Tecnologias que podem tornar seu sistema de monitoramento de espectro mais eficiente

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1 Tecnologias que podem tornar seu sistema de monitoramento de espectro mais eficiente Alexsander Loula Gerente de segmento RF/Wireless National Instruments

2 O que é monitoramento de espectro? Medições de RF e processamento de sinais que mostram como o espectro está sendo usado. Monitoramento de espectro Inteligência de Sinal (SIGINT) 3

3 Glossário SIGINT Atividades relacionadas a coleta e análise de sinais (inteligência de sinais) COMINT Escutar, analisar e decodificar sinais de tráfego militar de radio, telefone e fax (inteligência de comunicações). ELINT Coletar e analisar radar, IFF, datalink e sinais de emissão de mísseis (inteligência eletrônica) ELINT TELINT Coletar e analisar sinais sobre mísseis guiados (inteligência de telemetria) COMINT Inteligência de Sinais TELINT 4

4 Considerações do sistema de monitoramento de espectro Performance do receptor Taxa de varredura Pré-seleção e faixa dinâmica (analógica e digital) Linearidade (SHI e TOI) Figura de ruído/sensibilidade Processamento de sinais Modulação/ Reconhecimento de sinal Downconversão digital / canalização Funções de filtro e janelamento Conclusão de sistema Portabilidade (SWaP) Display gráfico Armazenamento de dados e reprodução Sincronização multi-canal e multi-sistema e sincronização por GPS 6

5 Robustez Cenários de implementação do monitoramento de espectro Alta Aéreos Veículos terrestres Marítimos Externos Manpack Portátil Internos Baixa NOC De bancada Aeronave de carga Baixa Portabilidade Alta 7

6 Elementos de um sistema de monitoramento de espectro 1 to N interfaces de Radio Arquitetura de Multi-processador Conclusão do sistema TX TX RX RX Barramento de dados CPU GPU Barramento de dados Mecânicos TX RX TX RX FPGA DSP Armazenamento Hardware de prateleira Software é a parte mais difícil!!! Armazenamento comercial 8

7 Abordagem baseada em plataforma NI para o monitoramento de espectro Software da NI integra todos os aspectos do projeto do sistema Integração do Hardware Suporte TX integrado RX para toda a gama de hardware NI RF TX RX Barramento Plataformas de implantação de dados variam de altamente portátil de alto TX desempenho RX TX RX Desenvolvimento de Algoritmo Bibliotecas de processamento de sinal CPU em LabVIEW GPU Suporte a GNU radio e RFNoC C, C++,.M, e integração com VHDL FPGA DSP Conclusão do Sistema Um ecossistema de parceiros Mecânicos e desenvolvedores Barramento Maior facilidade de uso com de dados interface gráfica nativa e acesso remoto interno Sincronização de hardware e armazenamento de Armazenamento dados 9

8 Uma arquitetura fundamental comum Arquitetura LabVIEW RIO Entrada Analógica Saída Analógica Digital I/O Digital I/O FPGA Processador 10

9 Escalabilidade da plataforma de RF e comunicação Wireless Software de projeto gráfico de sistemas LabVIEW 11

10 Portfólio de produtos de monitoramento de espectro/sigint E310 USRP RIO FlexRIO VST 564X VST 5840* PXIe-5668R Processamento de sinais (TMACs) (nativo) Expansível para (nativo) Expansível para (nativo) Expansível para 31.3 SFDR Máximo 66 db 80 db 106 db 110 db 110dB 120 db Largura de banda (máx) 56 MHz 120 MHz 200 MHz 200 MHz 1 GHz 765 MHz Tipo de especificação Típica Típica Típica Calibrada Calibrada Calibrada Choque e Vibração 30 g choque 0.3 g rms vibração 30 g choque 0.3 g rms vibração 30 g choque 0.3 g rms vibração Volume 239 cm 3 2,365 cm 3 1,349 cm 3 40,743 cm 3 (18-slot chassis) 30 g choque 0.3 g rms vibração 40,743 cm 3 (18-slot chassis) 30 g choque 0.3 g rms vibração 40,743 cm 3 (18-slot chassis) Canais por sistema 2 RX por módulo 2 RX por módulo 1 por módulo 5 por chassi 8 por chassi 3 por chassi Exemplo de aplicações Gravação de espectro RTSA e DDC multi-canais RTSA e DDC multi-canais Emulador de canal Emulador de canal Blind detection e demodulação em real-time LabVIEW GNU Radio 12

11 Instrumentação de micro-ondas definido por software NI PXI Express 26.5 GHz Vector Signal Analyzer Frequência 20 Hz até 26.5 GHz Largura de Banda 320 MHz abaixo 3.6 GHz 765 MHz acima 3.6 GHz FPGA programável com LabVIEW NI PXI Express 20 GHz Signal Generator Frequência 250 khz até 20 GHz Ruído de fase GHz GHz Programável com LabVIEW NI PXI Express 200 MHz Bandwidth Vector Signal Transceiver Frequência 65 MHz até 6 GHz FPGA programável com LabVIEW 13

12 PXIe-5667 Vector Signal Analyzer (7 GHz) Características PXIe-5667 ITU Handbook Faixa de frequência Pré-seleção Figura de ruído 20 Hz 3.6 GHz 20 Hz 7.0 GHz Filtros de suboitava 12 db <3 GHz 14 db <7 GHz 20 MHz 3 GHz Filtros de suboitava 12 db IP2 >+80 dbm +40 dbm PXIe-5694 Banco de filtros de FI selecionáveis PXIe-5693 Banco de filtros de RF passa-faixa selecionáveis IP3 >+17 dbm +10 dbm Ruído de 10 khz Taxa de varredura >-129 dbc/hz -100 dbc/hz 30 GHz/s -- PXIe-5667 atende completamente às especificações de receptor da ITU. 14

13 NI PXI Express 26,5 GHz Vector Signal Analyzer Especificações Faixa de frequência Largura de banda de analise Ruído de fase khz offset) Ruído de fundo RMS* 20 Hz to 26.5 GHz 320 MHz below 3.6 GHz 765 MHz above 3.6 GHz GHz <-165 dbm/hz (1 GHz) TOI >+20 dbm (20 Hz to 26 GHz) Flexibilidade No. de Slots 7 *com pré-amplificador ativado Kintex-7 410T FPGA programável com LabVIEW 15

14 Aplicação RTSA com PXIe-5668R Módulo FlexRIO FPGA PXIe-5668R VSA VSA IQ Data P2P Persistência Para o Host PXIe-7976R FlexRIO Dados espectrais Espectrograma Para o Host Para o Host Comparação com analisadores de sinais de RF tradicional Produto NI PXIe-5668R + PXIe- 7976R Largura de banda de tempo real Frequência máxima % POI 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 Triggers Mascara de Frequência + Trigger personalizado 2 Milhões de FFT/s

15 FlexRIO Dentro de um PXI ou autônomo Ambiente de software LabVIEW Projete Implemente Especificações Processadores Xeon de alta performance Windows OS ou NI Linux Real-Time OS Até 17 módulos FlexRIO por sistema Opções de RAID de alto desempenho Especificações Processador ARM A9 667 MHz dual-core NI Linux Real-Time OS usd storage, USB, e conectividade 1 GbE Otimizado para tamanho, peso e potência 1.75 x 5.5 x 9.2 in. The registered trademark Linux is used pursuant to a sublicense from LMI, the exclusive licensee of Linus Torvalds, owner of the mark on a worldwide basis. 18

16 Receptor RF NI-5792 Aplicação exemplo de canalizador com LabVIEW FPGA Canalizador com transformada e separação em frequência Operação continua de tempo real Até 512 canais Até 100 MHz agregados, largura de banda continua Largura de banda de canal e frequência central variáveis VITA-49 Radio Transport Protocol sobre 10 GbE UDP Protocolo padrão da indústria para encapsulamento de IQ Controlador para FlexRIO DRAM FPGA RT 1 GbE Espectrograma Configuração Channel Power Spectrum Desktop PC PFT Channelizer DRAM Reordering VITA-49 Packing 10 GbE UDP GbE Dados IQ brutos canalizados 1 porta UDP por canal VITA-49 Packing

17 Controlador para FlexRIO Programe com LabVIEW Diminua o tempo de desenvolvimento com um único ambiente que engloba o FPGA e o processador Use E/S de alto desempenho 3 GS/s AI 1 Gb/s DIO 4,4 GHz RF Processamento de dados com o FPGA da Xilinx Kintex-7 K410T com 2 GB DRAM 2 x SFP+ portas para 2,5 GB/s de streaming de dados Clock de referência e triggers para sincronização Desenvolva sua solução Processador ARM A9 dual-core 667 MHz NI Linux Real-Time OS usd storage, USB, e conectividade 1 GbE Tamanho, peso e energia otimizados 1.75 x 5.5 x 9.2 in. The registered trademark Linux is used pursuant to a sublicense from LMI, the exclusive licensee of 20 Linus Torvalds, owner of the mark on a worldwide basis.

18 Solução de monitoramento com o controlador para FlexRIO 21

19 Porque o software é tão importante? Algoritmos de processamento de sinais tem de evoluir rapidamente em resposta a possíveis ameaças Arquitetura Multiprocessador CPU GPU Software deve escalar entre múltiplas plataformas de hardware e níveis de interpretação de tecnologia (TRLs). Segurança é fundamental, e o IP no FPGA geralmente é o mais seguro. FPGA DSP Larguras de banda mais amplas requerem software sofisticado para lidar com sinal intenso em processamento Software é a parte mais difícil!!! 23

20 Abordagem de programação hibrida combinando linguagem Gráfica/Textual 25

21 LabVIEW Communications System Design Suite A revolução da Prototipagem Rápida 27

22 Benefícios do LabVIEW para o processamento de sinal 29

23 Típicos fluxos de projeto Código aberto Suporte a comunidade Usuários sofisticados Algoritmo.m C/C++ ou GNU Radio Xilinx Vivado/ VHDL/RFNoC Sistema One-off C Coder HDL Coder Plataforma LabVIEW Suportado pela NI Fácil de usar Ecossistema aberto.m algorithm AND/OR LabVIEW algorithm MathScript RT G 31 LabVIEW G HDL Coder + LabVIEW CLIP Node LabVIEW FPGA

24 Análise espectral em tempo real de alta performance usando LabVIEW FPGA 32

25 Instrumento baseado em FPGA desenvolvido por software FPGA programável em LabVIEW 33

26 Computação de altíssimo desempenho para aplicações de streaming em tempo real 34

27 MIMO Massivo Universidade de Bristol atinge novo recorde mundial em eficiência de espectro May GHz 128 antenas 256 QAM bits/s/hz para 22 usuários Amy Nordrum, 5G Researchers Set New World Record For Spectrum Efficiency, IEEE Spectrum, May 12, 2016, Em sua demonstração, o time usou uma plataforma de prototipagem flexível da National Instruments composto pelo software de projeto de sistemas LabVIEW e hardware PXI. 36

28 MIMO Massivo 37

29 Ecossistema de parceiros para monitoramento de espectro COMINT para comunicações críticas Canais de banda estreita arbitrários Alta taxa de transferência Varredura e trigger rápidos Geolocalização 2D Emulação de ambiente de espectro de 8 canais Análises pós-captura Integração multiplataforma NC10 canalizador Modo de amostra contínua Canais configuráveis Programável 39

30 Ecossistema de Integradores SDR Estação rádio base LTE comercial Simuladores GPS usando FPGAs Sistemas SDR atendendo à SCA USRP série X para gravação, reprodução e simulação GPS Simulador GPS RedHawk: um ecossistema para aplicações SDR militares ou governamentais 40

31 Exemplo: Citizens Broadband Radio Service (CBRS) Environmental Sensing Capability (ESC) baseado no USRP E313 E310 SDR/CR conectado termicamente ao encapsulamento USRP E310 Proteção contra raios Encapsulamento à prova de água e poeira Power Over Ethernet (POE) DC-DC Conectores do tipo N robustos 41

32 Projeto de radar passivo em PXI Feixe digital para determinar a direção do sinal de chegada Filtragem adaptativa para cancelar retorno direto de sinais indesejados Correlação cruzada dos canais de referência com os canais de vigilância Nós escolhemos os produtos da NI por seu ambiente amigável para desenvolvimento de software. Dr. Riccardo Mancinelli, SELEX Sistemi Integrati 42

33 Prototipagem e teste de radar 43

34 Navegação e monitoramento de espectro 44