REAL-TIME ADAPTIVE PULSE COMPRESSION ON RECONFIGURABLE, SYSTEM-ON-CHIP (SOC) PLATFORMS

New radar applications need to perform complex algorithms and process a large quantity of data to generate useful information for the users. This situation has motivated the search for better processing solutions that include low-power high-performance processors, efficient algorithms, and high-speed interfaces. In this work, hardware implementation of adaptive pulse compression algorithms for real-time transceiver optimization is presented, and is based on a System-on-Chip architecture for reconfigurable hardware devices. This study also evaluates the performance of dedicated coprocessors as hardware accelerator units to speed up and improve the computation of computing-intensive tasks such matrix multiplication and matrix inversion, which are essential units to solve the covariance matrix. The tradeoffs between latency and hardware utilization are also presented. Moreover, the system architecture takes advantage of the embedded processor, which is interconnected with the logic resources through high-performance buses, to perform floating-point operations, control the processing blocks, and communicate with an external PC through a customized software interface. The overall system functionality is demonstrated and tested for real-time operations using a Ku-band testbed together with a low-cost channel emulator for different types of waveforms

Design and development of mobile channel simulators using digital signal processing techniques

A mobile channel simulator can be constructed either in the time domain using a tapped delay line filter or in the frequency domain using the time variant transfer function of the channel. Transfer function modelling has many advantages over impulse response modelling. Although the transfer function channel model has been envisaged by several researchers as an alternative to the commonly employed tapped delay line model, so far it has not been implemented. In this work, channel simulators for single carrier and multicarrier OFDM system based on time variant transfer function of the channel have been designed and implemented using DSP techniques in SIMULINK. For a single carrier system, the simulator was based on Bello's transfer function channel model. Bello speculated that about 10Βτ(_MAX) frequency domain branches might result in a very good approximation of the channel (where в is the signal bandwidth and τ(_MAX) is the maximum excess delay of the multi-path channel). The simulation results showed that 10Bτ(_MAX) branches gave close agreement with the tapped delay line model(where Be is the coherence bandwidth). This number is π times higher than the previously speculated 10Bτ(_MAX).For multicarrier OFDM system, the simulator was based on the physical (PHY) layer standard for IEEE 802.16-2004 Wireless Metropolitan Area Network (WirelessMAN) and employed measured channel transfer functions at the 2.5 GHz and 3.5 GHz bands in the simulations. The channel was implemented in the frequency domain by carrying out point wise multiplication of the spectrum of OFDM time The simulator was employed to study BER performance of rate 1/2 and rate 3/4 coded systems with QPSK and 16-QAM constellations under a variety of measured channel transfer functions. The performance over the frequency selective channel mainly depended upon the frequency domain fading and the channel coding rate

Residue Number System Based Building Blocks for Applications in Digital Signal Processing

Předkládaná disertační práce se zabývá návrhem základních bloků v systému zbytkových tříd pro zvýšení výkonu aplikací určených pro digitální zpracování signálů (DSP). Systém zbytkových tříd (RNS) je neváhová číselná soustava, jež umožňuje provádět paralelizovatelné, vysokorychlostní, bezpečné a proti chybám odolné aritmetické operace, které jsou zpracovávány bez přenosu mezi řády. Tyto vlastnosti jej činí značně perspektivním pro použití v DSP aplikacích náročných na výpočetní výkon a odolných proti chybám. Typický RNS systém se skládá ze tří hlavních částí: převodníku z binárního kódu do RNS, který počítá ekvivalent vstupních binárních hodnot v systému zbytkových tříd, dále jsou to paralelně řazené RNS aritmetické jednotky, které provádějí aritmetické operace s operandy již převedenými do RNS. Poslední část pak tvoří převodník z RNS do binárního kódu, který převádí výsledek zpět do výchozího binárního kódu. Hlavním cílem této disertační práce bylo navrhnout nové struktury základních bloků výše zmiňovaného systému zbytkových tříd, které mohou být využity v aplikacích DSP. Tato disertační práce předkládá zlepšení a návrhy nových struktur komponent RNS, simulaci a také ověření jejich funkčnosti prostřednictvím implementace v obvodech FPGA. Kromě návrhů nové struktury základních komponentů RNS je prezentován také podrobný výzkum různých sad modulů, který je srovnává a determinuje nejefektivnější sadu pro různé dynamické rozsahy. Dalším z klíčových přínosů disertační práce je objevení a ověření podmínky určující výběr optimální sady modulů, která umožňuje zvýšit výkonnost aplikací DSP. Dále byla navržena aplikace pro zpracování obrazu využívající RNS, která má vůči klasické binární implementanci nižší spotřebu a vyšší maximální pracovní frekvenci. V závěru práce byla vyhodnocena hlavní kritéria při rozhodování, zda je vhodnější pro danou aplikaci využít binární číselnou soustavu nebo RNS.This doctoral thesis deals with designing residue number system based building blocks to enhance the performance of digital signal processing applications. The residue number system (RNS) is a non-weighted number system that provides carry-free, parallel, high speed, secure and fault tolerant arithmetic operations. These features make it very attractive to be used in high-performance and fault tolerant digital signal processing (DSP) applications. A typical RNS system consists of three main components; the first one is the binary to residue converter that computes the RNS equivalent of the inputs represented in the binary number system. The second component in this system is parallel residue arithmetic units that perform arithmetic operations on the operands already represented in RNS. The last component is the residue to binary converter, which converts the outputs back into their binary representation. The main aim of this thesis was to propose novel structures of the basic components of this system in order to be later used as fundamental units in DSP applications. This thesis encloses improving and designing novel structures of these components, simulating and verifying their efficiency via FPGA implementation. In addition to suggesting novel structures of basic RNS components, a detailed study on different moduli sets that compares and determines the most efficient one for different dynamic range requirements is also presented. One of the main outcomes of this thesis is concluding and verifying the main condition that should be met when choosing a moduli set, in order to improve the timing performance of a DSP application. An RNS-based image processing application is also proposed. Its efficiency, in terms of timing performance and power consumption, is proved via comparing it with a binary-based one. Finally, the main considerations that should be taken into account when choosing to use the binary number system or RNS are also discussed in details.