Решения для имитации радиоинтерфейсов с помощью NI USRP 292x

Решения для имитации радиоинтерфейсов с помощью NI USRP 292x

Отрасли, категории, применение: ВЧ и телекоммуникации

Краткое описание:

Использование трансивера NI USRP в качестве базового инструмента для генерации сигналов позволило провести ряд успешных экспериментов по созданию точных копий группового сигнала орбитальной группировки GPS и эмулятора сигналов базовой станции стандарта GSM.

Организация

ООО «РИКОМ», г. Москва

Описание решения

Постановка задачи

Благодаря развитию элементной базы, идеология программируемого радио (англ. software define radio - SDR) за последние несколько лет получила широкое развитие не только среди радиолюбителей-энтузиастов, но и нашла применение при разработке различных прикладных систем.

До недавнего времени, основным фактором, сдерживающим применение технологии в промышленности, была доступность аппаратной базы, а именно готовых инструментов в виде векторных генераторов и приемников сигналов. С появлением на рынке линейки трансиверов National Instruments серии USRP, путь от идеи и алгоритма до практической реализации значительно сократился. National Instruments предложила комплексное решение: SDR трансивер и программные библиотеки, которые можно с одинаковой эффективностью использовать как при программировании как на C++, так и на LabView.

Использование трансивера NI USRP в качестве базового инструмента для генерации сигналов позволило провести ряд успешных экспериментов по созданию точных копий группового сигнала орбитальной группировки GPS и эмулятора сигналов базовой станции стандарта GSM.

Необходимо отметить, что NI USRP позволяет осуществлять синтез сигналов в программном виде в среде LabView или С++, с возможностью для последующей реализации кода на встроенной ПЛИС, что значительно упрощает процесс разработки.

Решение

3.1 Имитатор сигнала GPS.

Задача создания группового навигационного сигнала GPS L1 (далее GPS) предполагала формирование радиосигнала модулированного навигационной информацией с нескольких псевдоспутников GPS идентичных реальному GPS сигналу настолько, чтобы стандартный навигационный приемник определял заданную при синтезе сигнала координату с точностью не хуже общесистемной.

Первоначально была решена задача обратная навигационной, т.е. по известной координате приемника необходимо было рассчитать местоположение псевдоспутников орбитальной группировки. После этого было воспроизведено расхождение показаний часов псевдоспутников эквивалентное их удаленности от имитируемой точки. Синтез навигационной информации был осуществлен на основе модифицированного суперкадра GPS, полученного с опорного GPS приемника, а формирование радиосигнала сигнала было реализовано с помощью NI USRP.

Необходимые требования по частотной стабильности радиосигнала были выполнены за счет использования внешнего генератора опорной частоты.

В результате был получен радиосигнал с фазоразностной модуляцией, по которому навигационный приемник, так же как и по реальному GPS сигналу, может поканально измерить показания часов псевоспутников, оценить доплеровский сдвиг частоты и выделить навигационную информацию.

3.2 Эмулятор базовой станции GSM.

Задача создания эмулятора базовой станции GSM состояла в том, чтобы зарегистрировать обычный мобильный терминал стандарта GSM (далее MS), который находится в состоянии "свободен" (idle), на эмуляторе базовой станции (далее BTS) и открыть для него канал передачи трафика, аналогичный каналу реальной BTS системы GSM. Поставленная задача решалась с помощью формирования сигналов, идентичных сигналам downlink канала реальной базовой станции, с уровнем сигнала заведомо большим, чем у окружающих BTS. При этом эмулятор формирует в downlink канале логический канал управления с широковещательной информацией (BCCH), который идентичен каналу, передаваемому с реальной базовой станции GSM.

Приняв такой сигнал, MS посылает по каналу СССН на эмулятор BTS запрос на предоставление канала. Эмулятор BTS, с помощью трансивера NI USRP принимает запрос и осуществляет процедуру установления соединения с MS с эмуляцией DCCH канала и выдачей MS идентификатора TMSI. На этом процедура установления соединения по физическому каналу завершается и MS настраивается на логический канал передачи трафика с BTS (ТСН).

Используемое оборудование и программное обеспечение

При разработке обоих решений применялся трансивер программируемого радио NI USRP 2920. Проект эмулятора BTS основан на open-source продукте OpenBTS.

Внедрение и его перспективы

Основным направлением внедрения выполненных решений является создание испытательного стенда для проверки и настройки GPS\GSM трекеров. Такое решение позволит существенно упростить процесс тестирования трекеров, поскольку не требует использования реального канал GSM и позволяет работать с сигналом GPS внутри помещения.

Дальнейшее применение NI USRP планируется для создания сигналов радиоинтерефейсов downlink канала базовой станции UMTS и сигнала базовой станции стандарта LTE. Зарубежный опыт создания таких сигналов позволяет надеяться на получение положительных результатов. Так известным программистом Фабрисом Белларом (Fabrice Bellard) на базе оборудования аналогичного NI USRP создана базовая станция поддерживающая стандарт LTE Release 8 с полнодуплексным FDD, на полосе от 1,4 МГц до 20 МГц [2].

Список литературы

1.   А. А. Поваляев, Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат, М.: Радиотехника, 2008.
2.   http://habrahabr.ru- "Базовая станция 4G LTE на обычном ПК".

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика