig zum Fortschritt von Wissenschaft
und Technik bei, als hier erstmalig, basierend auf der Model Driven
Architecture (MDA) der Object Management Group (OMG), die Soft-
ware fur¨ die Signalverarbeitung verschiedener Funkubertragungsstan-¨
dards entwickelt, implementiert und von einer Plattform auf eine andere
portiert wurde.
Karlsruhe, im Mai 2011
Friedrich Jondral
viiiPortable Waveform Development
for Software Defined Radios
Zur Erlangung des akademischen Grades eines
DOKTOR-INGENIEURS
von der Fakultat¨ fur¨
Elektrotechnik und Informationstechnik
des Karlsruher Instituts fur¨ Technologie
genehmigte
DISSERTATION
von
Dipl.-Ing. Stefan Werner Nagel
geb. in
Sinsheim
Tag der mundlichen¨ Prufung:¨ 26. Mai 2011
Hauptreferent: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich K. Jondral
Korreferent: Prof. Jeffrey H. Reed Ph.D.
Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Robert Weigel