2,742 research outputs found

    Ultra-Wideband Secure Communications and Direct RF Sampling Transceivers

    Get PDF
    Larger wireless device bandwidth results in new capabilities in terms of higher data rates and security. The 5G evolution is focus on exploiting larger bandwidths for higher though-puts. Interference and co-existence issues can also be addressed by the larger bandwidth in the 5G and 6G evolution. This dissertation introduces of a novel Ultra-wideband (UWB) Code Division Multiple Access (CDMA) technique to exploit the largest bandwidth available in the upcoming wireless connectivity scenarios. The dissertation addresses interference immunity, secure communication at the physical layer and longer distance communication due to increased receiver sensitivity. The dissertation presents the design, workflow, simulations, hardware prototypes and experimental measurements to demonstrate the benefits of wideband Code-Division-Multiple-Access. Specifically, a description of each of the hardware and software stages is presented along with simulations of different scenarios using a test-bench and open-field measurements. The measurements provided experimental validation carried out to demonstrate the interference mitigation capabilities. In addition, Direct RF sampling techniques are employed to handle the larger bandwidth and avoid analog components. Additionally, a transmit and receive chain is designed and implemented at 28 GHz to provide a proof-of-concept for future 5G applications. The proposed wideband transceiver is also used to demonstrate higher accuracy direction finding, as much as 10 times improvement

    Design and Implementation of an RF Front-End for Software Defined Radios

    Get PDF
    Software Defined Radios have brought a major reformation in the design standards for radios, in which a large portion of the functionality is implemented through pro­ grammable signal processing devices, giving the radio the ability to change its op­ erating parameters to accommodate new features and capabilities. A software radio approach reduces the content of radio frequency and other analog components of the traditional radios and emphasizes digital signal processing to enhance overall receiver flexibility. Field Programmable Gate Arrays (FPGA) are a suitable technology for the hardware platform as they offer the potential of hardware-like performance coupled with software-like programmability. Software defined radio is a very broad field, encompassing the design of various technologies all the way from the antenna to RF, IF, and baseband digital design. The RF section primarily consists of analog hardware modules. The IF and baseband sections are primarily digital. It is the general process of the radio to convert the incoming signal from RF to IF and then IF to baseband for better signal processing system. In this thesis, some of major building blocks of a Software defined radio are de­ signed and implemented using FPGAs. The design of a Digital front end, which provides the bridge between the baseband and analog RF portions of a wireless receiver, is synthesized. The Digital front end receiver consists of a digital down converter(DDC) which in turn comprises of a direct digital frequency synthesizer (DDFS), a phase accumulator and a low pass filter. The signal processing block of the DDFS is executed using Co-ordinate Rotation Digital Computer (CORDIC) iii Abstract algorithm. Cascaded-Integrator-Comb filters (CIC) are implemented for changing the sample rate of the incoming data. Application of a DDC includes software ra­ dios, multicarrier, multimode digital receivers, micro and pico cell systems,broadband data applications, instrumentation and test equipment and in-building wireless tele­ phony. Also, in this thesis, interfaces for connecting Texas Instruments high speed and high resolution Analog-to-Digital converters (ADC) and Digital-to-Analog converters (DAC) with Xilinx Virtex-5 FPGAs are also implemented and demonstrated

    Software-Defined Radio Demonstrators: An Example and Future Trends

    Get PDF
    Software-defined radio requires the combination of software-based signal processing and the enabling hardware components. In this paper, we present an overview of the criteria for such platforms and the current state of development and future trends in this area. This paper will also provide details of a high-performance flexible radio platform called the maynooth adaptable radio system (MARS) that was developed to explore the use of software-defined radio concepts in the provision of infrastructure elements in a telecommunications application, such as mobile phone basestations or multimedia broadcasters

    Influence of random DC offsets on burst-mode receiver sensitivity

    Get PDF

    DEVELOPMENT OF AN UWB RADAR SYSTEM

    Get PDF
    An ultra-wideband radar system is built at the University of Tennessee with the goal to develop a ground penetrating radar (GPR). The radar is required to transmit and receive a very narrow pulse signal in the time domain. The bistatic radar transmits a pulse through an ultrawide spiral antenna and receives the pulse by a similar antenna. Direct sampling is used to improve the performance of the impulse radar allowing up to 1.5 GHz of bandwidth to be used for signal processing and target detection with high resolution. Using direct sampling offers a less complex system design than traditional lower sample rate, super-heterodyne systems using continuous wave or step frequency methods while offering faster results than conventional equivalent time sampling techniques that require multiple data sets and significant post-processing. These two points are particularly important for a system that may be used in the field in potentially dangerous environments. Direct sampling radar systems, while still frequency limited, are continually improving their upper frequencies boundaries due to more power efficient, higher sampling rate analog to digital converters (ADCs) which relates directly to better subsurface resolution for potential target detection

    The Goldstone solar system radar: A science instrument for planetary research

    Get PDF
    The Goldstone Solar System Radar (GSSR) station at NASA's Deep Space Communications Complex in California's Mojave Desert is described. A short chronological account of the GSSR's technical development and scientific discoveries is given. This is followed by a basic discussion of how information is derived from the radar echo and how the raw information can be used to increase understanding of the solar system. A moderately detailed description of the radar system is given, and the engineering performance of the radar is discussed. The operating characteristics of the Arcibo Observatory in Puerto Rico are briefly described and compared with those of the GSSR. Planned and in-process improvements to the existing radar, as well as the performance of a hypothetical 128-m diameter antenna radar station, are described. A comprehensive bibliography of referred scientific and engineering articles presenting results that depended on data gathered by the instrument is provided

    The Murchison Widefield Array: the Square Kilometre Array Precursor at low radio frequencies

    Full text link
    The Murchison Widefield Array (MWA) is one of three Square Kilometre Array Precursor telescopes and is located at the Murchison Radio-astronomy Observatory in the Murchison Shire of the mid-west of Western Australia, a location chosen for its extremely low levels of radio frequency interference. The MWA operates at low radio frequencies, 80-300 MHz, with a processed bandwidth of 30.72 MHz for both linear polarisations, and consists of 128 aperture arrays (known as tiles) distributed over a ~3 km diameter area. Novel hybrid hardware/software correlation and a real-time imaging and calibration systems comprise the MWA signal processing backend. In this paper the as-built MWA is described both at a system and sub-system level, the expected performance of the array is presented, and the science goals of the instrument are summarised.Comment: Submitted to PASA. 11 figures, 2 table

    Passive Radar Using Software-Defined Radio for Detection of Aircraft

    Get PDF
    Passive radar offers several advantages over ubiquitous active systems. These advantages include low system costs and low power requirements. These attributes make it feasible for passive radar systems to be widely deployed in remote areas for applications such as national border security. Software-defined radio allows flexible passive radar systems to be quickly implemented in software with a minimum of hardware. The purpose of this research is to implement a passive radar system using software-defined radio and assess its performance. This thesis details the implementation of such a system and presents analysis of data collected with the system

    Subsampling receivers with applications to software defined radio systems

    Get PDF
    Este trabajo de tesis propone la utilización sistemas basados en submuestreo como una alternativa para la implementación de la etapa de down-conversion de los receptores de radio frecuencia (RF) empleados para aplicaciones multi-estándar y SDR (Software Defined Radio). El objetivo principal será el de optimizar el diseño en cuanto a flexibilidad y simplicidad, las cuales son propiedades inherentes en los sistemas basados en submuestreo. Por tanto, como reducir el número de componentes al mínimo es clave cuando un mismo receptor procesa diferentes estándares de comunicación, las arquitecturas basadas en submuestreo han sido seleccionadas, donde la reusabilidad de los componentes empleados es posible, así como la reducción de los costes totales de los receptores de comunicación y de los equipos de certificación que emplean estas arquitecturas. Un motivo adicional por el que los sistemas basados en submuestreo han sido seleccionados es el concerniente a la topología del receptor. Como la idea de la tecnología SDR es implementar todas las funcionalidades del receptor (filtrado, amplificación) en el dominio digital, el convertidores analógico-digital (ADC) deberá estar localizado en la cadena de recepción lo más cerca posible a la antena, siendo el objetivo final el convertir la señal directamente de RF a digital. Sin embargo, con los actuales ADC no es posible implementar esta idea debido al alto ancho de banda que necesitarían sin perder resolución para cubrir las especificaciones de los estándares de comunicaciones inalámbricas. Por tanto, los sistemas basados en submuestreo se presentan como la opción más adecuada para implementar este tipo de sistemas debido a que pueden muestrear la señal de entrada por debajo de la tasa de Nyquist, si se cumplen ciertas restricciones en cuanto a la elección de la frecuencia de muestreo. De este modo, los requerimientos del ADC serán relajados ya que, usando estas arquitecturas, este componente procesará la señal a frecuencias intermedias. Una vez se han introducido los conceptos principales de las técnicas de submuestreo, esta tesis doctoral presenta el diseño de una tarjeta de adquisición de datos basada en submuestreo con la finalidad de ser implementada como un receptor de test y certificación de banda ancha. El sistema propuesto proporciona una alta resolución para un elevado ancho de banda, a partir del uso de un S&H de bajo jitter y de un convertidor analógico digital ADC que trabaja a frecuencias intermedias. El sistema es implementado usando dispositivos comerciales en una placa de circuito impreso diseñada y fabricada, y cuya caracterización experimental muestra una resolución de más 8 bits para un ancho de banda analógico de 20 MHz. Concretamente, la resolución medida será mayor de 9 bits hasta una frecuencia de entrada de 2.9 GHz y mayor de 8 bits para una frecuencia de entrada de hasta 6.5 GHz, lo cual resulta suficiente para cubrir los requerimientos de la mayor parte de los actuales estándares de comunicaciones inalámbricas (GPS, GSM, GPRS, UMTS, Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX). Sin embargo, los receptores basados en submuestreo presentan algunos importantes inconvenientes, como son adicionales fuentes de ruido (jitter y plegado de ruido térmico) y una dificultad añadida para implementarlo en escenarios multi-banda y no lineales. Acerca del plegado de ruido en la banda de interés, esta tesis propone el uso de una técnica basada en una arquitectura de reloj múltiple con el objetivo de aumentar la resolución y cubrir un número mayor de estándares para su test y certificación. Empleando una frecuencia de muestreo mayor para el caso del S&H, se conseguirá reducir este efecto, aumentando la resolución en aproximadamente 0.5-1 bit respecto al caso de sólo usar una fuente de reloj. Las expresiones teóricas de esta mejora son desarrolladas y presentadas en esta tesis, siendo posteriormente corroboradas de modo experimental. Por otra parte, esta tesis también propone novedosas técnicas para la aplicación de estos sistemas de submuestreo en entornos multi-banda y no lineales, los cuales presentan desafíos adicionales por el hecho de existir la posibilidad de solapamiento entre la señal de interés y los otros canales de comunicación, así como de solapamiento con sus armónicos. De este modo, esta tesis extiende el uso de los sistemas basados en submuestreo para este tipo de entornos, proponiendo técnicas para la elección de la frecuencia óptima de muestreo que evitan el solapamiento entre señales, a la vez que consiguen incrementar la resolución del receptor. Finalmente, se presentará la optimización en cuanto a características de ruido de un receptor concreto para aplicaciones de banda dual en entornos no lineales. Dicho receptor estará basado en las técnicas de reloj múltiple presentadas anteriormente y en una estructura de multi-filtro entre el S&H y el ADC. El sistema diseñado podrá emplearse para diversas aplicaciones a ambos lados de la cadena de comunicación, tal como en receptores de detección de espectro para radio cognitiva, o implementando el bucle de realimentación de un transmisor para la linealización de amplificadores de potencia. Por tanto, la presente tesis doctoral cuenta con tres contribuciones diferenciadas. La primera de ellas es la dedicada al diseño de un prototipo de recepción multi-estándar basado en submuestreo para aplicaciones de test y certificación. La segunda aportación es la dedicada a la optimización de las especificaciones de ruido a partir de las técnicas presentadas basadas en reloj múltiple. Por último, la tercera contribución principal es la relacionada con la extensión de este tipo de técnicas a sistemas multi-banda en entornos no lineales. Todas estas contribuciones han sido estudiadas teóricamente y experimentalmente validadas
    corecore