Experimental Evaluation of Multiple Channel SDR Signal Receivers Effectiveness

Authors

DOI:

https://doi.org/10.20535/RADAP.2019.78.19-26

Keywords:

многоканальный приемник, программно конфигурируемые радиосистемы, экспериментальная оценка эффективности, параллельные вычисления, порядок цифрового фильтра, коэффициент децимации

Abstract

Introduction. The SDR technology makes it possible to build multichannel signal receivers for replacing single-channel devices. In this the amount of real time calculations grows considerably. For these calculations it is expedient to apply parallel computations based on the multi-core central and graphic processors. The theoretical efficiency evaluation of the such receivers ignores many factors. The purpose of the article is an experimental efficiency evaluation of the SDR multichannel signal receivers’ construction.
Modeling, analysis and testing. The multichannel research firmware receiver consisted of an SDR receiver, a USB controller and a computer. On a computer in a single server shell worked functionally completed software signal processingmodules.They provided reception of IQ-samples from the SDR receiver, their transfer to zero frequency, low-frequency filtration with decimation of the received samples. The experimental dependences of the maximum number of receiving channels from the decimation coefficient are obtained. At a decimation coefficient from 20 to 100 dependencies are hyperbolic, and from 100 to 10000 dependencies are directly proportional. The obtained dependences on the direct proportional section are approximated by the method of least squares. For a selected hardware platform, the proportionality coefficient is 6,1 for filters from 61 to 1001 order and 0,8 for filters from 1001 to 3901 order.
Conclusions. It’s possible to increase the number of receiving channels by: increasing the decimation coefficient. The group signal and receiving channel spectrum bandwidth are the source data. Therefore, there is no possibility to increase the number of receiving channels by the decimation coefficient; decreasing filter order. The signal filtering quality depends from the filter order. Therefore, the choice of the filter order requires a compromise. The adequacy of the selected filter order to ensure a qualitative filtration with a given decimation coefficient is experimentally evaluated by the ratio of the given filtration band to the received. The obtained dependencies confirm the theoretical data: to ensure a high-quality filter with the increase of the decimation coefficient the order of the filter should be increased. With a fixed decimation coefficient, in order to achieve qualitative filtration, the order of the filter should be increased. It’s will reduce the number of receiving channels. To increase the number of receiving channels it’s necessary to reduce the order of the filter, which will lead to deterioration of the filtration quality.

Author Biographies

O. M. Romanov, Research Institute of Ministry of Defense of Ukraine

Romanov O. M., Cand. of Sci (Tech)

V. Yu. Kotiubin , Research Institute of Ministry of Defense of Ukraine

Kotyubin V. Yu.

References

Перелік посилань

Романов О. М. Застосування SDR технології для моніторингу супутникових каналів зв’язку / О.М. Романов, Р.Л. Ставісюк // Проблеми створення, розвитку та застосування високотехнологічних систем спеціального призначення з урахуванням досвіду антитерористичної операції. – 2016. - Житомир: ЖВІ. – С. 73–74.

Силин А. Технология Software Defined Radio. Теория, принципы и примеры аппаратных платформ / А. Силин // Беспроводные технологии. – 2007. – № 7. С. 22–27.

Software-Defined Radio for Engineers [Електронний ресурс] / T. F. Collins, R. Getz, D. Pu, A. M. Wyglinski. – Norwood : Artech House, 2018. – 352 p.

Richter J. CLR via C# / Jeffrey Richter, Fourth edition. – Redmond : Microsoft Press, 2012. – 862 p.

Gregory K. C++ AMP : Accelerated Massive Parallelism with Microsoft Visual C++ / K. Gregory, A. Miller. – Sebastopol : O’Reilly Media, 2012. – 326 p.

Будко П. А. SDR-технологии и новые принципы приема сообщений в симплексных радиолиниях / П.А. Будко, С.Е. Жолдасов, Г.А. Жуков, Н.П. Будко // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. – 2013. – № 1. – С. 34–38.

Николашин Ю. Л. SDR радиоустройства и когнитивная радиосвязь в декаметровом диапазоне частот [Електронний ресурс] / Ю.Л. Николашин, И.А. Кулешов, П.А. Будко та ін. // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. – 2015. – № 1. – С. 20–31.

Романов О. М. Перспективи розвитку засобів моніторингу супутникових мереж зв’язку / О.М. Романов, Д.Ю. Бурлак, Д.В. Коросташов // Проблеми координації воєнно-технічної та оборонно-промислової політики. Перспективи розвитку озброєння та військової техніки, Київ, 12–13 жовт. 2016 р. – К. : ЦНДІ ОВТ ЗС України, 2016. – С. 299–301.

Романов О. М. Підходи до створення багатоканальних апаратно-програмних засобів обробки сигналів / О.М. Романов, Д.Ю. Бурлак, Д.В. Коросташов // Спільні дії військових формувань і правоохоронних органів держави: проблеми та перспективи. – Одеса : Військова академія, 2017. – С. 125–127.

Павлюк В. В. Підходи до побудови багатоканальних програмновизначених комплексів радіоконтролю телеко-мунікаційних мереж / В.В. Павлюк // Системи обробки інформації. – 2018. – № 2(153). – С. 144–151.

Погорелый С. Д. Анализ методов повышения производительности компьютеров с использованием графических процессоров и программно-аппаратной платформы CUDA / С.Д. Погорелый, Ю.В. Бойко, М.И. Трибрат, Д.Б. Грязнов // Математичні машини і системи. – 2010. – № 1. C. 40–54.

Hamming R. W. Numerical methods for scientists and engineers / R. W. Hamming. – New York : Dover Publications, 1973. – 721 p.

Буза М. К. Анализ эффективности параллельных технологий / М. К. Буза // Штучний інтелект. – 2015. – № 1–2. – С. 71–78.

Симонов В. В. Оценка эффективности параллельных алгоритмов для моделирования многослойного персептрона [Електронний ресурс] / В. В. Симонов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2010. – № 1 (21), часть 2. С. 166–171.

Ifeachor E. C. Digital Signal Processing : a practical approach / E. C. Ifeachor, B. W. Jervis, – 2-d edition. – New York : Addison-Wesley Publishing Company, 1993. – 760 p.

Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. – Москва : Наука, 1974. – 832 с.

References

Romanov O. M. and Stavisyuk R. L. (2016) Zastosuvannya tekhnolohiy SDR dlya monitorynhu suputnykovykh kanaliv zv'yazku [Using SDR technology to monitoring satellite communication channels]. Problems of creation, development and application of high-tech special purpose systems taking into account the experience of antiterrorist operation, pp. 73–74.

Silin A. (2007) Tekhnologiya Software Defined Radio. Teoriya, printsipy i primery apparatnykh platform [Software Defined Radio Technology: Theory, Principles and Examples of Hardware Platforms], Besprovodnye tekhnologii, no 7., pp. 22–27.

Collins T. F., Getz R., Pu D. and Wyglinski A.M. (2018) Software-Defined Radio for Engineers. Artech House, Norwood, 352 p.

Richter J. (2010) CLR via C#: 3-d edition. Microsoft Press, Redmond, 873 p.

Gregory K. and Miller A. (2012) C++ AMP: Accelerated Massive Parallelism with Microsoft Visual C++. O’Reilly Media, 326 p.

Budko P. A., Zholdasov S. E., Zhukov G. A. and Budko N. P. (2013) SDR-tekhnologii i novye printsipy priema soobshchenii v simpleksnykh radioliniyakh [SDR-technologies and new principles of receiving messages in simplex radiolines]. Naukoemkie tehnologii v kosmicheskih issledovaniyah zemli, No 1, pp. 34–38.

Nikolashin Yu. L., Kuleshov I. A., Budko P. A., Zholdasov E. S. and Zhukov G. A. (2015) SDR of the radio device and cognitive radio communication in the decameter range of frequencies. Naukoemkie tehnologii v kosmicheskih issledovaniyah zemli, No 1, pp. 20–31.

Romanov O. M., Burlak D. Yu. and Korostashov D. V. (2016) Perspektyvy rozvytku zasobiv monitorynhu suputny-kovykh merezh zvyazku [Prospects for the development of monitoring facilities for satellite communication networks]. Challenges of coordination of military technical and defense industry policies. Prospects of development of armament and military equipment, pp. 299–301.

Romanov O. M., Burlak D. Yu. and Korostashov D. V. (2017) Pidkhody do stvorennia bahatokanal’nykh aparatno-prohramnykh zasobiv obrobky syhnaliv [Approaches of multichannel hardware and software signal processing creation]. Joint actions of military formations and law enforcement agencies of the state: problems and perspectives, pp. 125–127.

Pavliuk V. V. (2018) Pidkhody do pobudovy bahatokanalnykh prohramnovyznachenykh kompleksiv radiokontroliu telekomunikatsiinykh merezh [Approaches to the construction of multi-channel software defined radio control system for the telecommunication networks]. Systemy obrobky informatsii, No 2(153), pp. 144–151. DOI: 10.30748/soi.2018.153.18

Pogorely S. D., Boyko Yu. V., Tribrat M. I. and Gryaznov D. B. (2010) The analysis of methods of increase of the productivity computers with use of graphic processors and hardwaresoftware platform CUDA. Matematychni mashyny i systemy, No 1, pp. 40–54.

Hamming R. (1973) Numerical methods for scientists and engineers: 2-d edition. Dover Publications, New York, 721 p.

Buza M. K. (2015) Analysis of the effectiveness of parallel technologies. Shtuchnyi intelekt, No 1–2, pp. 71–78.

Simonov V. V. (2010) Efficiency estimation of parallel algorithms for multilayer perceptron modeling. Proceedings of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, No 1 (21), part 2, pp. 166–171.

Ifeachor E. C. and Jervis B. W. (1993) Digital Signal Processing: a practical approach, 2-d edition. Addison-Wesley, 760 p.

Korn G. and Korn Т. (1974) Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov [Mathematical handbook for scientists and engineers]. Nauka, Moscow, 832 p.

Published

2019-09-30

How to Cite

Романов, О. М. and Котюбін, В. Ю. (2019) “Experimental Evaluation of Multiple Channel SDR Signal Receivers Effectiveness”, Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, (78), pp. 19-26. doi: 10.20535/RADAP.2019.78.19-26.

Issue

Section

Telecommunication, navigation, radar systems, radiooptics and electroacoustics