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Leonardo Roveda Faganello Lucas Bondan
Introdução à redes sem fio inteligentes: Aula 3: Plataformas de Hardware Curso de Extensão Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013 Leonardo Roveda Faganello Lucas Bondan
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Semana Acadêmica 2013-1 Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Agenda Conceitos Básicos Plataformas de Hardware Arquiteturas USRP N210 Futuro dos Dispositivos Resumo Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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? Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Agenda Conceitos Básicos Plataformas de Hardware Arquiteturas USRP N210 Futuro dos Dispositivos Resumo Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Conceitos Básicos Comunicação via Rádio Frequência (RF) Transmissor Codificação Entrelaçamento Modulação Filtragem D/A ∑ Canal Codificação: acréscimo de informações para correção de erros (blocos ou convolucional) Entrelaçamento: “embaralhamento” dos dados, evitando que partes contínuas de dados sejam perdidas Modulação: forma com que o dado será transmitido pelo meio sem fio em forma de onda. Movimentos da boca- 10 Hertz esta frequência não produz ondas acústicas propagáveis. Cordas vocais amplificam para que possam ser propadas no ar e detectadas pelos ouvidos (AM,FM,PM,QAM,BPSK,QPSK) Filtragem: transmitir na frequência desejada Receptor Codificação Entrelaçamento Modulação Filtragem A/D Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Conceitos Básicos Comunicação via RF restrita a cada dispositivo Frequência de operação determinada ainda na fase de projeto Ex.: telefone celular Exemplo: telephone. Opera em determinada faixa de frequências Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Conceitos Básicos Tecnologias de comunicação evoluíram Dispositivos agora utilizam diferentes tecnologias/frequências 3G Wi-Fi Bluetooth NFC LTE (4G) Smartphones. Problema: tu mesmo tem que selecionar a melhor forma de comunicação Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Conceitos Básicos Deficiência: Hardware dedicado à cada tecnologia Dispositivos devem ser configurados manualmente para cada conexão Embora encapsulados em um mesmo chip, o dispositivo nao alterna entre eles automaticamente Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Conceitos Básicos Tendência: Arquiteturas para múltiplas frequências Hardware deve suportar essa adaptatividade, tornando o rádio inteligente ou cognitivo Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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 Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Conceitos Básicos Software Defined Radio (SDR) Interface de rádio flexível, implementada tanto em software quanto em hardware Permite a implementação do handoff espectral Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Plataformas de Hardware
Exemplos de plataformas que suportam SDR SPEAKEasy Sora Flex 6700 Zeus ZS-1 USRP Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Plataformas de Hardware
SPEAKEasy – U.S. Air Force ( ) 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 Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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 Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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 MHz Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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 Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Plataformas de Hardware
Universal Software Radio Peripheral (USRP) Permite que computadores de propósito geral sejam utilizados como plataformas de hardware para SDR Placa-mãe possui uma FPGA Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Arquiteturas Software Communications Architecture (SCA) Desenvolvida pelo Departamento de Defesa dos EUA Independência de hardware Reuso de software A1 A2 A3 A4 A5 Middleware CORBA SCA FC SO e Pilhas de Protocolos Módulos de Suporte ao Hardware Hardware Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Arquiteturas Software Communications Architecture (SCA) Framework Central: Gerenciador de Dispositivos Sistemas de Arquivos Gerenciador de Domínios Dispositivos Gerenciador de Aplicações Aplicações Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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 Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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USRP N210 Funcionamento Giga Ethernet Placa Filha de Transmissão A/D D/A FPGA A/D D/A Placa Filha de Transmissão Placa Filha de Recepção A/D D/A A/D D/A Placa Filha de Recepção Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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USRP N210 Placas Filhas Basic TX 1 – 250MHz Basic RX RX/TX 900 750 – 1050 MHz RX/TX 1800 1.5 – 2.1 GHz RX/TX 2400 2.3 – 2.9 GHz Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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USRP N210 Antenas 400 MHz – 1 GHz 5-6 dBi 850 MHz – 6.5 GHz 5-6 dBi Tri-band 144 MHz, 400 MHz e 1200 MHz Omni Quad-band 824 – 960 MHz e 1710 – 1990 MHz Omni - 3dBi Dual Band GHz e GHz Omni – 3 dBi Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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USRP N210 Nosso periféricos Cabo MIMO Loop Back cable kit RX/TX 400 MHz – 4400 MHz RX/TX 50 MHz GHz Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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USRP N210 Interfaces de comunicação Interface Giga Ethernet para comunicação com o PC Porta de expansão para operação MIMO MIMO Giga Ethernet Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Agenda Conceitos Básicos Plataformas de Hardware Arquiteturas USRP N210 Futuro dos Dispositivos Resumo Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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) Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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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 Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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Leonardo Roveda Faganello
Obrigado! Perguntas? Lucas Bondan Leonardo Roveda Faganello Curso de Extensão Semana Acadêmica Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
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