CC BY
3
УДК 621.396
Експериментальна оцшка ефективност! побудови багатоканальних приймач!в сигнал!в
за технолошею SDR
нРоманов О. М., Котюбгн В. Ю.
Науко1ю-дос.;идшш шститут MiiiicTopcrua оборони Укра'ши E-mail: rolc-.тШ.иа
Техполопя радюсистем. яш програмпо копфшуруються. у поедпапш з паралельпими обчислеппями дае змогу будувати багатокапальш приймач! сигпал1в. Гпучшсть таких систем дозволяв для кожного 1з приймалышх капал!в побудуватн свш тракт подальше! обробки. копф!гурац1я якого заложить в!д задач, як! повипш бути Bupinieiii. та може включатп: фгльтрацио, демодуляцпо, декодуваш1я тощо. Такпй шдид до побудови багатоканальних приймач!в призводить до збглынеппя шлькост! обчислепь в режим! реального часу. Теоретичие оциповаппя ефективпост побудови таких приймач!в не врахо-вуе багатьох чиппикш, зокрема: обчислювалышх можлгшостей апаратпо! платформи. використаппя метод!в паралелышх обчислепь. метод!в цифрово! обробки та ix програмпо! реал1зацп, оптималыюст! коду тощо. У статт наведено експеримептальпе оцпиоваппя ефективпост! побудови багатоканальних ириймач!в сигпал!в за техполопею радюсистем. як! програмпо копф1гуруються. па копкретшй апара-Tiiifi платформ!. Для збглынеппя обчислювапих можлгшостей апаратпо! платформи цифрова обробка здшсшовалась ресурсами граф!чпого процесора. Спец1альпе програмпе забезпечеппя для досл!джепь розроблялось мовою програмувашш i складалось 1з фупкидопально завершепих модул!в обробки сигпал1в. об'едпапих у лапцюг. як! працювали шд управлшпям едино! серверпо! оболоики. У результат! досл1джеппя отримапо експеримептальш залежпост максимально! шлькост! капал!в в!д параметр!в сформовапих капал!в приймаш1я i залежпост! якост! фгльтрацп капал!в в!д зада1шх параметр!в при програмшй реал!зацп обробки сигпал1в. Отримаш результати дозволяють визпачити кгльшеть капал!в одпочаспого приймаш1я при задапому коефщ1епт1 децимаци з використашшм р!зпих поряд!в фгльтра, а також здшепити оцшку кглькост капал!в приймаш1я 1з задапою яшетю фгльтрацп. При обмежепих обчислювалышх ресурсах шльшеть програмпо реал!зовапих капал!в у багатокапалыюму приймач! е компром1спим значениям. яке заложить в!д апараташх pecypciB обчислювалыю! платформи. обрапого порядку та параметр!в фгльтра при задапому коефщ1епт1 децимацп.
Клюноог слова: багатокапалышй приймач: програмпо визиачеш радюсистеми: експериментальна оцшка ефективпоста: паралельш обчислеппя: порядок цифрового фшьтра: коефщ!епт децимацп
DOI: 10.20535/RADAP.2019.78.19-26
Вступ
Постановка проблеми. Класичш приймач1 си-гнал1в забезиечують одночасно приймання одного каналу одним приймачем. Для сигнал1в. ширина спектру яких значно мошна смуги пропускания приймача. використаппя одиокаиалышх приймач1в с малоефективним. оскшьки значна частииа смуги пропускания приймача при цьому но використову-сться [1].
Застосування технолог^ радюсистем. яш програмпо кошргуруються (SDR), суть яко! поля-гас у визначенш базових параметр1в приймально-передавалыгого пристрою но апаратною кошргура-щяо. а програмним забозпочонням [2]. дас змогу приймати i зд1йсшовати аиалогово-цифрово поро-
творення всього групового сигналу, який потрапляс до широко! смуги пропускания, а подалыну його обробку проводити програмпо. У такому випад-ку одночасно приймаються Bei капали, гцо потра-иляють до смуги приймаиия SDR приймача. Для кожного i3 цих канал1в можливо побудуватн про-грамний тракт подальшо! обробки. кошргуращя якого заложить ввд задач. яш повинш бути Biipi-Hieiii. та можо включатп: фшьтращю. домодулящю. докодування тощо. При цьому обсяг обчислепь. яш слщ зд1йсшовати в рожихн реального часу, зростас пропорщйно кшькосп канал1в. Тод1 наявн1 обчп-слювальн1 рссурси впетупають обмежувалышм фактором нарощування к1лькост1 канал1в одночасного приймання. Ефективним способом нарощування обчислювалышх pecypciB с застосування технолопй
паралолышх обчислонь на ocnoBi багатоядерносп центрального та граф1чних ироцесор1в.
Таким чином, застосування тохнологй' SDR у по-еднанш i3 технолопями паралолышх обчислонь дае змогу будувати багатоканалыи приймач1 сигнатв на замшу одноканалышм.
Авали останн1х дослоджень i публшацш показав, що icuyiOTb як фундамонталыи роботи що-до застосування SDR тохнологй' у цифровШ обробщ сигнатв [3] та використання багатоядорносп центрального [4] i граф1чних [5] ироцесор1в. так i при-кладш роботи гцодо побудови приймач1в сигнатв i3 використанням зазначоних тохнологш [6 10].
При оцшюванш ефективносп застосування технологи! паралолышх обчислонь [11] отриманий виграш дослщжуеться тшьки для вщомих число-вих метод1в [12]. Наприклад. множоння матриць i розв'язання систем лшшних алгобраТчних piBiraiib методом Гауса [13]. моделювання i навчання шту-чних нойронних мерож [14] тогцо. Виграш. отриманий при иобудов1 апаратно-програмних систем i3 застосуваниям тохнологШ SDR та паралолышх обчислонь. но дослщжено. У дояких роботах вказано лише opieiiTOBiii значения [10].
Водночас. ефектившеть побудови багатокана-лышх ириймач1в сигнатв за технолопяо SDR заложить вщ сукупност1 фактор1в: апаратно! пла-тформи SDR. апаратно! платформи. на яшй здШ-сшоються паралелыи обчислення. метод1в цифрово! обробки сигнатв, що застосовуються, алгоритм1в i'x ирограмно! роатзацй', оптималыгосп коду то-що, а також ввд параметр1в сформованих канал1в приймання. Результати ирактичних i тооретичних дослщжонь ix комплексного виливу па ефектившеть побудови коикретиих багатокаиалышх ириймач1в сигнал1в за технолопяо SDR в лиератур1 но виевь тлеш.
Метою статт е оксперимонталыю ощшовання ефективноста побудови багатокаиалышх приймач1в сигнал1в за технолопяо SDR на конкретшй аиара-Tiiifi платформ!.
Результати. висвилеш у статта, дозволяють отримати уявлоиия про реальну кшьшеть канал1в, яка можо бути роал1зована практично у конкретному приймачь
Експеримонталыю i теоретично дослщження ефективноста побудови багатокаиалышх приймач1в сигнал1в за технолопяо SDR. яке охотное Bei етаии обробки сигналу i Bei BapiaiiTii аиаратних платформ, виходить за рамки дослщжень, викладеиих у статть
Виклад основного матер1алу
Ефектившеть приймача сигнал1в оцшимо максимальною кшьшетю канал1в, приймання яких за-бозиечуеться (кшьшетю сигнал1в, яш видшяються).
Теоретично розрахувати максимальну шльшеть приймальних канал1в М, яш можуть бути еформо-Baiii в ириймачь можна в такий cnoci6:
обрати вид BiKOHHOi функцй' w(n), що використо-вуеться для отримання частотно! характеристики фшьтра, дen- номер вщлшу сигналу;
на ociioßi BiKOHHOi функцй' обрати нообхщний порядок фшьтра N:
N = k/Afn, (1)
до к - коефщент для обраного виду вшонно! функцй', Д/„ - нормована ширина перехадно! смуги фшьтра [15]:
обрахувати кшьшеть опоращй для отримання одного вщлшу видшеного сигналу:
обрахувати кшьшеть опоращй для видшення одного сигналу за одиницю часу:
иерорахувати отримане значения в шльшеть ело-монтарних опоращй за одиницю часу:
роздшивши обчислювальну потужшеть процо-сора на шльшеть опоращй за одиницю часу для видшення одного сигналу, отримати приблизну максимальну шльшеть приймальних канал1в.
Слщ зазначити, що теоретично обчислення Ki-лькосп приймалышх канал1в у такий cnoci6 по враховуе багатьох чинншйв, соред яких:
коофщент ефективносп застосування багато-ядорноста центрального процесора:
CTyniiib оптимальноста коду для його виконання на граф1чному процесорк
ефектившеть та яшеть програшкм реал1защ1 обраного алгоритму оброблення:
витрати часу на передачу даних, виконання слу-жбових процедур тощо.
На ocuoBi зазначеного вшце зд1йснимо ексио-рименталыю ощшовання максимально! кшькосп канал1в, приймання яких забезпечуеться.
Умови проведения експерименту. I Пл. час проведения дослщження на SDR приймач1 вста-новлювалася частота дискротизацй' 10 МГц. Отри-Mani Щ-вщлши сигналу передавались через iiiTep-фейс USB 3.0 на олектронно-обчислювальну машину (ЕОМ) з опоращйною системою Windows 7. Оброблення отриманих вщлпйв широкосмугового груиового сигналу зд1йсшовалося програмно ресурсами ЕОМ, побудовано! на 6a3i чотириядерного центрального процесора Intel Core i7-4790K з тактового частотою 4 ГГц i продуктившетю 432 GFrOPS та граф1чного процесора GeForce GT740 i3 2 ГБ пам'ять частотою ядра 933 МГц. 384 ядрами CUDA i продуктившетю обчислонь i3 плаваючою точкою 762.6 GFrOPS. Розрахунки зд1йсшовалися за допо-могою граф1чного процесора. Спещалыю програмно забезпечення (СПЗ) розроблялось у Visual Studio 2010 мовою програмування С // i складалось i3 фун-кщонально завершоних модул1в обробки сигнал1в. об'еднаних у ланцюг. як1 пращовали п1д управл1н-иям едино! серворно! оболонки.
СПЗ
Рис. 1. Структурна схема побудованого багатоканального апаратно-програмного приймача
ГИд час проведения експерименту з групового сигналу видшялися снгналн в1д 1 кГц до 0.5 МГц.
Структурну схему побудованого багатоканального апаратно-програмного приймача. на якому проводилось дослвджоння. представлено на рис. 1.
Було розроблено програмш модуль яш забоз-печувалн управлшня SDR прнймачем i прнймання ввд нього Щ-вщлтв. воображения спектру групового сигналу i конфшурування прнймалышх кана-«шв, видшення сигнатв i3 групового (формування кашипв). ресстращю видшених сигнал1в.
Для формування прнймалышх канал1в з шнро-космугового групового сигналу, гцо приймався SDR прнймачем. програмш моду.ш забезпечували перенесения Щ-в1длшв на нульову частоту i ннзькочасто-тну фшьтращю з децимащяо отрпманпх вщлшв.
Для оцшювання потр1бного порядку фшьтра N при видшенш сигналу i3 групового спектра засто-суемо коефщент децимащ! R, якпй внзначаеться вщношенням R = де fT частота дискрети-
J» г
зацп групового сигналу, /в - частота дискретизацп сигналу, який слад видшити. Виразимо нормовану ширину nepexifliioi' смуги фшьтра через вщношоння ширини перех1дно1 смуги фшьтра Afnx. ДО частоти дискретизацИ групового сигналу /г: A/н
А/п
/в
Ширину перехадно! смути фшьтра покладомо piB-ною Afnx. = 0, 2Д/в, де А/в - смута пропускания фшьтру. Вираз (1) для розрахунку порядку фшьтра набувас такого впгляду:
N =
к
kfT
kRfB
AU Д/п х. 0,2Д/В
= 5kR
Д/в
> 5kR.
3(2) випливас. що порядок фшьтра Jiiiiiiiuo заложить ввд коефщента децимащ! R, тому для отрима-ния залежноста кшькосп канатв одиочасного при-ймання в1д параметр1в видшених канатв з групового спектру спиратимемося на нього. Це дасть змогу застосувати сксперименталыи залежноста. отримаш при фшсовашй частот дискрстизащ!. для обчисле-ння кшькоста канал1в i вибору порядку фшьтра за умови iiimux значень частоти дискрстизащ! та ширини спектра сигналу, якпй слад видшити.
У ход1 дослщження фшьтращя зд1йсшовалася фшьтром ннзькнх частот i3 кшцевою iMnynbcuoio характеристикою з використаиням BiKOiiiioi' функщ1 Кайзера [15] при затуханш в смуз1 загородження А = 50дБ. Для BiKOHHOi функщ1 Кайзера формула (1) з урахуванням (2) приймае вид: N > ^"sra5 R-
Максимальна кшьшсть прнймалышх канал1в. що можуть бути одночасно сформован!, визнача-лась сиостереженням за завантажешстю граф1чного процесора та иереповненнями буфера, що шформу-вав про втрату даних. прийиятих вщ USB контролера.
Результата експерименту. Отриману експе-рнментальну залежшсть максимально! кшькосп приймальних канал1в М в1д коефщента деци-мащ! R у логарифм1чному масштаб! представлено на рис. 2. 3 рисунку видно, що на дшянщ з косфшдентом дсцимащ! 20 100 залежшсть мае ri-пербол1чний характер, а на дшянщ 100 10000 прямоиропорщйний. який описусться функщею [16]:
(2)
М (R) = aR + Ъ,
(3)
а
деа- коефщент иропорцшносп, який визначае сту-niHb нахилу прямих до oci абсцис, b - коефщент, що визначае зсув прямих по oci ординат.
Отримаш експерименталыго залежносп апро-кснмовано методом наймонших квадратав (МНК) [12]. Зидно з МНК задача зводиться до пошуку коефщеппв а та Ъ в ( ) у результат! розв'язання снстемн р1внянь:
L L
bL + а ^ Ri = ^ Mi
i=i i=i L L L
b ^ Rt + а ^ R2i = ^ MiRi,
i=i
(4)
¿=i
¿=i
де L - шльшеть експериментальних виб1рок.
Знайдеш в результат! розв'язання систоми piB-нянь (4) значения коофщенту пропорцшноста фун-кцп ( ) становить: а = 6,1 - для N = 61...1001 i а = 0, 8 - для N = 1001...3901. Апроксимовану вщ-повщно до МНК залежшеть максимально! кшькосп канатв вщ коофщента децимацп в д1аиазош ввд 100 до 10 000 представлено на рис. 3.
Сородня похибка аироксимацп, розрахована за
формулою А =
Mi -Мi
Mi
100%, не иеревищуе
15%, що евщчить про вдало щддбрану функщю (3).
Змша апаратно! платформи ЕОМ та змша па-раметр1в фшьтра (коефщент к) виливають на змшу коефщеппв а\ Ъ та, вщповщно, змшу коефщента пропорцшносп 1 змщоння отриманих залежностей по оси ординат.
1з рис. 2, 3 випливае, що досягти збшыпоння кшькосп приймалышх канатв можна:
збшыпенням коофщента децимацп'. Це обумов-лено змоншонням кшькосп вщл1шв, над якими здш-сшоються обчислення, 1, вщповщно, змоншонням кшькосп обчислонь при збшыненш коефщента децимацп'. У зв'язку з тпм, що ширина спектра гру-пового сигналу 1 смуги приймалышх канал1в с ви-хщними даними, можливоста впливу на коефщяга децимацп' для збшыпоння кшькосп прнймалышх канал1в немая
змеишоииям порядку фшьтра. Це обумовлено змоишеииям обчислонь на один вщлш при змен-шенш порядку фшьтра. 3 шшого боку, вщ выбору порядку фшьтра безпосоредньо заложить яшеть фшьтрацп (розультати експориментального досль джения наведено дал1). Тому виб1р порядку фшьтра потребуй комщхлпеного налаштування.
ОI цн ю нам ни якост фшьтращ'ь Достатшсть обраного порядку фшьтра для забозпечоння яш-сно1 фшьтрацп при заданому коефщят децимацп' ощнимо вщношенням задано! смуги фшьтрацп до отримано!. Отриману оксперимонтально залежшеть вщношоння задано! смуги фшьтрацп до отримано!', виражену у вщеотках, вщ коефщента децимацп' при р1зних порядках фшьтра представлено на рис. 4.
Представлен! на рис. 4 отримаш залежносп шд-тверджують TOopoTiiniii даш: i3 збшьшенням коофь щента децимацп для забозпечоння яшено! фшьтрацп порядок фшьтра слщ збшыпувати.
Графши, подаш на рис. 2 4, можуть бути ви-користан1 для оцпиовання максимально! шлькосп приймалышх канал1в, сформованих одиочасно, при pi3iinx коефщягаах децимацп та необхщшй якост фшьтрацп. Так, наприклад, i3 рис. 4 видно, що для фшьтрацп сигналу з косфшдентом децимацп 1000 та яшетю фшьтрацп не ripm, шж 80%, слщ використо-вувати фшьтри i3 порядком 900 1000. Даль з рис. 3 видно, що максимальна шльшеть приймалышх ка-нал1в для коофщента децимацп 1000 при порядках фшьтра 900 1000 становить 3.
Анал1з отриманих даних. Пор1вшоючи гра-ф1ки, представлен! на рис. 3 i 4, иероконуемося, що при фшеованому коеф1щент1 децимацп для до-сягиония як1сно! фшьтрацй' порядок фшьтра слщ збшьшуватн, що прнзведо до зменшення кшькост1 прнймалышх канал1в. I навпаки для збшьшення кшькоста приймалышх каиал1в слщ змеишувати порядок фшьтра, що призведе до попршення яко-CTi фшьтрацп. Для вибору компром1сного значения порядку фшьтра можуть застосовуватися в1дом1 ме-тоди опттпзацп.
Висновки
У результат! дослщжения отримано окспери-ментальну ощнку офектпвност1 побудови багатока-налышх ириймач1в сигнал1в за технолоияо SDR при проведоии1 паралелышх обчислонь иад вщл1ка-ми сигналу ресурсами граф1чного ироцесора EO^I. Ефектившсть ощшовалася максимальною кшькь стю канал1в, ириймання яких забезпочувалося.
Визначення залежносп кшькост1 каиал1в одно-часиого приймання при ф1ксоваи1й частот! дис-кретизацп групового сигналу вщносно коеф1щя1-та децимацп дало змогу використовувати отримаш сксперименталыи заложиост1 при iiimnx значениях частоти дискретизацп.
Показано, що максимальна шльшеть канал1в багатоканального приймача сигнал1в проиорщйна кооф1щя1ту децимацп. При обрашй anapaTiiifi платформ! значения коефщягаа проиорщйност1 становить 6,1 для фшьтр1в ввд 61 до 1001 порядку i 0,8 для ф1льтр1в ввд 1001 до 3901 порядку.
Достатшсть обраного порядку фшьтра при заданому коефщят децнмацп ощноно в1дношенням задано! до отримано! смуг пропускания. Отрпман1 оксперимонтально заложност1 зб1гаються i3 теороти-чними даними.
При проектуванш та розробщ SDR приймача для отримання бажано! кшькост1 прнймалышх ка-нал1в при задан1й смуз1 приймання нообхщно перод-бачити достатшй запас обчпелювалышх pecypciB, який можо бути визначений за допомогою результа-
Рис. 2. Отримана експерименталыго заложшсть максимально! кшькосп канатв ввд коофщснта доцимацп
при pÍ3imx порядках фшьтр1в
Рис. 3. Апроксимоваиа заложшсть максимально! кшькосп приймалышх канатв в1д коефщснта доцимацп
при pÍ3inix порядках фшьтра
10 20 30 40 50 100 1000 10000
Рис. 4. Ексисрименталыго отримана залежшсть якосп фшьтрацп' вщ коефщснта децимацп' при ргашх
порядках фшьтра
tíb. викладених у щй статть Також атд врахувати потребу у додаткових обчислювалышх ресурсах при необхвдносп подальшси обробки видшсних канатв: демодуляцп', декодуванш тощо.
При обмежених обчислювалышх ресурсах кшь-kíctb програмио роатзованих канатв у багатока-иальному приймачь побудованому за технолопяо SDR. с KOMnpoMiciniM значениям, яке заложить ввд апаратних росу рейв EÜM, обраного порядку та па-раметр1в фшьтра при задаиому коефщят децима-
Перелж посилань
1. Романов О. М. Застосувашш SDR техиологй для moiií-ториш'у суиутиикових Kaiia.;iÍB зв:язку / О.М. Романов, Р.Л. Ставкжж // Пробломи створошш, розвитку та застосувашш високотехиолоИчиих систем сиещалышго иризиачешш з урахувашшм доевщу антиторористи-Ч1Ю1 оиорацп. "2016. - Житомир: ЖВ1. С. 73 74.
2. Силин Л. Технология Software Defined Radio. Теория, нринцины и примеры аппаратных платформ / Л. Силин // Беспроводные технологии. 2007. № 7. С. 22 27.
3. Software-Defined Radio for Engineers [Електрошшй ресурс] / Т. F. Collins, R. Cetz, D. Pu, Л. M. Wyglinski. Norwood : Artech House, 2018. 352 p.
4. Richter .1. CLR via Or j -JoUrey Richter, Fourth edition.
Redmond : Microsoft Press, 2012. 862 p.
5. Grogorv K. С++ AMP : Accelerated Massive Parallelism with Microsoft Visual С++ / K. Gregory, A. Miller. Sebastopol : O'Roillv Media, 2012. 326 p.
6. Вудко 11. A. SDR-техиологии и новые принципы приема сообщении в симплексных радиолиниях / 11.Л. Вудко, С.Е. Жолдасов, Г.Л. Жуков, Н.11. Вудко // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. 2013. № 1. С. 34 38.
7. Николашин Ю. Л. SDR радиоустройства и когнитивная радиосвязь в декаметровом диапазоне частот [Електрошшй ресурс] / ЮЛ. Николашин, И.А. Кулешов, П.А. Вудко та in. // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. 2015. № 1. С. 20 31.
8. Романов О. М. Персиективи розвитку :ш:обш мошто-puiiry суиутиикових мереж зв:язку / О.М. Романов, Д.Ю. Бурлак, Д.В. Коросташов // Пробломи коорди-uaui'i Boeuuo-Toxuiuuoi та обороиио-иромислово! uojii-тики. Персиективи розвитку озброеиия та BiflcbKOBOi техшки, Kuib, 12 13 жовт. 2016 р. К. : ЦНД1 OBT ЗС Укра'ши, 2016. С. 299 301.
9. Романов О. М. Шдходи до створошш багатокаиалышх аиаратио-ирограмиих 3aco6iB обробки сигиашв / О.М. Романов, Д.Ю. Бурлак, Д.В. Коросташов // Сшль-ui дй' BiflcbKOBUx формуваиь i иравоохороииих оргашв доржави: ироблеми та иорсиоктиви. Одеса : BiflcbKO-ва акадом1я, 2017. С. 125 127.
10. Павлюк В. В. Шдходи до иобудови багатокаиаль-иих ирограмиовизиачеиих комилеков радкжоитролю телеко-мушкащшшх мереж / В.В. Павлюк // Системи обробки ¡иформаий. 2018. № 2(153). С. 144 151.
11. Погорелый С. Д. Анализ методов повышения производительности компьютеров с использованием графических процессоров и ирограммио-аииаратиой платформы CUDA / С.Д. Погорелый, Ю.В. Бойко, М.И. Трибрат, Д.Б. Ррязиов // Математичш машиии i системи. 2010. № 1. С. 40 54.
12. Hamming R. W. Numerical methods for scientists and engineers / R. W. Hamming. New York : Dover Publications, 1973. 721 p.
13. Вуза M. К. Анализ эффективности иараллельиых технологий / М. К. Буза // Штучиий штелект. 2015. № 1 2. С. 71 78.
14. Симонов В. В. Оценка эффективности иараллельиых алгоритмов для моделирования многослойного иер-сеитроиа [Електрошшй ресурс] / В. В. Симонов // Доклады Томского государственного университета систем уиравлеиия и радиоэлектроники. 2010. № 1 (21), часть 2. С. 166 171.
15. lfoachor Е. С. Digital Signal Processing : a practical approach / E. C. lfoachor. B. W. J or vis, '2-d edition.
Now York : Addison-Wesley Publishing Company, 1993. 760 p.
16. Кори Г. Справочник no математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. Москва : Наука, 1974. 832 с.
References
[1] Romanov O. M. and Stavisyuk R. L. (2016) Zastosuvannya tekhnolohiy SDR diva 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.
[2] Silin A. (2007) Tekhnologiya Software Delined Radio. Teoriya, printsipy i primery apparatnykh platform [Software Delined Radio Technology: Theory, Principles and Examples of Hardware Platforms], Besprovodnye tekhnologii, no 7., pp. "22 27.
[3] Collins T. F., Cetz R„ Pu D. and Wyglinski A.M. (2018) Software-Defined Radio for Engineers. Artech House, Norwood, 352 p.
[4] Richter .1. (2010) CLR via Cf: 3-d edition. Microsoft Press, Redmond, 873 p.
[5] Gregory K. and Miller A. (2012) C+ + AMP: Accelerated Massive Parallelism with Microsoft Visual C++. O'Reilly Media, 326 p.
[6] 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]. N aukoemkie tehnologii v kosmicheskih issledovaniyah zemli, No 1, pp. 34 38.
[7] Nikolashin Yu. L., Kuleshov 1. 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. N aukoemkie tehnologii v kosmicheskih issledovaniyah zemli, No 1, pp. 20 31.
[8] 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.
[9] 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.
[10] Pavliuk V. V. (2018) Pidkhody do pobudovy bahatokanalnykh prohramnovyznachenykh kompleksiv radiokontroliu telekomunikatsiinykh merezh [Approaches to the construction of multi-channel software delined radio control system for the telecommunication networks]. Systemy obrobky informatsii, No 2(153), pp. 144 151. DOl: 10.30748/soi.2018.153.18
[11] Pogorely S. D., Boyko Yu. V'., Tribrat M. 1. 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.
[12] Hamming R. (1973) Numerical methods for scientists and engineers: 2-d edition. Dover Publications, New York, 721 p.
[13] Buza M. K. (2015) Analysis of the elfectiveness of parallel technologies. Shtuchnyi intelekt. No 1 2, pp. 71 78.
[14] 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.
[15] lfoachor E. C. and .lervis B. W. (1993) Digital Signal Processing: a practical approach, 2-d edition. Addison-Wesley, 760 p.
[16] Korn G. and Korn T. (1974) Spravochnik po malemati-ke dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov [Mathematical handbook for scientists and engineers]. Nauka, Moscow, 832 p.
Экспериментальная оценка эффективности построения многоканальных приемников сигналов по технологии SDR
Романов А. Н., Котюбин В.Ю.
Технология программно обусловленного радио в сочетании с параллельными вычислениями позволяет строить многоканальные приемники сигналов. Теоретическая оценка эффективности построения таких прием-пиков по учитывает ряда факторов. В статье приведены экспериментально полученные зависимости максимального количества каналов от параметров сформированных каналов приема при программной реализации обработки сигналов. Также приведены зависимости качества выделения каналов от заданных параметров.
Ключевые слова: multichannel receiver: software defined radio: experimental evaluation of efficiency: parallel calculations: digital filter order: decimation coefficient
Experimental Evaluation of Multiple Channel SDR Signal Receivers Effectiveness
Romanov О. M., Kotiubin V. Yu.
Introduction. The SDR technology makes it possible to build multichannel signal receivers for replacing singlechannel 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 decimati-
on 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.
Key words: multichannel receiver; software defined radio; experimental evaluation of efficiency; parallel calculations; digital filter order; decimation coefficient
