ISSN: 2306-2819
Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»
Алгоритм CORDIC в методе прямого цифрового синтеза LFMCW-сигнала ионозонда диапазона 2–30 МГц
PDF
Опубликована: 2022-11-09
Выпуск
№ 2(54) (2022): Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»
Раздел
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И РАДИОТЕХНИКА
  • Д. В. Иванов Поволжский государственный технологический университет; Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
  • В. А. Иванов Поволжский государственный технологический университет; Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
  • Н. В. Рябова Поволжский государственный технологический университет; Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
  • В. В. Овчинников Поволжский государственный технологический университет; Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
  • О. В. Михадарова Поволжский государственный технологический университет; Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Аннотация

Аннотация. В работе исследуются возможности алгоритма CORDIC для цифрового синтеза сложных LFMCW зондирующих радиосигналов в диапазоне 2 – 30 МГц. Представлен развитый алгоритм DDS изменяющейся фазы зондирующего LFMCW-сигнала и её функционального преобразования. Для решения задачи реализации устройства SDR ионозонда на ПЛИС проведены исследования по реализации алгоритма синтеза зондирующего LFMCW-сигнала, направленного на уменьшение объёма (сжатие) таблицы и повышения уровня SFDR. Проведено цифровое моделирование синтеза гармонического радиосигнала и сложного зондирующего радиосигнала на основе итерационного алгоритма CORDIC. Исследована возможность использования развитых алгоритмов синтеза сложных зондирующих сигналов типа LFMCW, LFMICW на разных рабочих частотах из диапазона 2 – 30 МГц в физической модели макета будущего компактного устройства. Представлены результаты вычисления отсчётов составляющей сложного зондирующего LFMCW-сигнала для синфазного канала с использованием алгоритма CORDIC при разном количестве итераций алгоритма. В численных экспериментах установлено, что при числе итераций алгоритма более 7 внеполосный уровень излучения в спектре сложного зондирующего LFMCW-сигнала не превышает величины SFDR > 20 дБ.

Ключевые слова: ионозонд; метод прямого цифрового синтеза; алгоритм CORDIC; SDR

Литература

1. Software-Defined Radio Ionosonde for Diagnostics of Wideband HF Channels with the Use of USRP Platform / Belgibaev R.R., V.A. Ivanov, D.V. Ivanov et al. // 2019 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). Saint-Petersburg, Russia, 2019. P. 1–4.
2. Universal ionosonde for diagnostics of ionospheric HF radio channels and its application in estimation of channel availability / D.V. Ivanov, V.A. Ivanov, N.V. Ryabova et al. // 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). 2018. Pp. 1-5. DOI: 10.1049/cp.2018.0473.
3. Enabling Virtual Radio Functions on Soft-ware Defined Radio for Future Wireless Networks / W. Liu, J.F. Santos, J.v. de Belt et al. // Wireless Pers Commun. 2020. Vol. 113. Pp. 1579–1595. DOI: 10.1007/s11277-020-07245-x
4. Processing Multicarrier Phase Coded Signals with OFDM on the USRP Platform for NVIS Sounding of HF Radio Channels / N. V. Ryabova, D. V. Ivanov, V. A. Ivanov et al. // 2020 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO), 2020, pp. 1-6, DOI: 10.1109/SYNCHROINFO49631.2020.9166059.
5. Иванов Д. В., Иванов В.А., Чернов А. А. Теоретические основы метода прямого цифрового синтеза радиосигналов для цифровых систем связи // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2012. № 1 (15). С. 3–34.
6. Prakash B., Hariharan K. and Vaithiyanathan V. An Optimized Direct Digital Frequency Synthesizer (DDFS) // Contemporary Engineering Sciences. 2014. Vol. 7, No. 9. Pp. 427 – 433.
7. Vankka J. Digital Synthesizers and Transmitters for Software Radio. Springer, 2005. 359 p.
8. Heo J., Jung Y., Lee S., Jung Y. FPGA Implementation of an Efficient FFT Processor for FMCW Radar Signal Processing // Sensors. 2021. Vol. 21. 6443. Pp. 1-16. https://doi.org/10.3390/s21196443
9. Табличные, интерполяционные и итерационные функциональные преобразователи в методе прямого цифрового синтеза частот / Д. В. Иванов, В. А. Иванов, О. В. Михадарова и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2017. № 3 (35). С. 29–46. DOI: 10.15350/2306-2819.2017.3.29
10. Torres Omar A. Design and implementation of a CORDIC rotator and software integration for low-power exponent computation // The University of Texas Digital Repository (UTDR). 2013. Available at: http://hdl.handle.net/2152/24052.
11. Bellaouar A., Obrecht M., Fahim A. and Elmasry M.I. A low-power direct digital frequency synthesizer architecture for wireless communications // Proceeding of IEEE Custom Integrated circuits. 1999. Pp. 593-596. DOI: 10.1109/CICC.1999.777351
12. Design and Analysis of Low Power and High SFDR Direct Digital Frequency Synthesizer / J.-M. Choi et al. // in IEEE Access. 2020. Vol. 8. Pp. 67581-67590. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2986016.
13. Kui-Ting Chen, Ke Fan, Xiaojun Han, and Takaaki Baba. A CORDIC Algorithm with Improved Rotation Strategy for Embedded Applications // Journal of Industrial and Intelligent Information. December 2015. Vol. 3, No. 4. Pp. 274-279. doi: 10.12720/jiii.3.4.274–279.
14. Михадарова О.В. Перспективы использования алгоритма CORDIC для синтеза радиосигналов // Труды Поволжского государственного технологического университета. Серия Технологическая. 2016. Вып. 4. С. 81–88.
15. Дайнеко Д. Реализация CORDIC-алгоритма на ПЛИС // КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ. 2011. № 12. C. 36-46
16. Volder J. The CORDIC Trigonometric Computing Technique // IRE Transactions on Electronic Computing. Sept 1959. Vol EC-8. Pp. 330–334.
17. Kavya Sharat, Dr. B.V. Uma, Sagar D.M. Calculation of Sine and Cosine of an Angle using the CORDIC Algorithm // International Journal of Innovatite Technology and Research (IJITR). February –March 2014. Vol. No. 2, Pp. 891 – 895.
18. Mishra R., Mandal A. Design and Implementation of Digital Demodulator for Frequency Modulated CW Radar (RESEARCH NOTE) // International Journal of Engineering. 2014. Vol. 27(10). Pp. 1581–1590.
19. Maher Jridi, Ayman Alfalou. Direct Digital Frequency Synthesizer with CORDIC Algorithm and Taylor Series Approximation for Digital Receivers // European Journal of Scientific Research, EuroJournals. 2009. Vol. 30 (4). Pp. 542–553.
20. Grayver E. and Daneshrad B. Direct digital frequency synthesis using a modified CORDIC // Pro-ceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS '98). June 1998. Vol. 5. Pp. 241–244.
21. Mahartna K., Banerjee S., Grass E., Krstic M., and Troya A. Modified virtually scaling-free adaptive CORDIC rotator algorithm and architecture // IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Tech-nology, 2005. Vol. 15, No. 11. Pp. 1463-1474.

Финансирование: работа выполнена при поддержке гранта РФФИ, проект № 20-07-00268.
Читать полностью