Diese Arbeit wurde im Institut für angewandte Funksystemtechnik (IAF) in Brauschweig im Zeitraum von September 2004 bis Januar 2005 angefertigt. Die Firma IAF führt anwendungsorientierte Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Bereich der digitalen Funkübertragung durch.
Für den Aufbau von Experimentalsystemen für Forschungszwecke im Bereich Othogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Funkübertragungssysteme wurde eine universelle Field Programmable Gate Array (FPGA) Plattform entwickelt. Diese Plattform basiert auf Bausteinen der Firma Xilinx. Im Rahmen zukünftiger Projekte sollen sowohl der Media Access Control (MAC)-Layer als auch der Physical (PHY)-Layer für ein Ethernet Interface implementiert werden. Der Focus soll verstärkt auf integrierbare Lösungen, wie IP Cores, gelegt werden. Dabei wird die nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten zweckmäßigste Lösung gesucht.
Zielstellung ist die Konzeption und Integration eines Ethernet Interface in einen Virtex2Pro FPGA auf dem vorhandenen Prototyping-Board unter Abwägung der Nutzung eines Intelectual Property (IP) Core, der die Aufgabe des Netzwerkcontroller mit MAC- und PHY- Funktionen übernimmt, gegenüber einer Hardwarelösung auf einer Aufsteckplatine.
Das Entwicklungsboard der Firma IAF soll als OFDM-Modem für Forschungszwecke eingesetzt werden. Die Ethernetschnittstelle stellt dann die Verbindung zur Außenwelt her.
Der momentan am weitesten verbreitete Standard für lokale Netze ist Ethernet. Er geht auf gemeinsame Spezifikationen von Intel, DEC und Xerox zurück. Der Name (Ether = Äther) weist noch auf die ersten Funknetze (ALOHA) hin.
Die Datenübertragung erfolgt mit dem CSMA/CD-Verfahren. Das Ethernet besteht physikalisch aus verschiedenen Typen von 50-Ohm-Koaxkabeln oder paarweise verdrillten Leitungen (Twisted-Pair), Glasfasern oder anderen Medien. Die Datenrate beträgt typisch 100MBit/s (früher 10MBit/s, gegenwärtig 100 und 1000MBit/s, zukünf-tig 10GBit/s).
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Motivation
- Ziel
- Generelle Herangehensweise
- Abgrenzung
- Ethernet
- Überblick über IEEE 802.3 und OSI-Modell
- Das OSI Referenz Modell
- Logical Link Control
- Medium Access Control
- Physical Layer
- Die IEEE 802 Standards und ihre Beziehung zu OSI
- IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection
- IEEE 802.3x Full Duplex/ Flow Control
- Die Schnittstellen in IEEE 802.3
- Das Medium Independent Interface
- Das Gigabit Medium Independent Interface
- Auswahlkriterien für den Übertragungsstandard
- Lösungsansätze
- Berechnung der Übertragungsbandbreite
- System on Chip (SoC)
- Intelectual Property (IP)
- On-Chip-Bussysteme
- Auswahl des Standards und der Hardware
- Überblick über mögliche Standards und Hardware
- Entscheidung für eine Realisierungsvariante
- Umsetzung in die Hardware
- Methodische Vorgehensweise
- Struktureller Entwurf mit Komponenten
- Entwurfsablauf
- Bedarfsanalyse
- Bedarfsspezifikation
- Designplanung
- Designeingabe
- RTL Simulation
- Synthese
- Platzieren und Routen
- Timing Analyse
- Gate Level Simulation
- Validierung
- Implementierung
- Designplanung
- Modul U01 Syscon
- Modul U02 Ethernet Master
- Modul U03 Ethernet IP Core
- Modul U04 Memory
- Designeingabe
- RTL Simulation
- Top-Level-Testbench
- PHY-Chip-Modell
- Modem-Modell
- LVDS-Testbench
- Simulation der Teststrecke
- Synthese
- Bausteinwahl
- Optimierungskriterien
- Platzieren und Routen
- Statische Timing Analyse
- Validierung
- Ergebnisse
- Simulationsergebnisse
- Simulation verschiedener Modi
- Senden und Empfangen von Paketen verschiedener Größe
- Synthesereport
- Place&Route-Report
- Timing Ergebnisse nach dem Platzieren und Routen
- Validierungsergebnisse
- Zusammenfassung
- Schlussbetrachtung
- Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Konzeption und Realisierung einer Ethernet-Anbindung für OFDM-Funkübertragungssysteme. Das Ziel ist die Entwicklung einer hardwarenahen Lösung, die die Integration von Ethernet in bestehende OFDM-Systeme ermöglicht. Dabei soll die Funktionalität und die Leistung des Systems optimiert werden.
- Integration von Ethernet in OFDM-Systeme
- Hardwarenahe Implementierung
- Optimierung der Systemfunktionalität und -leistung
- Anbindung an OFDM-Funkübertragungssysteme
- Integration von Ethernet-Protokollen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der Diplomarbeit ein und erläutert die Motivation, das Ziel sowie die generelle Herangehensweise.
Kapitel 2 bietet einen Überblick über Ethernet und das IEEE 802.3-Standard sowie seine Beziehung zum OSI-Modell. Es werden die verschiedenen Schichten des Ethernet-Protokolls und ihre Funktionen erläutert.
Kapitel 3 beschreibt die Auswahl des Standards und der Hardware für die Ethernet-Anbindung. Es werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt und die Entscheidung für eine spezifische Lösung begründet.
Kapitel 4 erläutert die methodische Vorgehensweise bei der Entwicklung der Ethernet-Anbindung. Der strukturelle Entwurf und der Entwurfsablauf werden Schritt für Schritt beschrieben.
Kapitel 5 präsentiert die Implementierung der Ethernet-Anbindung. Die einzelnen Module und deren Funktionen werden detailliert vorgestellt.
Kapitel 6 zeigt die Ergebnisse der Simulation, Synthese, Platzierung und Routen sowie der Validierung der Ethernet-Anbindung.
Schlüsselwörter
Ethernet, OFDM, Funkübertragung, Hardware-Entwicklung, FPGA, IEEE 802.3, OSI-Modell, System on Chip, IP Core, PHY Chip, Design, Simulation, Synthese, Validierung
- Citar trabajo
- Ronny Zavrtak (Autor), 2005, Konzeption und Realisierung einer Ethernet-Anbindung für OFDM-Funkübertragungsysteme, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/43817
