Por que utilizar um analisador de espectro de tempo real baseado em FPGA?

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1 Por que utilizar um analisador de espectro de tempo real baseado em FPGA? Alexsander Loula Gerente de Desenvolvimento de Negócios RF National Instruments

2 A história dos analisadores de RF Até o início da década de 60 Por volta de1967 RF RF AD CPU Varredura de frequência VSA (não de tempo real) 2

3 Analisadores de espectro sintonizados dbm Sinal é perdido! RF SAs retornam dados em energia vs. frequência SAs possuem uma larga faixa dinâmica SAs varrem um LO através dos segmentos de frequência SAs possuem largura de banda limitada e são analógico À medida que varre o LO, os SAs podem perder sinais transiente ƒ 1 ƒ 2 ƒ 3 f 3

4 FFT baseado em analisador vetorial de sinais RF ADC CPU Sinal é perdido durante o processamento da CPU! dbm VSA processa VSA adquire ƒ 1 ƒ 2 ƒ 3 f VSAs retorna dados de magnitude & fase vs. frequência VSAs possuem um back-end digital VSAs possuem uma larga faixa dinâmica VSAs adquirem uma larga largura de banda À medida que os VSAs processam os dados adquiridos, este pode perder sinais transientes 4

5 Desafios modernos em aplicações de RF RADAR Monitoramento de espectro Celular / Sistemas Sem Fio Guerra eletrônica Curta duração, pulso não periódico. Sinais fracos na presença de sinais mais fortes. Sobreposição, bandas congestionadas. Sinais fracos na presença de sinais mais fortes. Transmissão de impulso de alta largura de banda Algoritmo complexo de modulação pulsos de curta duração Transmissão de impulso de alta largura de banda Algoritmo complexo de modulação Sinais fracos/fortes 5

6 RTSA Conversão livre de lacunas Medição de potência Tradicional Sintoniza Sintoniza Sintoniza Sintoniza Sintoniza Sintoniza Sintoniza Vetor Adquire Processa Adquire Processa Adquire Real Time Adquire Adquire Adquire Adquire Adquire Adquire Processa Processa Processa Processa Processa Tempo FPGA 6

7 História dos analisadores de RF Até o início da década de 60 Por volta de1967 RF RF AD CPU Varredura de Meados de 2000 frequência RF AD FPG A VSA (sem tempo real) RTSA (Tempo real) 7

8 Analisador de espectro de tempo real RF ADC FPGA O sinal não é perdido devido ao processamento em tempo real! dbm RTSA Processa & adquire RTSAs retorna dados de magnitude & fase vs. frequência - novos tipos de telas RTSAs possui um back-end digital com um coprocessador RTSAs possui uma maior largura dinâmica RTSAs adquire uma grande largura de banda RTSAs adquire e processa os dados em tempo real 100% do TOI em particular ƒ 1 ƒ 2 ƒ 3 f 8

9 Comparação Produto NI PXIe- 5668R+7976R Largura de banda de tempo real Frequência máxima POI 100% 765 MHz 26,5 GHz 1,5 µs Keysight UXA 510 MHz 26,5 GHz 3,51 µs R&S FSW 160 MHz 67 GHz 1,87 µs Tektronix RSA5000/RSA MHz 26,5 GHz 3,7 µs 10

10 Demo: Real Time Spectrum Analyzer (RTSA) da NI 3 GB/s 16

11 RTSA da NI - P2P e taxa de transferência de dados PXIe-5668R VSA + PXIe-7976R FlexRIO em PXIe-1085 P2P Dados IQ do VSA para o FlexRIO dispensa o host Adicione mais FlexRIOs para um maior poder de processamento DMA Dado espectral do FlexRIO para o CPU Host para visualização PXIe-7976R FlexRIO PXIe-5668R VSA Dados espectral à <100 Dado MB/s IQ à via 3 DMA GB/s via P2P 17

12 Diagrama de blocos do RTSA da NI Módulo FlexRIO FPGA VSA Dados IQ P2P Persistência Para o Host Dados espectral Espectrograma Para o Host Para o Host Mascara de frequência + traço matemático Trigger 19

13 Opções de hardware RTSA NI PXIe-5644R/45R/46R VST 100% LPI Taxa de amostragem PXIe-5644R/45R 12,8 µs 120 MS/s PXIe-5663/65/67 10,2 µs 150 MS/s PXIe-5646R 6,1 µs 250 MS/s PXIe-5668R 1,5 µs 1G S/s NI PXIe-5668R VSA NI PXIe-7976R FlexRIO NI PXIe-5663/65/67 VSA 21

14 Estudo de caso Novator Solutions Gravador de um analisador de espectro de tempo real Usar o LabVIEW e a plataforma PXI da NI nos permitiu criar rapidamente um gravador para salvar diversas horas de dados de um analisador de espectro de tempo real, através das placas com FPGA da NI e um sistema RAID para armazenar os dados 22

15 Benefícios da RTSA da NI RTSA da NI Outras RTSAs Largura de banda (BW) 765 MHz 500 MHz LPI 1,5 us 2 us Faixa dinâmica 119 dbc 119 dbc Gravação para o disco Sim, com BW completa Dados IQ Sim Não FPGA* aberto Sim Não Múltiplos canais Sim Não Modularidade Sim Não *Trigger customizado, canais, controle de taxa de transmissão Algumas possuem, mas sem BW completa 23