Экспериментальная апробация SDR-демонстратора технологии диаграммообразования
DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-27-39
☷
- О ТУСУРе
- Абитуриентам
-
Студентам
- Первокурсникам
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Групповое проектное обучение
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Клубы по интересам
- Спорт в ТУСУРе
- Профком студентов
- Содействие трудоустройству
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Поддержка студенческих семей
- Поддержка участников СВО и их детей
- Многофункциональный центр
- Аспирантам
-
Сотрудникам
- Телефонный справочник
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Генератор рабочих программ
- Генератор ОПОП
- Генератор ИПРП
- Показатели эффективности труда ППС
- Спорт в ТУСУРе
- Профком сотрудников
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Выпускникам
- Партнёрам
Аннотация: Актуальность. Технологии диаграммообразования (управления лучом) являются ключевыми для перспективных стандартов мобильной связи, однако, несмотря на обилие имитационных исследований в этой области, экспериментальная апробация на базе программно-конфигурируемого радио (SDR) сдерживается высокой стоимостью многоканальных решений и сложностью синхронизации, что делает актуальной разработку доступного SDR-демонстратора. Цель исследования. Построение и экспериментальная апробация системы на базе программно-конфигурируемого радио для исследования технологии диаграммообразования. Данный подход требует как наличия дорогостоящих SDR плат с несколькими трактами приема и передачи, так и достаточно высоких компетенций по организации такого эксперимента. Научная новизна. В настоящей работе впервые предлагается способ объединения пары двухканальных плат USRP B210 в демонстратор диаграммообразования с четырехэлементной антенной решеткой посредством отечественных устройств частотно-временной синхронизации Метроном. Методы. Раскрывается программно-аппаратная реализация предлагаемого способа: описывается макет четырехэлементной линейной антенной решетки, формализуются программные модули на основе UHD-драйвера, обеспечивающие необходимую точность частотной и временной синхронизации двух отдельных SDR-устройств для амплитудно-фазовой обработки радиосигналов при диаграммообразовании. Результаты. Приводятся результаты экспериментальной апробации разработанного SDR-демонстратора технологии диаграммообразования при работе на при-ем. В первом приближении показана работоспособность разработанного SDR-демонстратора на примере частного эксперимента по оценке разрешающей способности пространственного разрешения двух источников алгоритмом MUSIC. Теоретическая значимость заключается в научном обосновании возможности объединения нескольких SDR-устройств с требуемой для диаграммообразования частотной и временной синхронизацией. Практическая значимость. Предложен способ экспериментальной апробации алгоритмов диаграммообразования без необходимости приобретения дорогостоящих многоканальных SDR-устройств.
Ключевые слова: диаграммообразование, антенная решётка, 5G, SDR
Сведения о финансировании: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-01263, https://rscf.ru/ project/25-29-01263/.
Библиография статьи:
Шеремет Н. В. Экспериментальная апробация SDR-демонстратора технологии диаграммообразования / Н. В. Шеремет, Г. А. Фокин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2026. – Т. 29, № 1. – С. 27–39. DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-27-39
Авторы и правообладатели:
- Шеремет Н. В. , Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (Санкт-Петербург, Россия)
- Фокин Г. А. , Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (Санкт-Петербург, Россия)
- 1. Singh N. Array antennas for 5G mm wave spectrum: a comparative review / N. Singh, A. Verma, S. Patil // 2024 International Conference on Communication, Computing and Energy Efficient Technologies (I3CEET). – Gautam Buddha Nagar, India: IEEE, 2024. – P. 578–583.
- 2. 3GPP TR 22.261 V15.9.0 (2021-10). Service requirements for the 5G system (Release 15). [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3107 (дата обращения: 04.05.2026).
- 3. Фокин Г.А. Управление самоорганизующимися пакетными радиосетями на основе радиостанций с направленными антеннами: дис. ... канд. техн. наук. – СПб., 2009. – 144 с.
- 4. Бабков В.Ю. Оценка вероятности успешного радиоприема в самоорганизующихся пакетных радиосетях на основе радиостанций с направленными антеннами / В.Ю. Бабков, Г.А. Фокин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. – 2009. – № 4 (82). – С. 77–84.
- 5. Имитационная модель передающего тракта базовой станции 5G / А.К. Мовчан, Е.В. Рогожников, Э.М. Дмитриев, С.А. Новичков, Д.В. Лаконцев // Доклады ТУСУР. – 2020. – Т. 23, № 3. – С. 38–44.
- 6. Расчет ослабления сигнала сетей сотовой связи 5G для частот диапазона FR1 / А.К. Мовчан, Е.В. Рогожников, Э.М. Дмитриев, С.А. Новичков, Д.В. Лаконцев // Доклады ТУСУР. – 2022. – Т. 25, № 1. – С. 17–23.
- 7. A machine learning adaptive beamforming framework for 5G millimeter wave massive MIMO multicellular networks / S. Lavdas, P.K. Gkonis, Z. Zinonos, P. Trakadas, L. Sarakis, K. Papadopoulos // IEEE Access. – 2022. – Vol. 10. – P. 91597–91609.
- 8. Experimental evaluation of a beamforming-capable system using NI USRP software defined radios / C. Codau, B. Rares, T. Palade, A. Pastrav, P. Dolea, R. Simedroni // 2019 18th RoEduNet Conference: Networking in Education and Research (RoEduNet). – Galati, Romania, 2019. – P. 1–6.
- 9. Wachowiak M. Angle of arrival estimation in a multi-antenna software defined radio system: impact of hardware and radio environment / M. Wachowiak, P. Kryszkiewicz // Wireless Networks. – 2022. – Vol. 28. – P. 3537–3548.
- 10. Verdecia-Peña R. Performance evaluation of a proposed two-hop D&F co-operative 5G network using SDR platform / R. Verdecia-Peña, J.I. Alonso // 2022 IEEE 95th Vehicular Technology Conference (VTC2022-Spring). – Helsinki, Finland, 2022. – P. 1–5.
- 11. Izydorczyk T. A USRP-based multi-antenna testbed for reception of multi-site cellular signals / T. Izydorczyk, F.M.L. Tavares, G. Berardinelli, P. Mogensen // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 162723–162734.
- 12. Design of reconfigurable SDR platform for antenna selection aided MIMO communication system / P. Zhang, J. Xu, S. Zhong, H. Feng, L. Huang, T. Yuan // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 169267–169280.
- 13. Implementation of a MIMO channel emulator for over-the-air LTE testing using software defined radio / A. Schwind, P. Berlt, M. Lorenz, C. Schneider, M.A. Hein // 2018 11th German Microwave Conference (GeMiC). – Freiburg, Germany, 2018. – P. 307–310.
- 14. Thameur H.B. SDR Implementation of a Real-Time Testbed for Spectrum Sensing Under MIMO Time-Selective Channels for Cognitive Radio Applications / H.B. Thameur, I. Dayoub // IEEE Sensors Letters. – 2021. – Vol. 5, No. 8. – Art no. 7002704.
- 15. Sub-6 ГГц MIMO channel sounders for railway environments / A. Sabra, M. Berbineau, P. Pajusco, J.E. Amghar, A. Abdelghany, C. Maye // Journées d’études Propagation Radioélectrique 2023. – Rennes, France, 2023. – P. 1–4 [Электронный ресурс]. – URL: https://hal.science/hal-04705606v1 (дата обращения: 20.01.2026).
- 16. SYLOIN: measuring angle of arrival of LoRa signals using software defined radio / Z. Hussein, S. Francois, B. Oumaya, V. Thierry // 2021 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN). – Lloret de Mar, Spain, 2021. – P. 1–8. DOI: 10.1109/IPIN51156.2021.9662518.
- 17. USRP B210 [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/ub210-kit/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 18. Experimental evaluation of AoA algorithms using NI USRP software defined radios / B. Rares, C. Codau, A. Pastrav, T. Palade, H. Hedesiu, B. Balauta // 2018 17th RoEduNet Conference: Networking in Education and Research (RoEduNet). – Cluj-Napoca, Romania, 2018. – P. 1–6. DOI: 10.1109/ROEDUNET.2018.8514133.
- 19. A 4-channel, vector network analyzer microwave imaging prototype based on software defined radio technology / P. Meaney, A. Hartov, S. Bulumulla, T. Raynolds, C. Davis, F. Schoenberger, S. Richter, K. Paulsen // Review of Scientific Instruments. – 2019. – Vol. 90, No. 4. – Art. No. 044708. DOI: 10.1063/1.5083842.
- 20. Вишневский В.М. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной, И.В. Шахнович. – М.: Техносфера, 2005. – 542 с.
- 21. Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design / 4th ed. – Hoboken: Wiley, 2016. – P. 285–318.
- 22. Özyurt S. A hybrid uplink multiple access method based on NOMA and SDMA / S. Özyurt, E.P. Simon, M. Torlak // IEEE Access. – 2023. – Vol. 11. – P. 89265–89276. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3305959.
- 23. Шеремет Н.В. Четырёхэлементная антенная решётка на базе SDR-платформ с наносекундной синхронизацией / Н.В. Шеремет, Г.А. Фокин // Науч.-техн. конф. Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. – СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2025. – № 1 (80). – С. 136–140.
- 24. Metrotek. Сервер точного времени. Метроном-PTP-1U [Электронный ресурс]. – URL: https://metrotek.ru/?p=4209 (дата обращения: 20.01.2026).
- 25. Metrotek. Трансляторы Радиус-50-Т, Метроном-Т [Электронный ресурс]. – URL: https://kbmetrotek.ru/metronom-t/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 26. USRP B200mini [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/usrp-b200mini/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 27. USRP X300 [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/x300-kit/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 28. USRP N320 [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/usrp-n320/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 29. USRP N321 [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/usrp-n320/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 30. USRP X410 [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/usrp-x410/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 31. OctoClock-G CDA-2990 [Электронный ресурс]: Ettus Research. – URL: https://www.ettus.com/all-products/octoclock-g/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 32. UHD Python API [Электронный ресурс]. – URL: https://kb.ettus.com/UHD_Python_API (дата обращения: 20.01.2026).
- 33. MatLab [Электронный ресурс]. – URL: https://www.mathworks.com/products/matlab.html (дата обращения: 20.01.2026).
- 34. Communications Toolbox Support Package for USRP Radio [Электронный ресурс]. – URL: https://www.mathworks.com/help/comm/usrpradio/ug/install-support-package-for-usrp-radio.html (дата обращения: 20.01.2026).
- 35. Synchronization and MIMO capability with USRP devices [Электронный ресурс]. – URL: https://kb.ettus.com/Synchronization_and_MIMO_Capability_with_USRP_Devices (дата обращения: 20.01.2026).
- 36. GNU Radio [Электронный ресурс]. – URL: https://www.gnuradio.org/ (дата обращения: 20.01.2026).
- 37. Gross F.B. Smart antennas for wireless communications with Matlab. – New York: McGraw-Hill, 2005. – 187 p.
- 38. USRP-2932 Specifications [Электронный ресурс]. – URL: https://www.farnell.com/datasheets/3752197.pdf (дата обращения: 20.01.2026).
- 39. Фокин Г.А. Постановка задачи экспериментальной апробации многоантенных систем на основе программно-конфигурируемого радио / Г.А. Фокин, Н.В. Шеремет // Подготовка профессиональных кадров в магистратуре в эпоху цифровой трансформации (ПКМ–2024): сборник лучших докладов V Всерос. науч.-техн. и науч.-метод. конф. магистрантов и их руководителей: в 2 т. – СПб., 2025. – Т. 1. – С. 125–131.
-2026-1_%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%8F.jpg)
Адрес редакции
Подписка на обновления
