Sayısal işaret işlemede süzgeçler oldukça geniş ve önemli bir yere sahiptir.
Süzgeçler bant genişliğini sınırlamak, ilgilenilen aralığın dışında kalan frekanslardaki
işaretleri bastırmak bu sayede gürültü enerjisini azaltmak, giriş işaretini şekillendirmek
ve/veya sadece istenilen örüntüye sahip işaretlerin tanımak/geçmesine izin vermek için
kullanılırlar. Örneklenmiş ve sayısallaştırılmış işaret değerleri üzerinde ilgili hesapları
gerçekleştirmek için FPGA (Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri) ve DSP (Dijital İşaret
İşlemcisi) gibi özel veya genel amaçlı sayısal işlemciler/devreler/yazılım kullanılır. Ana
sistem, işaret/görüntü tanıma/üretme ve/veya haberleşme için tasarlanmış olabilir. Örneğin,
SDR (Yazılım Tabanlı Radyo) süzgeç, eşzamanlayıcı, modülatör, demodülatör, kodlayıcı
vb gibi birçok sayısal işlem içermektedir. İşlemlerin karmaşıklığına bağlı olarak, gerçek
zamanlı yada değil çoğu sistemin hızı/performansı temel aritmetik işlemlerle
sınırlanmaktadır.
Bu tez çalışmasında sayısal süzgeçlerin çarpma işlemsiz de gerçekleştirilebileceğini
göstermek amacıyla LUT (Taramalı Tablo) tabanlı süzgeçler incelenmiş, geliştirilmiş ve
örnek süzgeç olarak üst-örnekleyen raised-cosine süzgecinin FPGA üzerinde tasarımı
gerçekleştirilmiştir. LUT içeriğinin çalışma zamanında değiştirilebilmesi süzgeç tepkisinin
de çalışma zamanında değiştirilebilmesine olanak sağlamakta, aynı zamanda çarpma işlemi
de içermediğinden bu süzgeçleri klasik süzgeçlere göre oldukça avantajlı bir konuma
getirmektedir.
SDR sistemlerinde değişik frekanslarda sinus (yada farklı dalgaşekilleri) işaretleri
birçok katmanda kullanılmaktadır. Bu işaretler sayısal osilatörler ile üretilmektedir.
Bunlardan en vazgeçilmezi istenen işaretin seçimi yada veri işaretinin belirlenmesi için
kullanılan eşzamanlama ve algılama devreleri için üretilen dalga şekilleridir ve frekansı
anlık ayarlanabilen osilatörler ile üretilmelidirler. De Moivre trigonometrik ilişkisini
kullanan sayısal bir osilatör geliştirilmiş, bu osilatörün trigonometrik ilişkiler ve doğrusal
yaklaşım uygulamalarıyla birleştirilmesiyle daha önce gerçeklenmemiş iki sayısal
kontrollü sinüzoidal işaret üreteci tasarlanmıştır. Lineer parçalı doğrusal yaklaşım ile yeni
bir sayısal kontrollü osilatör daha geliştirilmiş ve Simulink üzerinde test edilmiştir.
Filters have wide and important role in digital signal processing. They are used for
limiting bandwidth, suppressing signals in frequency outside the interest range to reduce
the noise power, shaping the input signal and allowing the signal which has desired pattern.
FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digital Signal Processor) and special
microprocessor/ circuitry/ software are generally used to perform signal processing on
sampled and digitized signal values. Main system might have been designed for
signal/image recognition/ production and/or communication systems and includes many
digital processes such as SDR (Software Defined Radio) filter, synchronizer, modulator,
demodulator, encoder etc.. Depending on the complexity of the operation,
performance/speed of most systems, real-time or not, is limited by fundamental arithmetic
operations.
It is shown in this thesis that LUT (Look-Up Table) based digital filters can be
implemented without multiplication but with a reasonable serialization. LUT based filters
are examined and improved and an upsampling raised-cosine filter is designed and
implemented on FPGA. Since the content of the LUT can be changed at runtime, filter
response can also be changed at runtime. In addition, because these filters do not include
multiplication, they are quite advantageous compared to conventional filters.
Sinusoidal signals (or different waveform) at different frequencies are used in many
layers of SDR systems. These signals are generated with numerically controlled oscillators.
The most indispensable use of numerically controlled oscillators is in synchronization and
detection circuits where the transmitted data is detected. These waveforms must be
generated by frequency-adjustable oscillators. A numerically controlled oscillator is
developed by using De Moivre trigonometric identity. Two additional new oscillators are
designed by combining De Moivre oscillator and trigonometric relations. Another new
numerically controlled oscillator is designed with linear segment approach and tested on
Simulink.
