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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 (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 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
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 Resumo4
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Conceitos Básicos
Comunicação via Rádio Frequência
(RF)
5Semana Acadêmica 2013-1
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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
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Conceitos Básicos
Tecnologias de comunicação
evoluíram
Dispositivos agora utilizam diferentes
tecnologias/frequências
3G
Wi-Fi
Bluetooth
NFC
LTE (4G)7
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Conceitos Básicos
8Semana Acadêmica 2013-1
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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 2013-1
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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
10Semana Acadêmica 2013-1
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Conceitos Básicos
11Semana Acadêmica 2013-1
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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 Resumo12
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Plataformas de Hardware
Exemplos de plataformas que
suportam SDR
SPEAKEasy
Sora
Flex 6700
Zeus ZS-1
USRP
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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
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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 MHz16
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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 2013-1
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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 Resumo19
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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
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Arquiteturas
Software Communications Architecture
(SCA)
Framework Central:
21
Gerenciador de
Dispositivos
Sistemas deArquivos
Gerenciador de
Domínios
DispositivosGerenciador
deAplicações
Aplicações
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Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo22
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USRP N210
23Semana Acadêmica 2013-1
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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
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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
25Semana Acadêmica 2013-1
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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 2013-1
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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 2013-1
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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 2013-1
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MIMO Giga Ethernet
Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo29
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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)30
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 Resumo31
Semana Acadêmica 2013-1Porto 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 2013-1
Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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
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