Resumen de Entrenador de comunicaciones digitales basado en FPGA controlado mediante LabVIEW

Oswaldo González Hernández, Manuel Rodríguez, Alejandro José Ayala Alfonso, Silvestre Rodríguez Pérez, Beatriz R. Mendoza

• español

  Este trabajo describe el diseño e implementación en FPGA (Field Programmable Gate Array) de un entrenador para el aprendizaje de los conceptos básicos sobre sistemas de comunicación digital. El sistema implementado permite generar los principales tipos de señales de modulación digital (ASK, FSK, BPSK, M-PSK, M-QAM) y dispone de un receptor óptimo para la demodulación de señales corrompidas por ruido AWGN (Additive White Gaussian Noise). La propia FPGA incluye ya dicho generador de ruido AWGN. Finalmente, una herramienta software desarrollada en LabVIEW permite el análisis de las diferentes señales en el modulador y el demodulador implementados en la FPGA. Aunque este sistema está enfocado como una herramienta para promover un mejor aprendizaje de los conceptos de comunicación digital, su diseño e implementación también puede enfocarse como un Trabajo de Fin de Grado en títulos relacionados con la Ingeniería Electrónica. En ese caso, el desarrollo del proyecto cubre aspectos relativos a los sistemas de comunicación, procesado de señal, conversión digital-analógica y programación en LabVIEW, así como el diseño y síntesis de dispositivos lógicos mediante lenguajes de descripción de hardware. Esto, por un lado, permitiría al o la estudiante no sólo profundizar en dichos tópicos de la Ingeniería y aplicar sus conocimientos al logro de un objetivo específico, sino que además plantea la resolución de un problema no trivial mediante técnicas digitales, lo que supone un incremento de su confianza para enfrentarse a nuevos retos en el futuro. Por otro lado, desde un punto de vista educativo, esta herramienta ha sido utilizada en cursos sobre comunicaciones digitales para evaluar la mejora de la comprensión del alumnado en dichas técnicas. Se ha observado un incremento del 30% en los resultados académicos obtenidos por los estudiantes en los tópicos de comunicación digital desde la introducción de estos entrenadores como parte del programa de prácticas de estas asignaturas.

• English

  This paper describes the design and implementation on FPGA (Field Programmable Gate Array) of a training system for learning the basics about digital communications. The developed system is able to generate the main digital modulated signals (ASK, FSK, BPSK, M-PSK, M-QAM) and it also contains an optimum receiver for demodulating these signals when they are corrupted by AWGN (Additive White Gaussian Noise). An AWGN generator is included into the same FPGA in case an external one is not available. Moreover, a software tool developed in LabVIEW is provided to analyze the different signals at the modulator and the demodulator. This work constitutes a tool for helping students to improve their understanding and learning about digital communication. Nevertheless, its design and implementation could also be focused as a Final Graduate Project for a bachelor’s degree in Electronics Engineering. The project covers several topics on communications, signal processing, digital-to-analog conversion and programming in LabVIEW, as well as design and synthesis over logic devices by using hardware description languages. Therefore, it allows the student to go into the previous topics in a greater depth and it prepares him/her for applying the knowledge of them in the achievement of a specific objective. On the other hand, the project constitutes the solution of a non-trivial problem by using digital techniques, then making the student more confident to cope with new challenges in the future. From an educational point of view, this tool has been used in digital communication courses to assess its ability to improve students’ learning. It has been demonstrated an above 30% enhancement on academic students’ marks in digital communication topics since the introduction of practical sessions with this tool as part of subject program.