Principles and Technologies of Digital Communication Based on Software Defined Radio: A Review of Modern Trends in the Field of Creating a Curricculum
https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-1-78-94
Abstract
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.
About the Authors
G. .. Fokin
The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications
Russian Federation
Russian Federation
С. Дворников
Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного
Russian Federation
Russian Federation
References
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)
Review
For citations:
Fokin G..., Principles and Technologies of Digital Communication Based on Software Defined Radio: A Review of Modern Trends in the Field of Creating a Curricculum. Proceedings of Telecommunication Universities. 2019;5(1):78-94. (In Russ.) https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-1-78-94
Views:
779
Email this article 