Використання системи залишкових класiв як математичної основи для програмно-визначених радіосистем

Ключові слова: АЦП, ЦАП, прямi цифровi синтезатори, система залишкових класiв, програмно визначенi радiосистеми

Анотація

Вступ. У традиційному вигляді, програмно-визначена радіосистема (Software Defined Radio, SDR) являє собою обчислювальне ядро, обладнане приймально-передавальними блоками. З метою прискорення обчислювальних операцій у системах SDR, пропонується у якості математичної основи застосування системи залишкових класів. Результати попередніх досліджень, що проводились різними групами вчених з метою пошуків шляхів підвищення продуктивності обчислювальних засобів, методів організації ефективної системи виявлення та виправлення помилок, а також побудови надійних обчислювальних комплексів, дають можливість стверджувати, що в межах позиційних систем числення не можна очікувати принципових зрушень в даних напрямках без суттєвого збільшення робочих частот і ускладнення апаратної частини.. Перевагою пропонованого методу є те, що програмна радіосистема може складатися з декількох ПЛІС і обслуговувати декілька незалежних радіоканалів, а перепрограмування властивостей дозволяє змінювати число і складові процесу обробки повідомлень в залежності від поточних умов роботи.
Метод дослідження. В розділі проаналізовано паралельність арифметичні операції у системі залишкових класів. Ці операції називаються модульними, оскільки для обробки числових значень використовують невеликі залишки ділення на певний набір модулів, а для додавання і множення потрібно лише один тактовий цикл роботи обчислювальної системи. Для перетворення чисел із двійкової системи у RNS використовується алгоритм, заснований на застосуванні китайської теореми про залишки. Проте такі операції, як поділ, порівняння двох чисел і виявлення знака, є складними і ресурсозатратними в RNS. Для цих проблемних операцій було запропоновано кілька рішень. Вони полягають у відсутності процесу перетворенні залишку в бінарну систему (зворотне перетворення) шляхом застосування цифро-аналогових перетворювачів у RNS. З іншого боку, вибір правильного набору модулів є ще одним важливим питанням для побудови ефективного RNS з достатнім динамічним діапазоном.
Результати та аналіз. Підводячи підсумки деяких результатів, можна зазначити, що система класів залишків дозволяє значно поліпшити параметри обчислювача у SDR, а особливо у функціональному блокові Direct Digital Synthesizers (DDS) у порівнянні з обчислювачем, побудованим на тій же фізичній і технологічній основі, але в позиційній обчислювальній системі, а також отримання нових більш прогресивних конструктивних і структурних рішень. Експериментальні результати показують, що представлені методи дають значні переваги для цифрових фільтрів у SDR, які характеризуються високим динамічним діапазоном і мають велику кількістю ланок, особливо коли повні перемножувачі не доступні у цільовій архітектурі FPGA, або коли ці перемножувачі повинні використовуватися для різних цілей.
Висновки. Таким чином, запропонована система вносить явні переваги перед існуючими системами і показує переваги продуктивності обчислювальних операцій і може бути використана для побудови сучасних систем зв'язку. Запропонована архітектура зменшує розміри конвеєру суматорів і перемножувачів, що є дуже важливим фактором при розробці високошвидкісних SDR.

Біографії авторів

O. I. Polikarovskykh, Хмельницький національний університет

Полікаровських О. І., д. т. н., доцент, професор кафедри телекомунікацій та комп’ютерно-інтегрованих технологій

L. O. Kovtun, Хмельницький національний університет

Ковтун Л. О., к. т. н., доцент кафедри телекомунікацій та комп’ютерно-інтегрованих технологій

L. V. Karpova, Хмельницький національний університет

Карпова Л. В., к. т. н., доцент кафедри телекомунікацій та радіотехніки

I. V. Hula, Хмельницький національний університет

Гула І. В., к. т. н., доцент кафедри фізики та електротехніки

V. M. Melnychuk, Хмельницький національний університет

Мельничук В. М., аспірант кафедри телекомунікацій і комп’ютерно-інтегрованих технологій

Посилання

Jones E. (2008) Software defined radios, cognitive radio and the software communications architecture (SCA) in relation to COMMS, radar and ESM. IET Seminar on Cognitive Radio and Software Defined Radio: Technologies and Techniques. DOI: 10.1049/ic:20080393

Rodriguez A.S., Mensinger M.C., Ahn I.S. and Lu Y. (2011) Model-based software-defined radio(SDR) design using FPGA. 2011 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRO/INFORMATION TECHNOLOGY. DOI: 10.1109/eit.2011.5978602

Ramírez J., García A., Meyer-Baese U. and Lloris A. (2002) Fast RNS FPL-based Communications Receiver Design and Implementation. Lecture Notes in Computer Science, pp. 472-481. DOI: 10.1007/3-540-46117-5_50

Ananda Mohan P.V. (2016) Residue Number Systems. Theory and Applications, 351 p. DOI: 10.1007/978-3-319-41385-3

Polikarovskykh O. I. (2013) High-speed digital frequency synthesizers based on Galois basis, Microwave and Telecommunication Technology (CriMiCo), 2013 23rd International Crimean Conference

Polikarovskykh O.I. and Havronskyy V.E. (2007) The New Type of Phase Accumulator for DDS. 2007 17th International Crimean Conference - Microwave & Telecommunication Technology. DOI: 10.1109/crmico.2007.4368710

Chren W. (1995) RNS-based enhancements for direct digital frequency synthesis. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 42, Iss. 8, pp. 516-524. DOI: 10.1109/82.404073

Mohan P. (2001) On RNS-based enhancements for direct digital frequency synthesis. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 48, Iss. 10, pp. 988-990. DOI: 10.1109/82.974788

Nannarelli A., Re M. and Cardarilli G. (2001) Tradeoffs between residue number system and traditional FIR filters. ISCAS 2001. The 2001 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (Cat. No.01CH37196). DOI: 10.1109/iscas.2001.921068

Abdelfattah O., Swidan A. and Zilic Z. (2010) Direct residue-to-analog conversion scheme based on Chinese Remainder Theorem. 2010 17th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. DOI: 10.1109/icecs.2010.5724605

Опубліковано
2019-03-30
Як цитувати
Polikarovskykh, O. I., Kovtun, L. O., Karpova, L. V., Hula, I. V. і Melnychuk, V. M. (2019) «Використання системи залишкових класiв як математичної основи для програмно-визначених радіосистем», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, 0(76), с. 21-28. доступний у: http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1538 (дата звернення: 16Липень2019).
Номер
Розділ
Телекомунікації, радіолокація і навігація, радіоптика та електроакустика