مقدمه ای بر رادیونرم افزار (SDR)

عبارت 'software radio' اولین بار در سال 1984 توسط شرکت E-Systems (در شهر تگزاس) مطرح شد(امروزه این شرکت به Raytheon تغییر نام داده است). اولین فرستنده و گیرنده رادیو نرم افزاری در سال 1988 بوسیله پیتر هوهر و هلموت لانگ در موسسه تحقیقات هوافضای آلمان ساخته شد.در این پروژه، هر دو بخش فرستنده و گیرنده یک مدم دیجیتال ماهواره ای، بکمک تکنولوژی رادیو نرم افزار ساخته شد.

عبارت کامل 'Software Defined Radio' اولین بار در سال 1992 توسط آقای جوزف میتولا مطرح شد. این امر در یک مقاله تخصصی که تا سالهابعد مورد استناد پژوهشگران بود، صورت گرفت. اگرچه تئوری رادیو نرم افزار بصورت آکادمیک در سال 1992 مطرح شد، اما بایستی به این نکته توجه کرد که مراکز نظامی در آمریکا و اروپا، از سالها قبل و در اواخر دهه 1970 کار روی این موضوع را شروع کرده بودند. بعنوان مثال، والتر توتلب در همان سالها یک رادیو VHF بکمک یک ADC و یک میکروپروسسور 8085 ساخته بود.

اولین پروژه رادیونرم افزاری حرفه ای، SPEAKeasy نام داشت و در سال 1992 توسط ارتش آمریکا شروع به کار نمود. هدف اولیه پروژه SPEAKeasyاین بود که یک ساختار پردازشی قابل برنامه ریزی، ایجاد شود. بگونه ای که بتوان بیش از 10 نوع رادیو نظامی (موجود در آن دوران) را بشکل نرم افزاری روی یک platform ، پیاده سازی کرد. محدوده فرکانسی پروژهSPEAKeasy از 2MHz الی 2GHz بود. هدف بعدی این پروژه این بود که براحتی بتوان انواع کدینگ ها و مدولاسیون های جدید را به این سیستم اضافه کرد، بطوریکه این سیستم بتواند همگام با پیشرفت های علم مخابرات دیجیتال در عرصه کدینگ و مدولاسیون، خود را براحتی بروز رسانی نماید... 

اوج تکنولوژی رادیونرم افزار در بحث رادیو شناختگر (Cognitive Radio) خود را نشان می دهد (که به اختصار، CR نامیده می شود). در رادیو شناختگر، مباحث پیشرفته تری مانند spectrum sensing و  adaptive modulation  نیز مورد بحث قرار می گیرد.

در حقیقت، رادیو شناختگر یک رادیو هوشمند است که می تواند بصورت کاملا پویا  برنامه ریزی و پیکربندی شود . فرستنده و گیرنده آنطوری طراحی شده است که بتواند بهترین کانال wireless  اطراف خود را شناسایی نموده و از آن استفاده کند. این رادیو به طور اتوماتیک کانال های موجود در طیف فرکانسی محیط را شناسایی می کند و مشخصات کانال های مذکور را بدست می آورد. سپس بر این اساس، پارامترهای فرستده و گیرنده را طوری تنظیم می کند تا امکان مخابره اطلاعات به بهترین شکل ممکن فراهم شود . این فرایند یک روش کاملا مدرن و پیشرفته از مبحث مدیریت طیف پویا (dynamic spectrum management) می باشد.

========================================

در این گزارش، مرور جامع و کاملی بر سیر تکاملی رادیونرم افزار انجام خواهد شد.

========================================

این فایل بصورت word تهیه شده و دارای 9 صفحه است

========================================

این فایل، ترجمه یک مقاله نبوده و شامل تحقیق، گردآوری و جمع بندی از چندین مرجع متعبر (بهمراه تجربه عملی مولف در این حوزه) می باشد.

مثالی از طراحی سیستمی یک گیرنده مخابراتی با تکنولوژی رادیو نرم افزار (SDR)

این فایل word به یک مثال طراحی سیستمی یک گیرنده مخابراتی با تکنولوژی SDR اختصاص دارد. این مثال، طراحی گیرنده مخابراتی باند  HF با تکنولوژی رادیو نرم افزار می باشد. باند فرکانسی HF با تکنولوژی رادیونرم افزاری و با پیکربندی Direct RF Sampling طراحی شده است. بطوریکه بتواند استاندارد­های مصوب رادیو HF را نیز پاس نماید. نتایج نشان می­دهد که ساخت چنین سیستمی بکمک تکنولوژی موجود ، امکانپذیر است.

مطالعات اولیه نشان می­دهد امکان استفاده از تکنولوژی Direct RF Sampling در باند HF وجود دارد. ضمن اینکه چنین کاری در  دنیا نیز صورت پذیرفته است. در ادامه، یک سیستم رادیو HF بصورت کامل طراحی خواهد گردید.

بسته به اینکه سیگنال روی  فرکانس IF ، فرکانس صفر(Zero IF)  و یا روی RF (و یا همان Direct RF Sampling)نمونه برداری شود، می توان نمونه برداری را به دو خانواده عمده IF Sampling و همچنین Direct RF Sampling تقسیم بندی کرد. هر خانواده دارای مزایا و معایب خاص خود است و روی هر یک، ده ها تحقیق، مقاله و کتاب معتبر وجود دارد.

نمونه­برداری مستقیم رادیویی(Direct RF Sampling) ، یک تـکنیک نـمونه­بـرداری جدید و پیشرفته در سیستمهایSDR است. بوسیله این تکنیک می توان به­طور مستـقیم سیـگنالRFرا  بدون بهره­گیری از قطعات معمول مانند میکسر و فیلتر حذف تصویر، به سیگنال دیجیتال باند پایه با فرکانس میانی (IF) ، پایین ­آورد.

در گذشته ای نه چندان دور، امکان پیاده سازی چنین سیستمی بصورت عملی وجود نداشت و بنابراین، روی تئوری این مطلب نیز سرمایه گزاری زیادی در دنیا صورت نمی پذیرفت. اما با پیشرفت نیمه هادی ها و فراهم شدن امکان ساخت ADC هایی با پهنای باند بالا (حتی در رنج گیگا هرتز) و همچنین ساخت شدن clock  های Ultra Low Jitter ، رفته رفته گرایش بسمت چنین سیستمهایی در جهان بیشتر گردید. بطوریکه این مسئله امروزه برای کسانی که در مرز بین RF و پردازش کار می کنند، به یکی از زمینه های تحقیقاتی جالب و به روز تبدیل شده است.

=============================================

این فایل بصورت word تهیه شده و دارای 18 صفحه است

=============================================

 این فایل، ترجمه یک مقاله نبوده و شامل تحقیق، گردآوری و جمع بندی از چندین مرجع متعبر (بهمراه تجربه عملی مولف در این حوزه) می باشد.

تحلیل سیگنال به نویز در رادیونرم افزار

در سیستمهای آنالوگ، نویز سیستم فقط تابعی از نویز KTB، عدد نویز و برخی از نویزهای داخلی سیستم می باشد، اما در یک سیستم مبتنی بر تکنولوژی رادیو نرم افزار ( SDR )، منابع نویز بیشتری در سیستم وجود دارد. در چنین سیستمی، نویز بخش RF کماکان وجود دارد. البته در این میان ، نویز های ADC نیز به سیگنال اضافه می شود که شامل نویز کوانتیزاسیون و نویز جیتر پالس ساعت نمونه برداری می باشد. حال اگر اثر تداخل را نیز به این جمع اضافه کنیم، می توانیم تحلیل درستی روی کیفیت سیگنال دریافتی انجام دهیم. در این فصل، نویزهای مذکور به تفصیل مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

اگر قرارباشد تحلیل جامعی روی SNRیک سیستم مبتنی بر تکنولوژی Software Defined Radio  صورت گیرد، مطمئنا بایستی درک عمیقی از تعامل بین نویز های سیستم بدست آید. اساس این امر، مبتنی بر ترکیب سه نویز اصلی سیستم،  یعنی نویز RF ، نویز clock jitter و نویز کوانتیزاسیون و حرارتی ADC می باشد. برای تعمیم این امر و یافتن مقدار SNDR ، بایستی به موارد ذکر شده، اثر مولفه غیر خطی مرتبه سوم تداخل در باند کانال مطلوب را نیز اضافه کرد. بعبارتی، این نویز ها را می توان به چهار دسته تقسیم نمود:

الف- nqt: نویز کوانتیزاسیون (اثر تعداد بیت های ADC)، به همراه نویز حرارتی ADC.

ب - nJ: نویز جیتر (اثر جیتر Clock) که گاهی به آن نویز فاز (Phase Noise) هم می‌گویند.

ج - n: نویز AWGN (ناشی از پهنای باند سیگنال و NF. قطعات آنالوگ(.

د- مولفه های مزاحم RF (مولفه غیر خطی مرتبه سوم، اسپورها و ...).

در این  میان لازم است تا برخی از مسائل تئوری مورد نیاز در این پروژه بطور عمیق و پایه ای، بررسی گردد. در ادامه، مفاهیم بنیادی مواردی مانند ((نویز جیتر پالس ساعت نمونه برداری و نویز فاز، نویز کوانتیزاسیون، نویز حرارتی، مبحث over sampling و ... )) بررسی خواهد شد.

=======================================================

این فایل بصورت word و در 33 صفحه ارائه می گردد.

=======================================================

این اثر بهیج وجه ترجمه محض یک داکیومنت نبوده و حاصل یک تحقیق وسیع  از چندین مرجع معتبر، همراه با تجربه عملی در این حوزه می باشد.

ملاحظات کلاک نمونه برداری در گیرنده های مبتنی بر تکنولوژی رادیو نرم افزار

این فایل word به بررسی ملاحظات کلاک نمونه برداری در گیرنده های مبتنی بر تکنولوژی رادیو نرم افزار اختصاص دارد. یکی از بخش­های مهم در رادیونرم­افزار، بخش clock ماژول­های ADC و DAC است. کیفیت clock تاثیر زیادی در کارایی نهایی رادیونرم­افزار دارد. این امر خود را به دو صورت پایداری بلند مدت (freq. stability) و پایداری کوتاه مدت( Jitter) نشان می­دهد. المانهای متعددی در بوجود آمدن مقدار Jitter نهایی clock تاثیر دارند. از جمله اسیلاتور مبدل clock، مدارات توزیع کلاک(clock distributer)، میزان Jitter ذاتی خود المانهای ADC و DAC و برخی پارامترهای دیگر. در این فصل، تمامی این پارامترها تشریح خواهند شد.

به طور کلی اسیلاتورها به چند دسته تقسیم می‌شوند:

اسیلاتورهای معمولی LC XO -  Crystal oscillatorTCXO - Temperature compensated Crystal oscillatorMCXO - Micro computer compensated Crystal oscillatorOCXO - Oven controlled Crystal oscillatorDouble- Oven OCXOAtomic oscillator

ابتدائی ترین اسیلاتورها، اسیلاتورهای رزونانسی هستند که دقت بسیار پائینی دارند. پس از آنها اسیلاتورهای کریستالی قرار دارند که دارای دقت بیشتری هستند. پس از آن به ترتیب TCXO،  MCXO، OCXO و Double oven OCXO هستند که هر یک نسبت به قبلی دارای دقت بالاتری می باشند. پس از آنها نیز اسیلاتورهای اتمی قرار دارند که دارای دقت و پایداری بسیار بسیار زیادی هستند. البته بایستی به این نکته توجه داشت که برخی از قطعات مذکور قیمت بسیار بالایی دارند مثلاً قیمت OCXO حدوداً ده برابر قیمت TCXO است (در سال 2010  حدود 300 دلار ) و قیمت اسیلاتورهای اتمی حدود صد برابر OCXO است. همچنین مدت زمان سپری شده از لحظة سفارش تا تحویل بسیار طولانی می‌باشد.

ضمناً فروش اسیلاتورهای اتمی به بسیاری از کشورهای ممنوع گردیده است و برای سایر کشورها نیز دارای پروسه خاصی می‌باشد.

=============================================

این فایل بصورت word تهیه شده و دارای 17 صفحه است

=============================================

 این فایل، ترجمه یک مقاله نبوده و شامل تحقیق، گردآوری و جمع بندی از چندین مرجع متعبر (بهمراه تجربه عملی مولف در این حوزه) می باشد.