Надіслати статтю
вул. Інститутська 11, м. Хмельницький, 29016
visnyk.khnu@khmnu.edu.ua
(0382) 67-51-08

МЕТОДИКА ОБРОБКИ ТА СИНХРОНІЗАЦІЇ СИГНАЛІВ У ПРОГРАМНО-ОБУМОВЛЕНИХ РАДІОСИСТЕМАХ З OFDM

SIGNAL PROCESSING AND SYNCHRONIZATION TECHNIQUE IN SOFTWARE-DEFINED RADIO SYSTEMS WITH OFDM

Сторінки: 123-132. Номер: №2, 2022 (307)  
 Автори:
БОЙКО Ю. М.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0003-0603-7827
e-mail: boiko_julius@ukr.net
ПЯТІН І. С.
Хмельницький політехнічний фаховий коледж Національного університету “Львівська політехніка”
https://orcid.org/0000-0003-1898-6755
e-mail: ilkhmel@ukr.net
ПАРХОМЕЙ I. Р.
Національний авіаційний університет
https://orcid.org/0000-0002-9510-7657
e-mail: i_parhomey@ukr.net
BOIKO JULIY M.
Khmelnytskyi National University
PYATIN ILYA S.
Khmelnytskyi Polytechnic, Professional College by Lviv Polytechnic National University
PARKHOMEY IGOR R.
National Aviation University
 DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-307-2-123-132

Анотація мовою оригіналу

В статті описано сучасні концепції розвитку технології програмно-обумовленого радіо (ПОР). Запропоновано функціональну схему радіостанції програмно-обумовленого радіо з використанням методу передачі інформації з модуляцією на основі мультиплексування з ортогональним частотним розділенням каналів (OFDM). Досліджено умови забезпечення символьної синхронізації OFDM-сигналів. Визначено, що зрив ортогональності OFDM-символів супроводжують такі явища як виникнення міжсимвольних завад та явище міжканальних завад. Методом констеляційних діаграм досліджено вплив помилок викликаних завадами на якість обробки багатопозиційних сигналів. Оцінено вплив завад в каналі з OFDM на фазу сигналів при їх обробці. Отримано математичні моделі сигналів з OFDM за наявності завадових впливів.
Ключові слова: OFDM, завадостійкість, синхронізація, модуляція, SDR.

  Розширена анотація англійською  мовою

The article describes modern concepts for the development of Software-defined Radio (SDR) technology. A functional diagram of a software-defined radio station using the method of transmitting information with modulation based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is proposed. The conditions for ensuring symbol synchronization of OFDM signals are investigated. It is determined that the disruption of the orthogonality of OFDM symbols is accompanied by such phenomena as the occurrence of inter-symbol interference and inter-channel interference. The method of constellation diagrams was used to study the effect of errors caused by interference on the quality of processing of multiposition signals. The effect of interference in a channel from OFDM on the phase of signals during their processing is estimated. Mathematical models of signals with OFDM in the presence of interference effects are obtained. Two types of errors are considered, which are caused by carrier distortion. In particular, the occurrence of phase noise is possible, the cause of which is associated with the instability of the generating equipment of the carrier signals both on the transmitting and on the receiving side. Another factor is carrier offset due to Doppler frequency. The proposed SDR receiver structure is based on the digital IF architecture. This architecture has more flexibility than traditional RF architectures and is not sensitive to DC offset, LO leakage, etc. Moreover, since the I/Q up/down conversion is done digitally in the IF stage, the negative effects caused by I/Q imbalance will be minimized. The SDR consists of a small piece of hardware at the RF input, i.e., an antenna and a high-rate ADC capable of capturing and digitizing broadband radio signals. To increase the communication range in SDR, we use amplifiers in front of two DAC/ADC stages. The receiver has a low-noise amplifier to reduce the quantization noise of the transducer and increase the Signal-to-noise Ratio (SNR). The data is then processed on specialized computational units within the embedded system, enabling important demodulation, synchronization, and decoding techniques to be implemented.
Keywords: OFDM, noise immunity, synchronization, modulation, SDR.

Література

  1. Бойко Ю. М. Оцінка ефективності канального кодування у телекомунікаціях з OFDM [Текст] / Ю. М. Бойко, Д. В. Новіков // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – 2021. – № 5. – С. 150-159.
  2. Бойко Ю. М. Теоретичні аспекти підвищення завадостійкості й ефективності обробки сигналів в радіотехнічних пристроях та засобах телекомунікаційних систем за наявності завад: монографія / Ю. М. Бойко, В. А. Дружинін, С. В. Толюпа. – Київ: Логос, 2018. – 227 с.
  3. Shengli Z. OFDM Basics. OFDM for Underwater Acoustic Communications / Z. Shengli, W. Zhaohui. – USA: Wiley Telecom, 2014. – P.23-38.
  4. Prasad R. OFDM for Wireless Communications Systems / R. Prasad. – London: Artech House, Inc., 2004, P. 292.
  5. Козловський В. В. Синтез складного розімкнутого зв’язку в системі синхронізації при умові мінімізації дисперсії фазової помилки в ході стеження за несучою частотою / В. В. Козловський, О. Л. Туровський // Вісник Хмельницького національного університету. – 2020. – С. 162 -168.
  6. Berkman L. Designing a system to synchronize the input signal in a telecommunication network under the condition for reducing a transitional component of the phase error / L. Berkman, O. Tkachenko, O. Turovsky, V. Fokin, V. Strelnikov //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2021. – Т. 1. – №. 9-109. – С. 66-76.
  7. Boiko J. M. Investigation of signals distortion during interpolation in SDR transmitters with QPSK modulation / J. M. Boiko, I. S. Pyatin, O. I. Еrоmenko, I. R. Parkhomey // Адаптивні системи автоматичного управління. – 2019. – № 1’ (34). – С. 5-15.
  8. Шкурупій C. C. Аналіз методів синхронізації еталонних частотно-часових сигналів військовим користувачам / C.C. Шкурупій, В.М. Пилипенк, О.О. Клімішен, М.І. Кожушко, І.О. Атаманенко //Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України. – 2021. – №. 4 (45). – С. 116-123.
  9. Пятін І. С. Дослідження процедури початкового доступу до мережі зв’язку п’ятого покоління / І. С. Пятін, Д. А. Макаришкін, В. В. Мішан, М. С. Шпірук // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – 2021. – № 5. – С. 141-149.
  10. Бойко Ю. Transmission of control information in 5G broadband telecommunication systems / Ю. Бойко, І. П’ятін, Л. Карпова, I. Пархомей // Адаптивні системи автоматичного управління. – 2021. – Т. 1. – №. 38. – С. 82-95.
  11. Korde M. Synchronization Aspects in 5G / M. Korde // 2020 International Conference on Communication and Signal Processing (ICCSP), 2020, pp. 0474-0478.
  12. Zhurakovskyi B. Coding for information systems security and viability / B. Zhurakovskyi, S. Toliupa, S. Otrokh, V. Kuzminykh, H. Dudarieva, V. Zhurakovskyi, //Iнформаційні технології і безпека. – 2020. – P. 71-84.
  13. Zhurakovskyi B. Increasing the efficiency of information transmission in communication channels / B. Zhurakovskyi, J. Boiko, V. Druzhynin, I. Zeniv, О. Eromenko //Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. – 2020. – Т. 19. – №. 3. – С. 1306-1315.
  14. Туровський О. Л. Особенности и задачи по оценке несущей частоты современных спутниковых систем передачи данных / О. Л. Туровський, С. В. Панадій, Н. О. Ліщиновська //Телекомунікаційні та інформаційні технології. – 2020. – №. 1. – С. 174-187.
  15. Berkman Analyzing the code structures of multidimensional signals for a continuous information transmission channel / L. Berkman, O. Turovsky, L .Kyrpach, O. Varfolomeeva, V. Dmytrenko, O. Pokotylo // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2021 – Т. 5. – №. 9. – С. 70-81.
  16. Narasimhamurthy A. OFDM Systems for Wireless Communications / Narasimhamurthy, M. Banavar, C. Tepedelenliouglu. – USA: Morgan & Claypool, 2010. – P. 78.
  17. Пятін І. С. Дослідження систем зв’язку з сигналами F-OFDM / І. С. Пятін, В. Є. Гавронський, В. І. Лужанський, В. О. Михальчук // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – 2021. – № 5. – С. 170-176.
  18. Туровський О. Л. Оцінка можливостей підвищення ефективності роботи системи синхронізації радіотехнічного пристрою в ході стеженні за несучою частотою / О. Л. Туровський // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2020. – №1. – С. 116 – 122.
  19. Бойко Ю. М. Оцінювання впливу умов інтерполяції і децимації сигналів на енергетику засобів телекомунікацій з фазовою маніпуляцією / Ю. М. Бойко, І. С. Пятін // Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: технічні науки. – 2019. – Т. 30 (69), Ч. 1, № 5. – C. 29-37.
  20. Карпова Л. В. Вплив розміщення однієї та кількох антен на пропускну здатність систем зв’язку C2C / Л. В. Карпова, А. О. Бойко // Вісник Хмельницького національного університету. – 2021. – № 6. – С. 181 – 185.

References

  1. Boiko J.M. Evaluation of channel coding efficiency in OFDM telecommunications / J.M. Boiko, D.V. Novikov // Herald of Khmelnytskyi national university. – 2021. – № 5. – S. 150-159.
  2. Boiko J.M. Teoretychni aspekty pidvyshchennia zavadostiikosti y efektyvnosti obrobky syhnaliv v radiotekhnichnykh prystroiakh ta zasobakh telekomunikatsiinykh system za naiavnosti zavad: monohrafiia / J. M. Boiko, V. A. Druzhynin, S. V. Toliupa. – Kyiv: Lohos, 2018. – 227 s.
  3. Shengli Z. OFDM Basics. OFDM for Underwater Acoustic Communications / Z. Shengli, W. Zhaohui. – USA: Wiley Telecom, 2014. – P.23-38.
  4. Prasad R. OFDM for Wireless Communications Systems / R. Prasad. – London: Artech House, Inc., 2004, P. 292.
  5. Kozlovskyi V. V. Synthesis of a complex interconnected relationship in the synchronization system under the minimization of phase error dispersion during discontinuation / V. V. Kozlovskyi, O. L. Turovskyi // Herald of Khmelnytskyi national university. – 2020. – S. 162 -168.
  6. Berkman L. et al. Designing a system to synchronize the input signal in a telecommunication network under the condition for reducing a transitional component of the phase error // European Journal of Enterprise Technologies. – 2021. – Vol. 1. – №. 9-109. – S. 66-76.
  7. Boiko J. M. Investigation of signals distortion during interpolation in SDR transmitters with QPSK modulation / J. M. Boiko, I. S. Pyatin, O. I. Еrоmenko, I. R. Parkhomey // Adaptivni sistemi avtomatičnogo upravlinnâ. – 2019. – № 1’ (34) – S. 5-15.
  8. Shkurupii S. An analysis of methods synchronization of reference frequency and time signals to military consumers / S. Shkurupii, V. Pylypenk, O. Klimishen, M. Kozhushko, I. Atamanenko //Nauka i tekhnika Povitrianykh Syl Zbroinykh Syl Ukrainy. – 2021. – №. 4 (45). – S. 116-123.
  9. Pyatin I.S. Research of the procedure of initial access to the fifth generation communication network / I. S. Pyatin, D. A. Makaryshkin, V. V. Mishan, M. S. Shpiruk // Herald of Khmelnytskyi national university. – 2021. – № 5. – S. 141-149.
  10. Boiko J. Transmission of control information in 5G broadband telecommunication systems / J. Boiko, I. Piatin, L. Karpova, I. Parkhomei // Adaptivni sistemi avtomatičnogo upravlinnâ. – 2021. – Vol. 1. – №. 38. – S. 82-95.
  11. Korde M. Synchronization Aspects in 5G / M. Korde // 2020 International Conference on Communication and Signal Processing (ICCSP), 2020, pp. 0474-0478.
  12. Zhurakovskyi B. Coding for information systems security and viability / B. Zhurakovskyi, S. Toliupa, S. Otrokh, V. Kuzminykh, H. Dudarieva, V. Zhurakovskyi, // Informatsiini tekhnolohii i bezpeka. – 2020. – P. 71-84.
  13. Zhurakovskyi B. Increasing the efficiency of information transmission in communication channels / B. Zhurakovskyi, J. Boiko, V. Druzhynin, I. Zeniv, О. Eromenko // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. – 2020. – Vol. 19. – №. 3. – P. 1306-1315.
  14. Turovsky O. L. Osobennosti i zadachi po ocenke nesushej chastoty sovremennyh sputnikovyh sistem peredachi dannyh / O. L. Turovsky, S. V. Panadii, N. O. Lishchynovska //Telekomunikatsiini ta informatsiini tekhnolohii. – 2020. – №. 1. – S. 174-187.
  15. Berkman L. Analyzing the code structures of multidimensional signals for a continuous information transmission channel / L. Berkman, O. Turovsky, L. Kyrpach, O. Varfolomeeva, V. Dmytrenko, O. Pokotylo // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2021 – Vol. 5. – №. 9. – S. 70-81.
  16. Narasimhamurthy A. OFDM Systems for Wireless Communications / Narasimhamurthy, M. Banavar, C. Tepedelenliouglu. – USA: Morgan & Claypool, 2010. – P. 78.
  17. Pyatin I.S. Research communication systems with F-OFDM signals / I. S. Pyatin, V. Ye. Havronskyi, V. I. Luzhanskyi, V. O. Mykhalchuk // Herald of Khmelnytskyi national university. – 2021. – № 5. – S. 170-176.
  18. Turovsky O. Evaluation of possibilities to improve work efficiency systems of synchronization of a radio technical device during carrier frequency tracking / O. Turovsky // Measuring and computing devices in technological processes. – 2020. – №1 – S. 116 – 122.
  19. Boiko J.M. Evaluation of the influence interpolation and decimation conditions on the energy gain in means telecommunications with phase shift keying / J.M. Boiko, I.S. Pyatin // Včenì zapiski Tavrìjsʹkogo nacìonalʹnogo unìversitetu ìmenì V. Ì. Vernadsʹkogo. Serìâ Tehnìčnì nauki. – 2019. – Vol. 30 (69), Iss. 1, no. 5. – S. 29-37.
  20. Karpova L. Influence of location of one and multiple antennas on capacity of C2C communication systems / L. Karpova, А. Boiko // Herald of Khmelnytskyi national university. – 2021. – №6. – S. 181 – 185.

Post Author: Горященко Сергій

Translate