Towards hardware synthesis of a flexible radio from a high-level language

par Mai-Thanh Tran

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Emmanuel Casseau et de Matthieu Gautier.

  • Titre traduit

    Synthèse matérielle d'une radio flexible et reconfigurable depuis un langage de haut niveau dédié aux couches physiques radio


  • Résumé

    La radio logicielle est une technologie prometteuse pour répondre aux exigences de flexibilité des nouvelles générations de standards de communication. Elle peut être facilement reprogrammée au niveau logiciel pour implémenter différentes formes d'onde. En s'appuyant sur une technologie dite logicielle telle que les microprocesseurs, cette approche est particulièrement flexible et assez facile à mettre en œuvre. Cependant, ce type de technologie conduit généralement à une faible capacité de calcul et, par conséquent, à des débit faibles. Pour résoudre ce problème, la technologie FPGA s'avère être une bonne alternative pour la mise en œuvre de la radio logicielle. En effet, les FPGAs offrent une puissance de calcul élevée et peuvent être reconfigurés. Ainsi, inclure des FPGAs dans le concept de radio logicielle peut permettre de prendre en charge plus de formes d'onde avec des exigences plus strictes qu'une approche basée sur la technologie logicielle. Cependant, les principaux inconvénients d’une conception à base de FPGAs sont le niveau du langage de description d'entrée qui doit typiquement être le niveau matériel, et le temps de reconfiguration qui peut dépasser les exigences d'exécution si le FPGA est entièrement reconfiguré. Pour surmonter ces problèmes, cette thèse propose une méthodologie de conception qui exploite à la fois la synthèse de haut niveau et la reconfiguration dynamique. La méthodologie proposée donne un cadre pour construire une radio flexible pour la radio logicielle à base de FPGAs et qui peut être reconfigurée pendant l'exécution.


  • Résumé

    Software defined radio (SDR) is a promising technology to tackle flexibility requirements of new generations of communication standards. It can be easily reprogrammed at a software level to implement different waveforms. When relying on a software-based technology such as microprocessors, this approach is clearly flexible and quite easy to design. However, it usually provides low computing capability and therefore low throughput performance. To tackle this issue, FPGA technology turns out to be a good alternative for implementing SDRs. Indeed, FPGAs have both high computing power and reconfiguration capacity. Thus, including FPGAs into the SDR concept may allow to support more waveforms with more strict requirements than a processor-based approach. However, main drawbacks of FPGA design are the level of the input description language that basically needs to be the hardware level, and, the reconfiguration time that may exceed run-time requirements if the complete FPGA is reconfigured. To overcome these issues, this PhD thesis proposes a design methodology that leverages both high-level synthesis tools and dynamic reconfiguration. The proposed methodology is a guideline to completely build a flexible radio for FPGA-based SDR, which can be reconfigured at run-time.


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