ni.com

Tecnologias que podem tornar seu sistema de monitoramento de

espectro mais eficienteAlexsander Loula

Gerente de segmento RF/Wireless

National Instruments

3ni.com

Medições de RF e processamento de sinais que mostram como o espectro está sendo usado.

O que é monitoramento de espectro?

Monitoramento de espectro≠

Inteligência de Sinal (SIGINT)

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GlossárioSIGINT

• 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 emissãode mísseis (inteligência eletrônica)

TELINT

• Coletar e analisar sinais sobre mísseis guiados (inteligência de telemetria)

Inteligência de Sinais

COMINT

TELINTELINT

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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

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Cenários de implementação do monitoramento de espectro

Alta

Baixa

De bancada

NOC

Internos

Aeronavede carga

Manpack

Marítimos

Portátil

Aéreos

Veículos terrestres

Externos

Ro

bu

ste

z

Portabilidade AltaBaixa

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Elementos de um sistema de monitoramento de espectro

1 to N interfaces de Radio

CPU GPU

FPGA DSP

Arquitetura deMulti-processador

TX RX

TX RX

TX RX

TX RX

Conclusão do sistema

Barramento de dados

Software é a parte mais difícil!!!Hardware de prateleira

Armazenamento comercial

Mecânicos

Barramento de dados

Armazenamento

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TX RX

TX RX

TX RX

TX RX

Barramento de dados

Mecânicos

Barramento de dados

Armazenamento

Abordagem baseada em plataforma NI para o monitoramento de espectro

CPU GPU

FPGA DSP

Desenvolvimento de Algoritmo

Bibliotecas de processamento de sinal em LabVIEW

Suporte a GNU radio e RFNoC

C, C++, .M, e integração com VHDL

Integração do Hardware

Suporte integrado para toda a gama de hardware NI RF

Plataformas de implantação variam de altamente portátil de alto desempenho

Conclusão do Sistema

Um ecossistema de parceiros e desenvolvedores

Maior facilidade de uso com interface gráfica nativa e acesso remoto interno

Sincronização de hardware e armazenamento de dados

Software da NI integra todos os aspectos do projeto do sistema

10ni.com

Arquitetura LabVIEW RIO

Uma arquitetura fundamental comum

ProcessadorFPGA

Entrada Analógica

Saída Analógica

Digital I/O

Digital I/O

11ni.com

Software de projeto gráfico de sistemas LabVIEW

Escalabilidade da plataforma de RF e comunicação Wireless

12ni.com

Portfólio de produtos de monitoramento de espectro/SIGINT

E310 USRP RIO FlexRIO VST 564X VST 5840* PXIe-5668R

Processamento de sinais (TMACs)

0.276 2.8 2.81.2 (nativo)

Expansível para 41.0

6.0 (nativo)Expansível para

41.0

2.8 (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 Vibração30 g choque

0.3 grms vibração30 g choque

0.3 grms vibração30 g choque

0.3 grms vibração30 g choque

0.3 grms vibração30 g choque

0.3 grms vibração

Volume 239 cm3 2,365 cm3 1,349 cm3 40,743 cm3

(18-slot chassis)40,743 cm3

(18-slot chassis)40,743 cm3

(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 aplicaçõesGravação de

espectroRTSA 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

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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 Banda320 MHz abaixo 3.6 GHz765 MHz acima 3.6 GHz

FPGA programável com LabVIEW

NI PXI Express 200 MHz Bandwidth

Vector Signal Transceiver

Frequência—65 MHz até 6 GHz

FPGA programável com LabVIEW

Programável com LabVIEW

NI PXI Express 20 GHz Signal Generator

Frequência—250 kHz até 20 GHz

Ruído de fase -133 dBc/Hz @ 1 GHz-122 dBc/Hz @ 10 GHz

14ni.com

PXIe-5667 Vector Signal Analyzer (7 GHz)

PXIe-5693Banco de filtros

de RF passa-faixa

selecionáveis

Características PXIe-5667 ITU Handbook

Faixa de frequência

20 Hz–3.6 GHz20 Hz–7.0 GHz

20 MHz–3 GHz

Pré-seleção Filtros de sub-oitava

Filtros de sub-oitava

Figura de ruído 12 dB <3 GHz14 dB <7 GHz

12 dB

IP2 >+80 dBm +40 dBm

IP3 >+17 dBm +10 dBm

Ruído de fase@ 10 kHz

>-129 dBc/Hz -100 dBc/Hz

Taxa de varredura

30 GHz/s --

PXIe-5667 atende completamente às especificaçõesde receptor da ITU.

PXIe-5694Banco de filtros de FI

selecionáveis

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NI PXI Express 26,5 GHz Vector Signal Analyzer

Especificações

Faixa de frequência 20 Hz to 26.5 GHz

Largura de banda de analise

320 MHz below 3.6 GHz765 MHz above 3.6 GHz

Ruído de fase(típico, @10 kHz offset)

-129 dBc/Hz @ 1 GHz

Ruído de fundo RMS* <-165 dBm/Hz (1 GHz)

TOI >+20 dBm (20 Hz to 26 GHz)

Flexibilidade Kintex-7 410T FPGA programável com LabVIEW

No. de Slots 7

*com pré-amplificador ativado

16ni.com

Aplicação RTSA com PXIe-5668RMódulo FlexRIO FPGA

Dad

os e

spectrais

IQ Data Para o Host

Para o Host

Para o Host

Persistência

Espectrograma

Mascara de Frequência + Trigger personalizado

Triggers

VSAP2P

Produto Largura de banda de tempo real

Frequência máxima

100% POI

NI PXIe-5668R + PXIe-7976R

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/RSA6000

165 MHz 26,5 GHz 3,7 µs

Comparação com analisadores de sinais de RF tradicional

PXIe-5668R VSA

PXIe-7976R FlexRIO

2 Milhões de FFT/s

18ni.com

FlexRIO – Dentro de um PXI ou autônomo

ProjeteImplemente

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.

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

Ambiente de software LabVIEW

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.

19ni.com

Aplicação exemplo de canalizador com LabVIEW FPGA• Canalizador com transformada e separaçãoem 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

Rece

pto

r R

FN

I-5792

Controlador para FlexRIO

FPGA

RT

10 GbEDados IQ brutos canalizados

1 porta UDP por canalVITA-49 Packing

DRAM 1 GbEEspectrogramaConfiguração

Channel Power Spectrum

PFT ChannelizerDRAM ReorderingVITA-49 Packing

10 GbE UDP

DesktopPC

20ni.com

Controlador para FlexRIOPrograme com LabVIEW• Diminua o tempo de desenvolvimento com um único

ambiente que engloba o FPGA e o processador

Use E/S de alto desempenho

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.

3 GS/s AI

1 Gb/s DIO

4,4 GHz RF

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.

21ni.com

Solução de monitoramento com o controlador para FlexRIO

23ni.com

Algoritmos de processa-mento de sinais tem de evoluir rapidamente em resposta a possíveis ameaças

Larguras de banda maisamplas requerem software sofisticado

para lidar com sinal intenso em processamento

Software deve escalar entremúltiplas plataformas de hardware e níveis de interpretação de tecnologia (TRLs).

Segurança é fundamental, e o IP no FPGA geralmente é o mais seguro.

Porque o software é tão importante?

CPU GPU

FPGA DSP

ArquiteturaMultiprocessador

Software é a parte mais difícil!!!

25ni.com

Abordagem de programação hibrida combinando linguagem Gráfica/Textual

27ni.com

A revolução da Prototipagem Rápida

LabVIEW Communications System Design Suite

29ni.com

Benefícios do LabVIEW para o processamento de sinal

31ni.com

Típicos fluxos de projeto

Algoritmo .mC/C++ ou

GNU Radio

Xilinx Vivado/ VHDL/RFNoC

.m algorithm

AND/OR

LabVIEW algorithm

LabVIEWLabVIEW

FPGA

HDL Coder + LabVIEW CLIP Node

MathScript RT

HDL Coder

C Coder

G

Código aberto

Suporte a comunidade

Usuários sofisticados

Sistema One-off

Plataforma LabVIEW

Suportado pela NI

Fácil de usar

Ecossistema aberto

G

32ni.com

Análise espectral em tempo real de alta performance usando LabVIEW FPGA

33ni.com

Instrumento baseado em FPGA desenvolvido por software

FPGA programável

em LabVIEW

34ni.com

Computação de altíssimo desempenho para aplicações de streaming em tempo real

36ni.com

• 3.51 GHz

• 128 antenas

• 256 QAM

• 145.6 bits/s/Hz para 22 usuários

Universidade de Bristol atinge novo recorde mundial em eficiência de espectro – May 2016

MIMO Massivo

“Em sua demonstração, o time usou uma plataforma de prototipagem flexível da NationalInstruments composto pelo software de projeto de sistemas LabVIEW e hardware PXI.”

Amy Nordrum, “5G Researchers Set New World Record For Spectrum Efficiency,” IEEE Spectrum, May 12, 2016, http://spectrum.ieee.org/tech-talk/telecom/wireless/5g-researchers-achieve-new-spectrum-efficiency-record.

37ni.com

MIMO Massivo

39ni.com

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 multi-

plataforma

• NC10 canalizador• Modo de amostra

contínua• Canais configuráveis• Programável

40ni.com

Ecossistema de Integradores SDR

Estação rádio base LTE comercial

Simuladores GPS usando FPGAs Sistemas SDR

atendendo à SCA

RedHawk: um ecossistema para

aplicações SDR militares ou governamentais

Simulador GPSUSRP série X para gravação, reprodução e simulação GPS

41ni.com

Environmental Sensing Capability (ESC) baseado no USRP E313

Exemplo: Citizens Broadband Radio Service (CBRS)

Conectores do tipo N robustos

Power Over Ethernet (POE) DC-DC

Proteção contra raiosE310 SDR/CR conectado termicamente ao encapsulamento

Encapsulamento à prova de água e poeira

USRP E310

42ni.com

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

43ni.com

Prototipagem e teste de radar

44ni.com

Navegação e monitoramento de espectro