Using of Residual Number System as a Mathematical Basis for Software Defined Radio

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorPolikarovskykh, A. I.
dc.contributor.authorKovtun, L. O.
dc.contributor.authorKarpova, L. V.
dc.contributor.authorGula, I. V.
dc.contributor.authorMelnychuk, V. M.
dc.date.accessioned2019-12-16T10:07:20Z
dc.date.available2019-12-16T10:07:20Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractenIntroduction. In the classic view, program-defined radio system (Software Defined Radio, SDR) is a central processor, equipped with receiving and transmitting units. In order to speed up computational operations in SDR systems it is proposed to use the system of residual classes as a mathematical basis. The results of research conducted by various groups of scientists in order to find ways to improve the performance of computing tools, methods of organizing an effective system for detecting and correcting errors, as well as building reliable computer systems, make it possible to assert that, within the limits of positional number systems, no fundamental changes can be expected in these areas without a significant increase in operating frequencies and hardware complications. The advantage of this method is that a software radio system can consist of several FPGAs and serve several independent radio channels, and reprogramming the properties allows you to change the number and components of message processors depending on current operating conditions. Research method. The equations in this section show the parallel nature of the RNS, free from bit transfers. These operations are called modular, because for it takes only one clock cycle to process the numerical values. To convert numbers from the binary position number system to RNS we use an algorithm based on the application of a distributed arithmetic. However, operations such as division, comparison of two numbers, and the detection of a sign are laborious and expensive in RNS Several decisions were proposed for these problem operations. They consist in the absence of the process of converting a residue into a binary system (reverse transformation) by using digital-to-analog converters in RNS. On the other hand, choosing the right set of modules is another important issue for building an effective RNS with a sufficient dynamic range. Results and analysis. Summing up some results, it can be noted that the system of residual classes allows to significantly improve the parameters of a computer in SDR especially in functional block a Direct Digital Synthesizers (DDS) in comparison with a computer built on the same physical and technological basis, but in a positional system calculation, and also to receive new more progressive constructive and structural solutions. The experimental results shows that the presented techniques offer interesting advantages for FIR filters characterized by high dynamic range and high number of taps especially when full custom multipliers are not available in the target FPGA architecture or when they must to be used for different purposes. Conclusion. Thus, the proposed system introduces clear advantages over existing systems and shows performance advantages and can be used to build modern communication systems. The proposed architecture reduces the size of the pipeline adders and multipliers which is a very important factor in the design SDR for fast work.uk
dc.description.abstractruВ статье рассмотрены принципы построения и функционирования систем, определенных программным обеспечением (Software Defned Radio, SDR). С целью ускорения вычислительных операций в системах SDR предлагается применение системы остаточных классов в качестве математической основы построения систем. Преимуществом приведенного метода является то, что программная радиосистема может состоять из нескольких ПЛИС и обслуживать несколько независимых радиоканалов, а перепрограммирование свойств позволяет изменять число и составляющие процессоры сообщений в зависимости от текущих условий роботы. Приведены проблемы формирования выходного сигнала. Описаны особенности внедрения операций прямого и обратного преобразований с позиционных на непозиционые системы исчисления. Рассмотрена структурная модель SDR с прямыми цифровыми синтезаторами частоты, ЦАП, АЦП, цифровыми фильтрами в системе остаточных классов. Рассмотрены методы преобразования системы остаточных класов в аналоговый сигнал. Рассматриваются проблемы эффективного использования площади кристалла для SDR и уменьшения задержек в формировании выходного сигнала. Полученные результаты показывают широкие возможности применения программно определенной радиосистемы в системе остаточных классов.uk
dc.description.abstractukВступ. У традицiйному виглядi, програмно-визначена радiосистема (Software Defined Radio, SDR) являє собою обчислювальне ядро, обладнане приймально-передавальними блоками. З метою прискорення обчислювальних операцiй у системах SDR, пропонується у якостi математичної основи застосування системи залишкових класiв. Результати попереднiх дослiджень, що проводились рiзними групами вчених з метою пошукiв шляхiв пiдвищення продуктивностi обчислювальних засобiв, методiв органiзацiї ефективної системи виявлення та виправлення помилок, а також побудови надiйних обчислювальних комплексiв, дають можливiсть стверджувати, що в межах позицiйних систем числення не можна очiкувати принципових зрушень в даних напрямках без суттєвого збiльшення робочих частот i ускладнення апаратної частини. Перевагою пропонованого методу є те, що програмна радiосистема може складатися з декiлькох ПЛIС i обслуговувати декiлька незалежних радiоканалiв, а перепрограмування властивостей дозволяє змiнювати число i складовi процесу обробки повiдомлень в залежностi вiд поточних умов роботи. Метод дослiдження. В роздiлi проаналiзовано паралельнiсть арифметичнi операцiї у системi залишкових класiв. Цi операцiї називаються модульними, оскiльки для обробки числових значень використовують невеликi залишки дiлення на певний набiр модулiв, а для додавання i множення потрiбно лише один тактовий цикл роботи обчислювальної системи. Для перетворення чисел iз двiйкової системи у RNS використовується алгоритм, заснований на застосуваннi китайської теореми про залишки. Проте такi операцiї, як подiл, порiвняння двох чисел i виявлення знака, є складними i ресурсо-затратними в RNS. Для цих проблемних операцiй було запропоновано кiлька рiшень. Вони полягають у вiдсутностi процесу перетвореннi залишку в бiнарну систему (зворотне перетворення) шляхом застосування цифро-аналогових перетворювачiв у RNS. З iншого боку, вибiр правильного набору модулiв є ще одним важливим питанням для побудови ефективного RNS з достатнiм динамiчним дiапазоном. Результати та аналiз. Пiдводячи пiдсумки деяких результатiв, можна зазначити, що система класiв залишкiв дозволяє значно полiпшити параметри обчислювача у SDR, а особливо у функцiональному блоковi Direct Digital Synthesizers (DDS) у порiвняннi з обчислювачем, побудованим на тiй же фiзичнiй i технологiчнiй основi, але в позицiйнiй обчислювальнiй системi, а також отримання нових бiльш прогресивних конструктивних i структурних рiшень. Експериментальнi результати показують, що представленi методи дають значнi переваги для цифрових фiльтрiв у SDR, якi характеризуються високим динамiчним дiапазоном i мають велику кiлькiстю ланок, особливо коли повнi перемножувачi не доступнi у цiльовiй архiтектурi FPGA, або коли цi перемножувачi повиннi використовуватися для рiзних цiлей. Висновки. Таким чином, запропонована система вносить явнi переваги перед iснуючими системами i показує переваги продуктивностi обчислювальних операцiй i може бути використана для побудови сучасних систем зв’язку. Запропонована архiтектура зменшує розмiри конвеєру суматорiв i перемножувачiв, що є дуже важливим фактором при розробцi високошвидкiсних SDR.uk
dc.format.pagerangeС. 21–28uk
dc.identifier.citationUsing of Residual Number System as a Mathematical Basis for Software Defined Radio / A. I. Polikarovskykh, L. O. Kovtun, L. V. Karpova, I. V. Gula, V. M. Melnychuk // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2019. – Вип. 76. – С. 21–28. – Бібліогр.: 10 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2019.76.21-28
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/30389
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування: збірник наукових праць, Вип. 76uk
dc.subjectADCuk
dc.subjectDACuk
dc.subjectDDSuk
dc.subjectQRNSuk
dc.subjectRNSuk
dc.subjectSDRuk
dc.subjectАЦПuk
dc.subjectЦАПuk
dc.subjectпрямi цифровi синтезаториuk
dc.subjectсистема залишкових класiвuk
dc.subjectпрограмно визначенi радiосистемиuk
dc.subjectАЦПuk
dc.subjectЦАПuk
dc.subjectпрямые цифровые синтезаторыuk
dc.subjectсистема остаточных класовuk
dc.subjectпрограмно определяемые радиосистемыuk
dc.subject.udc621.39uk
dc.titleUsing of Residual Number System as a Mathematical Basis for Software Defined Radiouk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPIRR2019_76_3Polikarovskykh.pdf
Розмір:
517.01 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 76