DESIGN AND IMPLEMNTATION OF AN EDUCATIONAL AM RECEIVER WITH FPGA USING SDR TECHNIQUES

Abstract

ABSTRACT

In this study, an AM receiver is designed and implemented in FPGA using SDR techniques. The main purpose of the study is to provide a cheap and simple FPGA based platform for education of SDR basics. Firstly in the study, a simulation environment is set using MATLAB scripts. A set of test signals are recorded and used to generate an AM test signal using MATLAB scripts. The signal is used in simulation and test of FPGA implementation. Simulation code is also used as a framework in the VHDL design of the FPGA based SDR system. Another MATLAB script is written to analyze the test and simulation results and make a comparison. Where the results obtained from those tests on the two signals, it proved that the tests with the signal A1 are better than the tests with the signal A2, as the higher SNR ratio means the better. When comparing the actual real-world values with the simulations for each test signal, it is noted that the real-world SNR results are slightly lower than the simulations SNR. Where test results provided a SNR higher than 20dB, which is an acceptable level for an AM receiver. Where, test and simulation results prove FPGA AM RX system a useful candidate for AM demodulation and reception. The designed and implemented FPGA AM RX system is also a good utility in the education of basic SDR principles which is the main focus of this study.

ÖZET

Bu çalışmada, bir AM alıcısı, SDR teknikleri kullanılarak FPGA'da tasarlanmış ve uygulanmıştır. Çalışmanın temel amacı, SDR temellerinin eğitimi için ucuz ve basit bir FPGA tabanlı platform sağlamaktır. İlk olarak çalışmada MATLAB betikleri kullanılarak bir simülasyon ortamı oluşturulmuştur. MATLAB komut dosyalarını kullanarak bir AM test sinyali oluşturmak için bir dizi test sinyali kaydedilir ve kullanılır. Sinyal, FPGA uygulamasının simülasyonunda ve testinde kullanılır. Simülasyon kodu, FPGA tabanlı SDR sisteminin VHDL tasarımında bir çerçeve olarak da kullanılır. Test ve simülasyon sonuçlarını analiz etmek ve bir karşılaştırma yapmak için başka bir MATLAB betiği yazılmıştır. İki sinyal üzerinde yapılan bu testlerden elde edilen sonuçlar, daha yüksek SNR oranı daha iyi anlamına geldiğinden, sinyal A1 ile yapılan testlerin A2 sinyali ile yapılan testlerden daha iyi olduğunu kanıtlamıştır. Gerçek gerçek dünya değerleri her bir test sinyali için simülasyonlarla karşılaştırılırken, gerçek dünya SNR sonuçlarının simülasyon SNR'sinden biraz daha düşük olduğu not edilir. Test sonuçlarının, bir AM alıcısı için kabul edilebilir bir düzey olan 20dB'den daha yüksek bir SNR sağlaması durumunda. Test ve simülasyon sonuçları, FPGA AM RX sisteminin AM demodülasyonu ve alımı için yararlı bir aday olduğunu kanıtladı. Tasarlanan ve uygulanan FPGA AM RX sistemi, bu çalışmanın ana odak noktası olan temel SDR ilkelerinin eğitiminde de iyi bir yardımcı programdır.