Coincidencia de distribución de repetición múltiple modificada basada en FPGA para la conformación probabilística de amplitud

Coincidencia de distribución de repetición múltiple modificada basada en FPGA para la conformación probabilística de amplitud

La técnica de modulación de amplitud probabilística, basada en la adaptación de la distribución, ha atraído considerable atención en los últimos años como medio para mejorar la eficiencia espectral y disminuir la energía de la constelación de la modulación codificada. Este artículo presenta la imple...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores principales: Shaban Hassooni, Ali, Abdul Rahaim, Laith Ali
Formato: Online
Idioma:eng
Publicado: Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) en Managua 2023
Acceso en línea:https://www.camjol.info/index.php/NEXO/article/view/17298
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author Shaban Hassooni, Ali
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Coincidencia de distribución de repetición múltiple modificada basada en FPGA para la conformación probabilística de amplitud
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description La técnica de modulación de amplitud probabilística, basada en la adaptación de la distribución, ha atraído considerable atención en los últimos años como medio para mejorar la eficiencia espectral y disminuir la energía de la constelación de la modulación codificada. Este artículo presenta la implementación de la modulación de amplitud probabilística (PAS) utilizando un comparador de distribución de repetición múltiple modificado (MMRDM) en una matriz de puertas programables en campo (FPGA). El comparador de distribución de repetición múltiple modificado (MMRDM) está integrado en un sistema de multiplexación por división de frecuencia ortogonal de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO-OFDM) 2×2, realizado a través del generador de sistema Xilinx (XSG). Se aplican ecualizadores simples de error cuadrático medio (MMSE) de fuerza cero simple y mínimo al receptor para la detección de señales a través del canal MIMO. El sistema incorpora seguridad mejorada mediante codificación basada en el caos con modulación de amplitud en cuadratura (QAM) de 16 y 64. Los archivos de código VHDL para este sistema se generan para Xilinx Kintex-7 (xc7k325t-3fbg676) para la implementación de hardware. La evaluación del rendimiento incluye una evaluación de la capacidad de almacenamiento requerida, la complejidad y la tasa de error de bits (BER). Con Vivado 2017.4, el sistema se enruta exitosamente con utilización de recursos, por ejemplo, 0,67 % de RAM de bloque (BRAM), 68,6 % de tablas de búsqueda (LUT), 83 % de DSP 48 y 1,5 % de registros para modulación uniforme de 64 QAM. De manera similar, para la modulación con forma de 64-QAM de 10 niveles (salida del moldeador de 60 bits), la utilización de recursos es 0,67 % de BRAM, 68,8 % de LUT, 83 % de DSP 48 y 1,6 % de registros en el dispositivo especificado. Los resultados de la simulación demuestran una mejora en la ganancia de conformación neta de aproximadamente (2-4 dB) a 1×10^(-4) para diferentes casos de ecualizador en comparación con QAM uniforme, junto con una reducción notable en la capacidad de almacenamiento requerida y la complejidad computacional.
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spelling NEXO172982023-12-11T17:57:45Z FPGA based modified multi-repeat distribution matcher for probabilistic amplitude shaping Coincidencia de distribución de repetición múltiple modificada basada en FPGA para la conformación probabilística de amplitud Shaban Hassooni, Ali Abdul Rahaim, Laith Ali FPGA MMRDM MIMO ZERO-FORCED MMSE Xilinx System Generator FPGA MMRDM MIMO ZERO-FORCED MMSE Generador de sistemas Xilinx The technique of probabilistic amplitude modulation, based on distribution matching, has garnered considerable attention in recent years as a means to enhance spectral efficiency and diminish the constellation energy of coded modulation. This paper introduces the implementation of Probabilistic Amplitude Modulation (PAS) using a Modified Multi-Repeat Distribution Matcher (MMRDM) on a Field Programmable Gate Array (FPGA). The Modified Multiple Repetition Distribution Matcher (MMRDM) is integrated into a 2×2 Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MIMO-OFDM) system, realized through the Xilinx System Generator (XSG). Simple Zero-Forced and Minimum Mean Squared Error (MMSE) equalizers are applied to the receiver for signal detection across the MIMO channel. The system incorporates enhanced security through chaos-based scrambling with 16 and 64 Quadrature Amplitude Modulation (QAM). VHDL code files for this system are generated for the Xilinx Kintex-7 (xc7k325t-3fbg676) for hardware implementation. Performance evaluation includes an assessment of required storage capacity, complexity, and bit error rate (BER). Using Vivado 2017.4, the system is successfully routed with resource utilization, for example, 0.67% Block RAM (BRAM), 68.6% Look-Up Tables (LUT), 83% DSP 48s, and 1.5% registers for 64-QAM uniform modulation. Similarly, for 64-QAM 10 level (shaper output 60 bit) shaped modulation, the resource utilization is 0.67% BRAM, 68.8% LUT, 83% DSP 48s, and 1.6% registers on the specified device. Simulation results demonstrate an improvement in the net shaping gain of approximately (2-4 dB) at 1×10^(-4) for different equalizer cases compared to uniform QAM, along with a notable reduction in required storage capacity and computational complexity. La técnica de modulación de amplitud probabilística, basada en la adaptación de la distribución, ha atraído considerable atención en los últimos años como medio para mejorar la eficiencia espectral y disminuir la energía de la constelación de la modulación codificada. Este artículo presenta la implementación de la modulación de amplitud probabilística (PAS) utilizando un comparador de distribución de repetición múltiple modificado (MMRDM) en una matriz de puertas programables en campo (FPGA). El comparador de distribución de repetición múltiple modificado (MMRDM) está integrado en un sistema de multiplexación por división de frecuencia ortogonal de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO-OFDM) 2×2, realizado a través del generador de sistema Xilinx (XSG). Se aplican ecualizadores simples de error cuadrático medio (MMSE) de fuerza cero simple y mínimo al receptor para la detección de señales a través del canal MIMO. El sistema incorpora seguridad mejorada mediante codificación basada en el caos con modulación de amplitud en cuadratura (QAM) de 16 y 64. Los archivos de código VHDL para este sistema se generan para Xilinx Kintex-7 (xc7k325t-3fbg676) para la implementación de hardware. La evaluación del rendimiento incluye una evaluación de la capacidad de almacenamiento requerida, la complejidad y la tasa de error de bits (BER). Con Vivado 2017.4, el sistema se enruta exitosamente con utilización de recursos, por ejemplo, 0,67 % de RAM de bloque (BRAM), 68,6 % de tablas de búsqueda (LUT), 83 % de DSP 48 y 1,5 % de registros para modulación uniforme de 64 QAM. De manera similar, para la modulación con forma de 64-QAM de 10 niveles (salida del moldeador de 60 bits), la utilización de recursos es 0,67 % de BRAM, 68,8 % de LUT, 83 % de DSP 48 y 1,6 % de registros en el dispositivo especificado. Los resultados de la simulación demuestran una mejora en la ganancia de conformación neta de aproximadamente (2-4 dB) a 1×10^(-4) para diferentes casos de ecualizador en comparación con QAM uniforme, junto con una reducción notable en la capacidad de almacenamiento requerida y la complejidad computacional. Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) en Managua 2023-11-30 info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion Peer-Reviewed Article Artículo revisado por pares application/pdf https://www.camjol.info/index.php/NEXO/article/view/17298 10.5377/nexo.v36i05.17298 Nexo Scientific Journal; Vol. 36 No. 05 (2023): In commemoration of the 40th anniversary of the founding of the National University of Engineering; 108-121 Nexo Revista Científica; Vol. 36 Núm. 05 (2023): En conmemoración al 40 aniversario de fundación de la Universidad Nacional de Ingeniería; 108-121 1995-9516 1818-6742 eng https://www.camjol.info/index.php/NEXO/article/view/17298/20632 Copyright (c) 2023 Universidad Nacional de Ingeniería http://creativecommons.org/licenses/by/4.0

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