Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Undergraduate Curriculum to Teach and Provide Research Skills on Hardware Design for SDR Applications in FPGA Technology

Creators

  • 1. Technische Universität Berlin
  • 2. Polytechnic José Antonio Echeverría
  • 3. Universidad Carlos III de Madrid

Description

Software Defined Radio (SDR) technologies play today an important role in modern wireless networks due to their flexibility to implement re-configurable hardware designs. In light of the importance to operate and develop such technologies, academic programs in the communications engineering field demand an introduction to Digital Signal Processing (DSP) and SDR communication schemes accordingly. Typically, the teaching of this subject is afforded through projects and hands-on activities in classrooms. However, provided their relevance in the current state-of-the-art, this topic also provides a framework to teach soft skills concerning research abilities in students. This paper introduces an academic program to the development of SDR functionality as well as research skills based on exposure to state-of-the-art research. Through projects, hands-on activities are conducted to teach digital signal processing designs using Field Programmable Gate Array (FPGA) technology. The course aims to develop technical skills to implement communication system blocks. Besides, workshops and seminars are prepared to support the development of research and communication skills. The proposed course is flexible to incorporate on a given academic program as an elective subject to further support topics related to communication theory and discrete-time signals. Learning outcomes are designed to develop enhanced technical skills in SDR design and simultaneously a critical discussion of the devised solutions in light of the state-of-the-art. Also, skills related to identifying, formulating, and discussing engineering problems are further reinforced. Results from supported projects developed in the classroom exhibit completed assignments superior to 90% of participant students. Learning objectives concerning the technical skills were successfully covered (90%) in comparison to research and communicating skills (80%). Additionally, research skills and the ability to disseminate knowledge gradually improved in seminars. Finally, results of the current course exhibit improvements of 25% regarding the acquired skills in digital signal processing in comparison to previous courses.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تلعب تقنيات الراديو المعرفة بالبرمجيات (SDR) اليوم دورًا مهمًا في الشبكات اللاسلكية الحديثة نظرًا لمرونتها في تنفيذ تصاميم الأجهزة القابلة لإعادة التكوين. في ضوء أهمية تشغيل وتطوير مثل هذه التقنيات، تتطلب البرامج الأكاديمية في مجال هندسة الاتصالات مقدمة إلى معالجة الإشارات الرقمية (DSP) وخطط اتصالات حقوق السحب الخاصة وفقًا لذلك. عادة، يتم توفير تدريس هذا الموضوع من خلال المشاريع والأنشطة العملية في الفصول الدراسية. ومع ذلك، نظرًا لأهميتها في الحالة الراهنة، يوفر هذا الموضوع أيضًا إطارًا لتعليم المهارات الشخصية المتعلقة بالقدرات البحثية لدى الطلاب. تقدم هذه الورقة برنامجًا أكاديميًا لتطوير وظائف حقوق السحب الخاصة بالإضافة إلى مهارات البحث بناءً على التعرض لأحدث الأبحاث. من خلال المشاريع، يتم إجراء أنشطة عملية لتعليم تصميمات معالجة الإشارات الرقمية باستخدام تقنية مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA). تهدف الدورة إلى تطوير المهارات التقنية لتنفيذ كتل نظام الاتصالات. إلى جانب ذلك، يتم إعداد ورش العمل والندوات لدعم تطوير مهارات البحث والاتصال. الدورة المقترحة مرنة لدمجها في برنامج أكاديمي معين كموضوع اختياري لمزيد من مواضيع الدعم المتعلقة بنظرية الاتصال وإشارات الوقت المنفصل. تم تصميم نتائج التعلم لتطوير المهارات التقنية المعززة في تصميم حقوق السحب الخاصة وفي نفس الوقت مناقشة نقدية للحلول المبتكرة في ضوء أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا. كما يتم تعزيز المهارات المتعلقة بتحديد المشكلات الهندسية وصياغتها ومناقشتها. تعرض نتائج المشاريع المدعومة التي تم تطويرها في الفصل الدراسي الواجبات المكتملة التي تفوق 90 ٪ من الطلاب المشاركين. تمت تغطية أهداف التعلم المتعلقة بالمهارات التقنية بنجاح (90 ٪) مقارنة بمهارات البحث والتواصل (80 ٪). بالإضافة إلى ذلك، تحسنت المهارات البحثية والقدرة على نشر المعرفة تدريجياً في الندوات. وأخيرًا، تُظهر نتائج الدورة الحالية تحسينات بنسبة 25 ٪ فيما يتعلق بالمهارات المكتسبة في معالجة الإشارات الرقمية مقارنة بالدورات السابقة.

Translated Description (French)

Les technologies de radio définie par logiciel (SDR) jouent aujourd'hui un rôle important dans les réseaux sans fil modernes en raison de leur flexibilité pour mettre en œuvre des conceptions matérielles reconfigurables. Compte tenu de l'importance d'exploiter et de développer de telles technologies, les programmes universitaires dans le domaine de l'ingénierie des communications exigent une introduction au traitement du signal numérique (DSP) et aux systèmes de communication SDR en conséquence. En règle générale, l'enseignement de cette matière est assuré par le biais de projets et d'activités pratiques dans les salles de classe. Cependant, à condition qu'ils soient pertinents dans l'état actuel de l'art, ce sujet fournit également un cadre pour enseigner des compétences générales concernant les capacités de recherche chez les étudiants. Cet article présente un programme académique sur le développement de la fonctionnalité SDR ainsi que des compétences de recherche basées sur l'exposition à la recherche de pointe. Grâce à des projets, des activités pratiques sont menées pour enseigner les conceptions de traitement du signal numérique à l'aide de la technologie Field Programmable Gate Array (FPGA). Le cours vise à développer des compétences techniques pour mettre en œuvre des blocs de système de communication. En outre, des ateliers et des séminaires sont préparés pour soutenir le développement des compétences en recherche et en communication. Le cours proposé est flexible pour être incorporé dans un programme académique donné en tant que sujet électif afin de soutenir davantage les sujets liés à la théorie de la communication et aux signaux à temps discret. Les résultats d'apprentissage sont conçus pour développer des compétences techniques améliorées dans la conception de SDR et simultanément une discussion critique des solutions conçues à la lumière de l'état de l'art. En outre, les compétences liées à l'identification, à la formulation et à la discussion des problèmes d'ingénierie sont encore renforcées. Les résultats des projets soutenus développés dans la salle de classe montrent des devoirs terminés supérieurs à 90 % des étudiants participants. Les objectifs d'apprentissage concernant les compétences techniques ont été couverts avec succès (90%) par rapport aux compétences de recherche et de communication (80%). De plus, les compétences en recherche et la capacité à diffuser les connaissances se sont progressivement améliorées lors des séminaires. Enfin, les résultats du cours actuel montrent des améliorations de 25% en ce qui concerne les compétences acquises dans le traitement du signal numérique par rapport aux cours précédents.

Translated Description (Spanish)

Las tecnologías de radio definidas por software (SDR) desempeñan hoy un papel importante en las redes inalámbricas modernas debido a su flexibilidad para implementar diseños de hardware reconfigurables. A la luz de la importancia de operar y desarrollar tales tecnologías, los programas académicos en el campo de la ingeniería de comunicaciones exigen una introducción al Procesamiento Digital de Señales (DSP) y los esquemas de comunicación SDR en consecuencia. Por lo general, la enseñanza de esta materia se ofrece a través de proyectos y actividades prácticas en las aulas. Sin embargo, siempre que sean relevantes en el estado actual de la técnica, este tema también proporciona un marco para enseñar habilidades blandas relacionadas con las habilidades de investigación en los estudiantes. Este documento presenta un programa académico para el desarrollo de la funcionalidad de SDR, así como habilidades de investigación basadas en la exposición a la investigación de vanguardia. A través de proyectos, se llevan a cabo actividades prácticas para enseñar diseños de procesamiento de señales digitales utilizando la tecnología Field Programmable Gate Array (FPGA). El curso tiene como objetivo desarrollar habilidades técnicas para implementar bloques del sistema de comunicación. Además, se preparan talleres y seminarios para apoyar el desarrollo de habilidades de investigación y comunicación. El curso propuesto es flexible para incorporarse a un programa académico determinado como asignatura optativa para otros temas de apoyo relacionados con la teoría de la comunicación y las señales de tiempo discreto. Los resultados del aprendizaje están diseñados para desarrollar habilidades técnicas mejoradas en el diseño de SDR y, al mismo tiempo, una discusión crítica de las soluciones ideadas a la luz del estado de la técnica. Además, se refuerzan aún más las habilidades relacionadas con la identificación, formulación y discusión de problemas de ingeniería. Los resultados de los proyectos apoyados desarrollados en el aula muestran tareas completadas superiores al 90% de los alumnos participantes. Los objetivos de aprendizaje relacionados con las habilidades técnicas se cubrieron con éxito (90%) en comparación con las habilidades de investigación y comunicación (80%). Además, las habilidades de investigación y la capacidad de difundir el conocimiento mejoraron gradualmente en los seminarios. Finalmente, los resultados del curso actual muestran mejoras del 25% con respecto a las habilidades adquiridas en el procesamiento digital de señales en comparación con los cursos anteriores.

Files

09466500.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2e9cd27966c5fd2670efb856c2e6f0a2
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
منهج المرحلة الجامعية لتعليم وتوفير مهارات البحث في تصميم الأجهزة لتطبيقات حقوق السحب الخاصة في تكنولوجيا FPGA
Translated title (French)
Programme de premier cycle pour enseigner et fournir des compétences de recherche sur la conception matérielle pour les applications SDR dans la technologie FPGA
Translated title (Spanish)
Plan de estudios de pregrado para enseñar y proporcionar habilidades de investigación sobre diseño de hardware para aplicaciones de SDR en tecnología FPGA

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3175787918
DOI
10.1109/access.2021.3093072

Is supplement to
https://openalex.org/W4382050970 (Other)
https://openalex.org/W4381198732 (Other)
https://openalex.org/W2386041993 (Other)
https://openalex.org/W2377364651 (Other)
https://openalex.org/W2369416268 (Other)
https://openalex.org/W2362571242 (Other)
https://openalex.org/W2083269738 (Other)
https://openalex.org/W1967938402 (Other)
https://openalex.org/W1876592433 (Other)
https://openalex.org/W1608572506 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Cuba

References

  • https://openalex.org/W2017208685
  • https://openalex.org/W2030791059
  • https://openalex.org/W2054781448
  • https://openalex.org/W2111421843
  • https://openalex.org/W2128111754
  • https://openalex.org/W2129810682
  • https://openalex.org/W2137160369
  • https://openalex.org/W2149634175
  • https://openalex.org/W2152953137
  • https://openalex.org/W2162856337
  • https://openalex.org/W2168078104
  • https://openalex.org/W2345462682
  • https://openalex.org/W2558444780
  • https://openalex.org/W2578121490
  • https://openalex.org/W2602923095
  • https://openalex.org/W2609620102
  • https://openalex.org/W2947069706
  • https://openalex.org/W2998755892
  • https://openalex.org/W3022581064
  • https://openalex.org/W3109938142
  • https://openalex.org/W3111702039