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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])

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Agenda

① Conceitos Básicos

② Plataformas de Hardware

③ Arquiteturas

④ USRP N210

⑤ Futuro dos Dispositivos

⑥ Resumo2

Semana Acadêmica 2013-1Porto 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?3


Agenda



③ Arquiteturas

④ USRP N210


⑥ Resumo4


Conceitos Básicos

Comunicação via Rádio Frequência

(RF)

5Semana Acadêmica 2013-1


CodificaçãoEntrelaçame

ntoModulação Filtragem D/A

∑

CodificaçãoEntrelaçame

ntoModulação 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



Conceitos Básicos

Tecnologias de comunicação

evoluíram

Dispositivos agora utilizam diferentes

tecnologias/frequências

3G

Wi-Fi

Bluetooth

NFC

LTE (4G)7


Conceitos Básicos



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



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



Conceitos Básicos



Software Defined Radio (SDR)

Interface de rádio flexível,

implementada tanto em software

quanto em hardware

Permite a implementação do handoff

espectral

Agenda



③ Arquiteturas

④ USRP N210


⑥ Resumo12


Plataformas de Hardware

Exemplos de plataformas que

suportam SDR

SPEAKEasy

Sora

Flex 6700

Zeus ZS-1

USRP




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




Sora – Microsoft (2009)

Plataforma desenvolvida para uso

acadêmico

Promete alto desempenho (SDR) e

flexibilidade (arquitetura PC)

Interface PCIe

Pouca documentação




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 MHz16



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






Universal Software Radio

Peripheral (USRP)

Permite que computadores de propósito

geral sejam utilizados como plataformas

de hardware para SDR

Placa-mãe possui uma FPGA

Agenda



③ Arquiteturas

④ USRP N210


⑥ Resumo19


Arquiteturas

Software Communications Architecture

(SCA)

Desenvolvida pelo Departamento

de Defesa dos EUA

Independência de hardware

Reuso de software

20

Middleware

CORBA

SO e Pilhas de Protocolos

Módulos de Suporte ao HardwareHardware

SCA FC

A1 A2 A3 A4 A5


Arquiteturas

Software Communications Architecture

(SCA)

Framework Central:

21

Gerenciador de

Dispositivos

Sistemas deArquivos

Gerenciador de

Domínios

DispositivosGerenciador

deAplicações

Aplicações


Agenda



③ Arquiteturas

④ USRP N210


⑥ Resumo22


USRP N210



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



Placa Filha de

Transmissão

A/DD/A

FPGA

A/DD/A

Placa Filha de

Transmissão

Placa Filha de

Recepção

A/DD/A

A/DD/A

Placa Filha de

Recepção

Giga Ethernet

USRP N210

Placas Filhas



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



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



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



MIMO Giga Ethernet

Agenda



③ Arquiteturas

④ USRP N210


⑥ Resumo29


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)30


Agenda



③ Arquiteturas

④ USRP N210


⑥ Resumo31


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



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Obrigado!Perguntas?

Lucas [email protected]

Leonardo Roveda [email protected]

Curso de ExtensãoSemana Acadêmica 2013-1


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