tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2019-5-1-78-94tuzsut-63Research ArticleСтатьиПРИНЦИПЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМОГО РАДИО: ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВPrinciples and Technologies of Digital Communication Based on Software Defined Radio: A Review of Modern Trends in the Field of Creating a CurricculumФокинГ. А.FokinG. ..grihafokin@gmail.comДворниковС. В.noemail@neicon.ruСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-БруевичаРоссияThe Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of TelecommunicationsRussian FederationВоенная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. БуденногоРоссия201907042021517894Copyright © Фокин Г.А., Дворников С.В., 20212021Фокин Г.А., Дворников С.В.Fokin G..., Дворников С.В.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/63

Современная тенденция проникновения программно-конфигурируемого радио (ПКР) в науку, производство и образование определяется появлением на рынке доступных и многофункциональных программно-аппаратных решений. Анализ опыта ряда зарубежных вузов позволяет говорить о возникновении новой образовательной парадигмы в области телекоммуникаций и радиосвязи, связанной с направлением ПКР. С образовательной точки зрения направление ПКР является междисциплинарным и охватывает следующие курсы: радиоприемные и радиопередающие устройства, цифровая обработка сигналов, теория электрической связи, программирование и имитационное моделирование. Интегрирующая роль курса по направлению ПКР заключается в развитии системного подхода в части анализа и синтеза современного приемопередатчика с возможностью программной реализации большинства функций физического уровня и заключительной апробации их работы в радиоэфире. Целью настоящей работы является обзор современных тенденций в области создания комплекса подготовки специалистов по курсу «Принципы и технологии цифровой связи на основе программно-конфигурируемого радио». Для этого в работе анализируются особенности стандартизации и архитектура радиостанции ПКР, современные тенденции использования ПКР, зарубежный опыт использования ПКР в образовании, эволюция радиостанций ПКР, структура аппаратной части радиоприемника RTL-SDR, особенности реализации приемопередатчика ПКР в специализированном программном обеспечении (СПО). Для оценки показателей функционирования, реализованных в СПО приемопередатчиков ПКР, в заключении приводится методика полунатурного моделирования на испытательном стенде Keysight.

Current trends in software-defined radio (SDR) penetration into science, production and education is determined by the appearance on the market of affordable and multifunctional software and hardware solutions. Analysis of the experience of a number of foreign universities suggests a new educational paradigm in the field of telecommunications and radio communications related to the direction of the SDR. From an educational point of view, the field of the SDR is interdisciplinary and covers the following courses: radio receiving and radio transmitting devices, digital signal processing, theory of electrical communication, programming and simulation modeling. The integrating role of the SDR course is to develop a system approach for analyzing and synthesizing a modern transceiver with the ability to programmatically implement most of the functions of the physical layer and with final approbation of its work in real field conditions. The purpose of this work is to review current trends in the creation of a curriculum for training specialists in the course “Principles and Technologies of Digital Communication Based on Software Defined Radio”. Thus the work analyzes architecture and evolution of the SDR radio station, current trends and foreign experience in the use of SDR in education, the hardware structure of the radio receiver RTL-SDR, features of the implementation of the SDR transceiver in open source software. To assess the performance indicators of the SDR transceivers, the conclusion contains approach for half-natural experiment testing on the Keysight test bench.

программно-конфигурируемое радиоприемопередатчикиспытательный стенд KeysightSCAFPGADSPGPPASICSDRtransceiverKeysight test benchReferencesMitola J. The software radio architecture // IEEE Communications Magazine. 1995. Vol. 33. Iss. 5. PP. 26-38. DOI:10.1109/35.393001Mitola J. The software radio architecture // IEEE Communications Magazine. 1995. Vol. 33. Iss. 5. PP. 26-38. DOI:10.1109/35.393001Belisle C., Kovarik V., Pucker L., Turner M. The software communications architecture: two decades of software radio technology innovation // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 31-37. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263343Belisle C., Kovarik V., Pucker L., Turner M. The software communications architecture: two decades of software radio technology innovation // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 31-37. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263343Moy C., Palicot J. Software radio: a catalyst for wireless innovation // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 24-30. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263342Moy C., Palicot J. Software radio: a catalyst for wireless innovation // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 24-30. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263342Wireless Innovation Forum. URL: https://www.wirelessinnovation.org (дата обращения 04.03.2019)Wireless Innovation Forum. URL: https://www.wirelessinnovation.org (дата обращения 04.03.2019)Base Station System Structure. Document No. SDRF-01-P-0006-V2.0.0 // SDRF Forum. URL: https://www.wirelessinnovation. org/assets/work_products/Reports/sdrf-01-p-0006-v2_0_0_basestation_systems.pdf (дата обращения 04.03.2019)Base Station System Structure. Document No. SDRF-01-P-0006-V2.0.0 // SDRF Forum. URL: https://www.wirelessinnovation. org/assets/work_products/Reports/sdrf-01-p-0006-v2_0_0_basestation_systems.pdf (дата обращения 04.03.2019)Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого радио. Москва: Горячая линия-Телеком, 2013. 372 с.Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого радио. Москва: Горячая линия-Телеком, 2013. 372 с.Деменков Н.П. Модельно-ориентированное проектирование систем управления // Кафедра «Технологии программирования» Университета ИТМО [электронный ресурс]. URL: http://is.ifmo.ru/miscellaneous/_matlab_simulink.pdf (дата обращения: 04.03.2019)Деменков Н.П. Модельно-ориентированное проектирование систем управления // Кафедра «Технологии программирования» Университета ИТМО [электронный ресурс]. URL: http://is.ifmo.ru/miscellaneous/_matlab_simulink.pdf (дата обращения: 04.03.2019)Ефремов А.А., Сорокин С.С., Зенков С.М. Модельно-ориентированное проектирование - международный стандарт инженерных разработок // MATLAB. Exponenta. URL: http://matlab.ru/upload/resources/EDU%20Conf/pp%2040-43% 20Sorokin.pdf (дата обращения: 04.03.2019)Ефремов А.А., Сорокин С.С., Зенков С.М. Модельно-ориентированное проектирование - международный стандарт инженерных разработок // MATLAB. Exponenta. URL: http://matlab.ru/upload/resources/EDU%20Conf/pp%2040-43% 20Sorokin.pdf (дата обращения: 04.03.2019)MathWorks. URL: https://www.mathworks.com (дата обращения 04.03.2019)MathWorks. URL: https://www.mathworks.com (дата обращения 04.03.2019)National Instruments. URL: http://www.ni.com/ru-ru.html (дата обращения 04.03.2019)National Instruments. URL: http://www.ni.com/ru-ru.html (дата обращения 04.03.2019)GNU Radio. The Free & Open Soft Radio Ecosystem. URL: https://www.gnuradio.org (дата обращения 04.03.2019)GNU Radio. The Free & Open Soft Radio Ecosystem. URL: https://www.gnuradio.org (дата обращения 04.03.2019)Ettus Research. URL: https://www.ettus.com (дата обращения 04.03.2019)Ettus Research. URL: https://www.ettus.com (дата обращения 04.03.2019)NooElec. URL: https://www.nooelec.com/store/sdr.html (дата обращения 04.03.2019)NooElec. URL: https://www.nooelec.com/store/sdr.html (дата обращения 04.03.2019)Bilén S.G., Wyglinski A.M., Anderson C., Cooklev T., Dietrich C.B., Farhang-Boroujeny B., et al. Software-Defined Radio: A New Paradigm for Integrated Curriculum Delivery // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184-193. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911Bilén S.G., Wyglinski A.M., Anderson C., Cooklev T., Dietrich C.B., Farhang-Boroujeny B., et al. Software-Defined Radio: A New Paradigm for Integrated Curriculum Delivery // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184-193. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911El-Hajjar M., Nguyen Q.A., Maunder R.G., Ng S.X. Demonstrating the Practical Challenges of Wireless Communications Using USRP // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184-193. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911El-Hajjar M., Nguyen Q.A., Maunder R.G., Ng S.X. Demonstrating the Practical Challenges of Wireless Communications Using USRP // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184-193. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911Petrova M., Achtzehn A., Mähönen P. System-oriented communications engineering curriculum: teaching design concepts with SDR platforms // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 202-209. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815913Petrova M., Achtzehn A., Mähönen P. System-oriented communications engineering curriculum: teaching design concepts with SDR platforms // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 202-209. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815913Stewart R.W., Crockett L., Atkinson D., Barlee K., Crawford D., Chalmers I., et al. A low-cost desktop software defined radio design environment using MATLAB, simulink, and the RTL-SDR // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 64-71. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263347Stewart R.W., Crockett L., Atkinson D., Barlee K., Crawford D., Chalmers I., et al. A low-cost desktop software defined radio design environment using MATLAB, simulink, and the RTL-SDR // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 64-71. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263347Wyglinski A.M., Orofino D.P., Ettus M.N., Rondeau T.W. Revolutionizing software defined radio: case studies in hardware, software, and education // IEEE Communications Magazine. 2016. Vol. 54. Iss. 1. PP. 68-75. DOI:10.1109/MCOM.2016.7378428Wyglinski A.M., Orofino D.P., Ettus M.N., Rondeau T.W. Revolutionizing software defined radio: case studies in hardware, software, and education // IEEE Communications Magazine. 2016. Vol. 54. Iss. 1. PP. 68-75. DOI:10.1109/MCOM.2016.7378428Stewart R.W., Barlee K.W., Atkinson D.S.W., Crockett L.H. Software Defined Radio using MATLAB & Simulink and the RTL-SDR. Glasgow: Strathclyde Academic Media, 2015.Stewart R.W., Barlee K.W., Atkinson D.S.W., Crockett L.H. Software Defined Radio using MATLAB & Simulink and the RTL-SDR. Glasgow: Strathclyde Academic Media, 2015.Fokin G., Volgushev D., Kireev A., Bulanov D., Lavrukhin V. Designing the MIMO SDR-based LPD transceiver for long- range robot control applications // Proceedings of the 6th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT, St. Petersburg, Russian Federation, 6-8 October 2014). Piscataway, NJ: IEEE, 2014. PP. 456-461. DOI:10.1109/ICUMT.2014.7002144Fokin G., Volgushev D., Kireev A., Bulanov D., Lavrukhin V. Designing the MIMO SDR-based LPD transceiver for long- range robot control applications // Proceedings of the 6th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT, St. Petersburg, Russian Federation, 6-8 October 2014). Piscataway, NJ: IEEE, 2014. PP. 456-461. DOI:10.1109/ICUMT.2014.7002144Фокин Г.А., Лаврухин В.А., Волгушев Д.А., Киреев А.В. Модельно-ориентированное проектирование на основе SDR // Системы управления и информационные технологии. 2015. Т. 60. № 2. С. 94-99.Фокин Г.А., Лаврухин В.А., Волгушев Д.А., Киреев А.В. Модельно-ориентированное проектирование на основе SDR // Системы управления и информационные технологии. 2015. Т. 60. № 2. С. 94-99.Волгушев Д.Б., Киреев А.В., Фокин Г.А. Модельно-ориентированный синтез систем радиосвязи на основе программно-конфигурируемого радио // IV Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 3-4 марта 2015): сборник научных статей в 2 томах. СПб: СПбГУТ, 2015. Т. 1. С. 50-53.Волгушев Д.Б., Киреев А.В., Фокин Г.А. Модельно-ориентированный синтез систем радиосвязи на основе программно-конфигурируемого радио // IV Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 3-4 марта 2015): сборник научных статей в 2 томах. СПб: СПбГУТ, 2015. Т. 1. С. 50-53.Фокин Г.А., Буланов Д.В., Волгушев Д.Б. Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе ПКР // Вестник связи. 2015. № 6. С. 26-30.Фокин Г.А., Буланов Д.В., Волгушев Д.Б. Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе ПКР // Вестник связи. 2015. № 6. С. 26-30.Mashkov G., Borisov E., Fokin G. Experimental validation of multipoint joint processing of range measurements via software-defined radio testbed // Proceedings of the 18th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT, PyeongChang South Korea, 31 January-3 February 2016). Piscataway, NJ: IEEE, 2016. PP. 268-273. DOI:10.1109/ICACT.2016.7423356Mashkov G., Borisov E., Fokin G. Experimental validation of multipoint joint processing of range measurements via software-defined radio testbed // Proceedings of the 18th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT, PyeongChang South Korea, 31 January-3 February 2016). Piscataway, NJ: IEEE, 2016. PP. 268-273. DOI:10.1109/ICACT.2016.7423356Mashkov G., Borisov E., Fokin G. Positioning accuracy experimental evaluation in SDR-based MLAT with joint processing of range measurements // Proceedings of the International Conference on Radar, Antenna, Microwave, Electronics, and Telecommunications (ICRAMET, Jakarta, Indonesia, 3-5 October 2016). Piscataway, NJ: IEEE, 2016. PP. 7-12. DOI:10.1109/ICRAMET.2016.7849572Mashkov G., Borisov E., Fokin G. Positioning accuracy experimental evaluation in SDR-based MLAT with joint processing of range measurements // Proceedings of the International Conference on Radar, Antenna, Microwave, Electronics, and Telecommunications (ICRAMET, Jakarta, Indonesia, 3-5 October 2016). Piscataway, NJ: IEEE, 2016. PP. 7-12. DOI:10.1109/ICRAMET.2016.7849572Борисов Е.Г., Машков Г.М., Фокин Г.А. Экспериментальный стенд оценки точности позиционирования источников радиоизлучения на основе программно-конфигурируемого радио // V международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 10-11 марта 2016): сборник научных статей в 3 томах. СПб: СПбГУТ, 2016. Т. 1. С. 120-125.Борисов Е.Г., Машков Г.М., Фокин Г.А. Экспериментальный стенд оценки точности позиционирования источников радиоизлучения на основе программно-конфигурируемого радио // V международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 10-11 марта 2016): сборник научных статей в 3 томах. СПб: СПбГУТ, 2016. Т. 1. С. 120-125.Фокин Г.А., Лаврухин В.А., Волгушев Д.А., Киреев А.В. Практическая реализация приемопередатчика ОФМ-2 на SDR платформе Ettus B210 в среде GNU Radio // Информационные технологии моделирования и управления. 2016. Т. 99. № 3. С. 178-187.Фокин Г.А., Лаврухин В.А., Волгушев Д.А., Киреев А.В. Практическая реализация приемопередатчика ОФМ-2 на SDR платформе Ettus B210 в среде GNU Radio // Информационные технологии моделирования и управления. 2016. Т. 99. № 3. С. 178-187.Воробьев О.В., Фокин Г.А. Проект учебно-методического комплекса «Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе программно-конфигурируемого радио» // V Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 10-11 марта 2016): сборник научных статей в 3 томах. СПб: СПбГУТ, 2016. Т. 2. С. 280-284.Воробьев О.В., Фокин Г.А. Проект учебно-методического комплекса «Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе программно-конфигурируемого радио» // V Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 10-11 марта 2016): сборник научных статей в 3 томах. СПб: СПбГУТ, 2016. Т. 2. С. 280-284.Фокин Г.А. Современные тенденции в области программно-конфигурируемого радио // VI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, 1-2 марта 2017): сборник научных статей в 4 томах. СПб: СПбГУТ, 2017. Т. 1. С. 271-276.Фокин Г.А. Современные тенденции в области программно-конфигурируемого радио // VI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, 1-2 марта 2017): сборник научных статей в 4 томах. СПб: СПбГУТ, 2017. Т. 1. С. 271-276.Фокин Г.А. О разработке и внедрении электронных практических занятий. VI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, 1-2 марта 2017): сборник научных статей в 4 томах. СПб: СПбГУТ, 2017. Т. 4. С. 319-323.Фокин Г.А. О разработке и внедрении электронных практических занятий. VI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (Санкт-Петербург, 1-2 марта 2017): сборник научных статей в 4 томах. СПб: СПбГУТ, 2017. Т. 4. С. 319-323.N5106A PXB Baseband Generator and Channel Emulator // Keysight Technologies. URL: https://www.keysight.com/en/pdx-x201744-pn-N5106A/pxb-baseband-generator-and-channel-emulator?&cc=RU&lc=rus (дата обращения: 04.03.2019)N5106A PXB Baseband Generator and Channel Emulator // Keysight Technologies. URL: https://www.keysight.com/en/pdx-x201744-pn-N5106A/pxb-baseband-generator-and-channel-emulator?&cc=RU&lc=rus (дата обращения: 04.03.2019)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.