ПРИНЦИПЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМОГО РАДИО: ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ

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.

программно-конфигурируемое радио, приемопередатчик, испытательный стенд Keysight

1. Mitola J. The software radio architecture // IEEE Communications Magazine. 1995. Vol. 33. Iss. 5. PP. 26-38. DOI:10.1109/35.393001

2. Belisle 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.2015.7263343

3. Moy 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.2015.7263342

4. Wireless Innovation Forum. URL: https://www.wirelessinnovation.org (дата обращения 04.03.2019)

5. 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)

6. Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого радио. Москва: Горячая линия-Телеком, 2013. 372 с.

7. 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)

8. 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)

9. MathWorks. URL: https://www.mathworks.com (дата обращения 04.03.2019)

10. National Instruments. URL: http://www.ni.com/ru-ru.html (дата обращения 04.03.2019)

11. GNU Radio. The Free & Open Soft Radio Ecosystem. URL: https://www.gnuradio.org (дата обращения 04.03.2019)

12. Ettus Research. URL: https://www.ettus.com (дата обращения 04.03.2019)

13. NooElec. URL: https://www.nooelec.com/store/sdr.html (дата обращения 04.03.2019)

14. 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.2014.6815911

15. El-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.2014.6815911

16. Petrova 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.2014.6815913

17. Stewart 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.2015.7263347

18. Wyglinski 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.2016.7378428

19. 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.

20. 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.2014.7002144

21. 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.

22. 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.

23. Фокин Г.А., Буланов Д.В., Волгушев Д.Б. Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе ПКР // Вестник связи. 2015. № 6. С. 26-30.

24. 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.2016.7423356

25. Mashkov 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.2016.7849572

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. 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)