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Emprego de Rádio Definido por Software em projetos de cubesats e estações de terra Professor Dr Elói Fonseca UNESP

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Emprego de Rádio Definido por Software em projetos de cubesats e

estações de terra

Professor Dr Elói Fonseca

UNESP

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Evolução na Comunicação

Spectrum Deregulation

Software-defined Radio

Cognitive Radio

Drives

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All Spectrum May Be Assigned, But…

…Most Spectrum Is Unused!

XG is Developing the Technology and System Concepts to Dynamically Access Available Spectrum

DARPA XG Program

Goal: Demonstrate Factor of 10 Increase in Spectrum Access

Maximum Amplitudes

Frequency (MHz)

Am

pli

du

e (

dB

m)

Heavy UseHeavy Use

Sparse UseSparse Use

Heavy UseHeavy Use

Medium UseMedium Use

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Space Communications

• SDR permite o emprego de novos protocolos ao mesmo tempo que protocolos convencionais

FLOCK-X SMDC-ONE US ARMY

BIOSENTINEL NASA LUNAR ICE CUBE

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Projeto SPORT

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Ground Stations

• SDR permite o emprego de novos protocolos ao mesmo tempo que protocolos convencionais em estações de terra.

FUNCUBE

RTL-SDR

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Deep Space Communications

• SDR permite o emprego de novos protocolos ao mesmo tempo que protocolos convencionais

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Standards drive development (IEEE 1901 - Draft)

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Rádio Cognitivo requer flexibilidade e inteligencia

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Exemplo: Plataformas de desenvolvimento SDR

Spartan 6 + 4 ports (TXA, TXB,RXA and RXB)

FMC card with 4 ports (TXA, TXB,RXA and RXB) Compatible SP-601G and ML-605

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Exemplo: Plataformas de desenvolvimento SDR

SP601G Spartan 6

ML-605 Virtex 6

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Resultados Obtidos

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Resultados Obtidos

Testes modulação Apoio LABGE ITA

Testes demodulação Apoio LABGE ITA

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Possiveis Aplicações

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Fluxo projeto (PDCA)

• Requisitos

• Tecnologias disponíveis / Reusabilidade

• Projeto

• Testes

• Revisão e melhorias

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Red Star denotes Space related revisions to DoDI 5000.02 (08 Dec 2008)

New Space Acquisition Policy Acquisition Management System Revisions

Materiel Solution

Analysis

Technology Development

Engineering & Manufacturing

Development

Production &

Deployment

Operations & Support

Material

Development

Decision

Post SDR

Assessment

Follow

On Buy

Approval

SDR/SFR PDR CDR

A B C IOC FOC

IPA IPA

SRR

IPA

Technology

Development

Strategy (TDS)

Approval

(w/Space related

provisions)

Acquisition

Strategy

Approval

JROC

CDD

JROC

CPD Initial

CDD

JROC

ICD

IPA

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Surrey S-Band transceiver card

• RF frequency range: 2025 to 2100 MHz • <3 KHz synthesiser Drift • Data rate: 9.6 Kbps or 19.2 Kbps • Modulation: CPFSK • Noise figue: <8.5dB • Mass : 1.3Kg • Power consumption : 1.5 W at 28V • Dimensions : 190 x 135x 60 mm • Design Lifetime (LEO) : 7+ years • Operating temperature range: -20º C to +50º C • Interfaces: 50 ohm RF interface (SMA ); 44-pin DD

(Data/Clock/TMTC), CAN Bus TMTC interface, TTL, LVDS

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Surrey S-Band transceiver card Heritage

• ALSAT-1, UK-DMC-1, BILSAT-1, • NigeriaSat-1, TOPSAT, Beijing-1, • CFESAT, GIOVE-A (ESA), RapidEye (x5), Deimos-1, UK-DMC-

2, NigeriaSat-2, NigeriaSat-X, Sapphire, exactView-1, • KazEOSat-2 ( 2014) • TechDemoSat-1( 2014), • DMC3 constellation ( Launched 2015), • NovaSAR ( Launching 2016) • CSIRO (Fedsat) • USAFA (FalconSat-2) • Third party mission ( Launching 2015)

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L-3 Cadet Nanosatellite Radio DICE-1 DICE-2

Dynamic Ionosphere CubeSat Experiment

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Constellation Data Flow for HiDEF 90 Small Satellites

10 km spatial sampling 55 Mbits/day 2 GBytes onboard storage

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L-3 Cadet Nanosatellite Radio

• Low power design for minimum consumption

• Up to 22 Mbps data rates, depending of configuration

• Store and forward architecture

• Scalable software-defined architecture

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BITBEAM BBSDR High Speed Software defined Radio

• X-Band TX • Frequency Range 8.1~8.5Ghz • Psat 35dBm • Power Consumption <12.3W • S-Band RX • Frequency Range 2.0~2.1Ghz • Noise Figure 1.2dB • Power Consumption 430 - 490 mW • S-Band(ISM) TX • Frequency Range 2.4~2.5Ghz • Psat 34dBm • Power Consumption <10.6W • S-Band(ISM) RX • Frequency Range 2..4~2.5Ghz • Noise Figure 1.2dB • Power Consumption 430 – 490 mW

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BITBEAM BBSDR High Speed Software defined Radio

• SDR Specs

• Channel bandwidth up to 50Mhz

• Arbitrary IQ Generation: 2-FSK, OOK, MSK, GFSK, BPSK, QPSK,

• 8-PSK, 16-QAM, 32-APSK, OQPSK, FM, AM, etc…

• 200+Mbps data rates possible with 32-APSK.

• Software Interface

• Onboard Processor running Linux OS

• RS-485/RS-232/USB/LVDS/SPI/ETHERNET interfaces

• GPIO ports for sensors and command signals

• Can run GNUradio onboard

• Bitrates & packet protocols configurable on-air

• FEC programmable by user

• Encryption programmable by user

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CSR-SDR-S/S Vulcan Wireless Inc

• The CSR-SDR-S/S is a fully integrated

• full duplex software defined radio transponder

• Universal Space Network (USN) Certified

• Integrated full duplex S-Band transponder

• <1/2 U CubeSat form factor

• Programmable Frequency and Waveforms

• NSA Type-1 Encryption or software based encryption available

• TDRS, USB Waveforms and Coherent Turn Around and Ranging

• Compatible with NASA NEN and DSN

• Non-ITAR versions available

• Slated to fly on 7 LEO spacecraft missions between late 2015 and early 2016

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CSR-SDR-U/U Vulcan Wireless Inc

• The CSR-SDR-U/U is a UHF transceiver for spacecraft communications

• Programmable Software Defined Radio Architecture

• Direct to War Fighter Communications

• <1/4 CubeSat form factor

• Half duplex/Full Duplex Configurations

• Integrated AES 256 Encryption

• On orbit flight heritage

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NSR-SDR-MUOS Vulcan Wireless Inc

• The NSR-SDR-MUOS is a fully integrated full duplex MUOS and Legacy UHFSATCOM software defined radio

• Software Defined Radio Architecture • Spread Spectrum/Anti-Jam Waveforms • NSA Suite B Encryption • Direct to War Fighter Communications • 1/2U CubeSat form factor • Half duplex/Full Duplex Configurations • Integrated high performance GPS

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LPR-SDR-S/S Vulcan Wireless Inc

• The LPR-SDR-S/S is a fully integrated full duplex software defined radio transponder

• Integrated full duplex S-Band transponder

• <1/2 U CubeSat form factor

• Programmable Frequency and Waveforms

• TRRS, USB Waveforms and Coherent Turn Around

• Compatible with NASA NEN and DSN

• NSA Type-1 Encryption or software based encryption available

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ORS-SDR-U/U Vulcan Wireless Inc

• The ORS-SDR-U/U is a fully integrated full duplex software defined radio with an S-Band transceiver

• Programmable Software Defined Radio Architecture

• Integrated NSA Certified Type-1 Encryption

• Direct to War Fighter Communications

• 1/2U CubeSat form factor

• Half duplex/Full Duplex Configurations

• On orbit flight heritage

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ORS-SDR-U/U Vulcan Wireless Inc

• The ORS-SDR-U/U is a fully integrated full duplex software defined radio with an S-Band transceiver

• Programmable Software Defined Radio Architecture

• Integrated NSA Certified Type-1 Encryption

• Direct to War Fighter Communications

• 1/2U CubeSat form factor

• Half duplex/Full Duplex Configurations

• On orbit flight heritage

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EWC 27 HDR-TM X Band Transmitter Syrlinks

• X-band transmitter can transmit up to 13.3 GB per pass with a 5 m station, designed for LEO CubeSat & Nanosatellites

• Up to 13.3 GB per pass can be downloaded on a 5 m station or 5,8 GB per pass on a 3,4 m station.

• High DataRate TeleMetry - Up to 100 Mbps

• 2 years life-time LEO missions

• Observation & Scientific payloads

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X Band HDR TM transmitter for LEO satellites Syrlinks

• EWC30 is the second generation of Syrlinks X Band transmitter to answer to an increasing demand of high data rate transmission, and extended missions in orbit up to 7.5 years in LEO (Low Earth Orbit).

• EWC30 Class 3 (& EWC30-II Class 2) is a reliable, high performance & low power consumption X Band (8GHz) Transmitter, which was developed by Syrlinks for downloading telemetry on small platforms.

• EWC30 fully compliant to ECSS-Q-ST-60C Class 3 standard, and based to space qualified components.

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SWIFT SDR

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SWIFT SDR

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Comentários Finais

• Reuso – palavra chave

• Flexibilidade e modularidade

• Disponibilidade de tecnologia

• Integração

• Ferramentas de desenvolvimento

• Ponto Chave: capacitação de pessoal

• Oportunidade tecnologica e comercial

• Visão estratégica

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Contatos

• Eloi Fonseca – Maj R1

• Professor Doutor na UNESP-Rosana

• +551832849200 R 9297

• +5512981393422

[email protected]