Leonardo Roveda Faganello Lucas Bondan

`

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 (lrfaganello@inf.ufrgs.br) (lbondan@inf.ufrgs.br)

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)

5Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

6Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

Conceitos Básicos

Tecnologias de comunicação evoluíram Dispositivos agora utilizam diferentes

tecnologias/frequências 3G Wi-Fi Bluetooth NFC LTE (4G)

7Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

9Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

10Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

15Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

17Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

Agenda

① Conceitos Básicos

② Plataformas de Hardware

③ Arquiteturas

④ USRP N210

⑤ Futuro dos Dispositivos

⑥ Resumo19Semana Acadêmica 2013-1

Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

Arquiteturas

Software Communications Architecture (SCA)

Desenvolvida pelo Departamento de Defesa dos EUA

Independência de hardware

Reuso de software

20

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

Semana 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 Resumo22Semana Acadêmica 2013-1

Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

Agenda

① Conceitos Básicos

② Plataformas de Hardware

③ Arquiteturas

④ USRP N210

⑤ Futuro dos Dispositivos

⑥ Resumo29Semana Acadêmica 2013-1

Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

Agenda

① Conceitos Básicos

② Plataformas de Hardware

③ Arquiteturas

④ USRP N210

⑤ Futuro dos Dispositivos

⑥ Resumo31Semana Acadêmica 2013-1

Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

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

`

Obrigado!Perguntas?

Lucas Bondanlbondan@inf.ufrgs.br

Leonardo Roveda Faganellolrfaganello@inf.ufrgs.br

Curso de ExtensãoSemana Acadêmica 2013-1

Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

http://networks.inf.ufrgs.br/dcg