Leonardo Roveda Faganello Lucas Bondan
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Introdução à redes sem fio inteligentes:
Aula 3: Plataformas de Hardware
Curso de ExtensãoSemana Acadêmica 2013-1
Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Leonardo Roveda Faganello Lucas Bondan ([email protected]) ([email protected])
Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo2Semana Acadêmica 2013-1
Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Relembrando...
Conceito de Rádio Cognitivo (RC) Acesso oportunista ao espectro Quatro funções básicas
Sensoriamento Decisão Compartilhamento Mobilidade
Como deve ser o hardware para suportar este conceito?
3Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo4Semana Acadêmica 2013-1
Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Conceitos Básicos
Comunicação via Rádio Frequência (RF)
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Codificação Entrelaçamento Modulação Filtragem D/A
∑
Codificação Entrelaçamento Modulação Filtragem A/D
Transmissor
Receptor
Canal101101000101
Codificador de Bloco ou
Convolucional
n bitscodificados
m bitsde informação
Sem Entrelaçamento:
MaisloucoqueoBatmanMais____oqueoBatman
Com Entrelaçamento:
MaisloucoqueoBatmanucBolanatooisequmaMuc___natooisequmaM
M_is_ouc_queo_atman
+
Sinal
Portadora
Sinal Modulado (FM)
Conceitos Básicos
Comunicação via RF restrita a cada dispositivo Frequência de operação determinada
ainda na fase de projeto Ex.: telefone celular
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Conceitos Básicos
Tecnologias de comunicação evoluíram Dispositivos agora utilizam diferentes
tecnologias/frequências 3G Wi-Fi Bluetooth NFC LTE (4G)
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Conceitos Básicos
8Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Deficiência: Hardware dedicado à cada tecnologia Dispositivos devem ser configurados
manualmente para cada conexão
Conceitos Básicos
Tendência: Arquiteturas para múltiplas
frequências Hardware deve suportar essa
adaptatividade, tornando o rádio inteligente ou cognitivo
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Conceitos Básicos
Importância das Arquiteturas Os dispositivos devem se adaptar às
mudanças É necessário que os dispositivos
aprendam com o passado A implementação do conceito de Rádio
Cognitivo demanda software e hardware
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Conceitos Básicos
11Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Software Defined Radio (SDR) Interface de rádio flexível,
implementada tanto em software quanto em hardware
Permite a implementação do handoff espectral
Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo12Semana Acadêmica 2013-1
Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Plataformas de Hardware
Exemplos de plataformas que suportam SDR SPEAKEasy Sora Flex 6700 Zeus ZS-1 USRP
13Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Plataformas de Hardware
SPEAKEasy – U.S. Air Force (1990-1999) Primeira plataforma de hardware para uso de SDR Objetivo inicial (Fase 1) era um rádio que pudesse
operar de 2 MHz até 2 GHz Entrou em produção (Fase 2) operando entre 4
MHz e 400 MHz Primeiro projeto a utilizar FPGA para
processamento digital de rádio
14Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Plataformas de Hardware
Sora – Microsoft (2009) Plataforma desenvolvida para uso
acadêmico Promete alto desempenho (SDR) e
flexibilidade (arquitetura PC) Interface PCIe Pouca documentação
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Plataformas de Hardware
Flex-6700 – Flex-Radio (2012) Processador RISC: 1.4 Ghz ARM Cortex Memória: 512 MB 1.33 Ghz DDR3 FPGA Xilinx XC6VLX130T Interface Ethernet 1 Gbps, 2 x USB2.0 Faixa de operação:
Transmissão: 100 kHz-77 MHz e 135 MHz-165 MHz
Recepção: 30 kHz-77 MHz e 135 MHz-165 MHz16Semana Acadêmica 2013-1
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Plataformas de Hardware
Zeus ZS-1 – SSB-Eletronic (2013) Faixa de operação:
Transceiver: 3 MHz até 30 MHz (Banda HF)
Receiver: 300 kHz até 30 MHz Software Zeus Radio – específico para o
ZS-01 Interface USB 2.0
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Plataformas de Hardware
18Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Universal Software Radio Peripheral (USRP) Permite que computadores de propósito
geral sejam utilizados como plataformas de hardware para SDR
Placa-mãe possui uma FPGA
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① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo19Semana Acadêmica 2013-1
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Arquiteturas
Software Communications Architecture (SCA)
Desenvolvida pelo Departamento de Defesa dos EUA
Independência de hardware
Reuso de software
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Middleware
CORBASO e Pilhas de Protocolos
Módulos de Suporte ao HardwareHardware
SCA FC
A1 A2 A3 A4 A5
Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Arquiteturas
Software Communications Architecture (SCA)
Framework Central:
21
Gerenciador de
DispositivosSistemas de
ArquivosGerenciador
deDomínios
DispositivosGerenciador
deAplicações
Aplicações
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① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo22Semana Acadêmica 2013-1
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USRP N210
23Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Características Conversores A/D de 14 bits e D/A de 16 bits Amostragens de até 25 MHz Suporte a MIMO Compatibilidade para sincronismo via
osciladores externos Pode ser utilizado em qualquer rede de
Rádio Cognitivo
USRP N210
Funcionamento
24Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Placa Filha de
TransmissãoA/DD/A
FPGA
A/DD/A
Placa Filha de
Transmissão
Placa Filha de
RecepçãoA/DD/A
A/DD/A
Placa Filha de
Recepção
Giga Ethernet
USRP N210
Placas Filhas
25Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Basic TX1 – 250MHz
Basic RX1 – 250MHz
RX/TX 900750 – 1050 MHz
RX/TX 24002.3 – 2.9 GHz
RX/TX 18001.5 – 2.1 GHz
USRP N210
Antenas
26Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
400 MHz – 1 GHz5-6 dBi
850 MHz – 6.5 GHz5-6 dBi
Tri-band144 MHz, 400 MHz e 1200 MHz
Omni
Quad-band824 – 960 MHz e 1710 – 1990 MHz
Omni - 3dBi
Dual Band2.4 - 2.48 GHz e 4.9 - 5.9 GHz
Omni – 3 dBi
USRP N210
Nosso periféricos
27Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Cabo MIMO
RX/TX 50 MHz - 2.2 GHz
RX/TX 400 MHz – 4400 MHz
Loop Backcable kit
USRP N210
Interfaces de comunicação Interface Giga Ethernet para
comunicação com o PC Porta de expansão para operação MIMO
28Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
MIMO Giga Ethernet
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① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo29Semana Acadêmica 2013-1
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Futuro dos Dispositivos
Curto Prazo Maior flexibilidade para programação dos
dispositivos FPGA acessível Independência de hardware auxiliar
Médio-longo prazo Ampla faixa de frequências em um único
dispositivo Sistema em um único chip (SoC)
30Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo31Semana Acadêmica 2013-1
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Resumo
Arquiteturas tradicionais dificultam a implementação de RCs
Novas arquiteturas buscam prover funcionalidades necessárias para RC Ex.: USRP N210
Futuramente espera-se que os dispositivos possam ser ainda mais cognitivos
32Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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