Introdução à redes sem fio
inteligentes:
Aula 3: Plataformas de Hardware
Curso de Extensão
Semana Acadêmica 2013-1
Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013
Leonardo Roveda Faganello
Lucas Bondan
([email protected])
([email protected])
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Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo
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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?
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Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo
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Conceitos Básicos
 Comunicação via Rádio Frequência (RF)
Transmissor
Sinal
Sem Entrelaçamento:
Com Entrelaçamento:
Codificador de
m bits
n bits
Bloco ouMaisloucoqueoBatman
MaisloucoqueoBatman
de informação
codificados
101101000101
Mais____oqueoBatmanConvolucional
ucBolanatooisequmaM
uc___natooisequmaM
M_is_ouc_queo_atman
+
Canal
Sinal Modulado (FM)
Portadora
Receptor
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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
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Conceitos Básicos
 Tecnologias de comunicação evoluíram
 Dispositivos agora utilizam diferentes
tecnologias/frequências
 3G
 Wi-Fi
 Bluetooth
 NFC
 LTE (4G)
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Conceitos Básicos
 Deficiência:
 Hardware dedicado à cada tecnologia
 Dispositivos devem ser configurados
manualmente para cada conexão
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Conceitos Básicos
 Tendência:
 Arquiteturas para múltiplas frequências
 Hardware deve suportar essa adaptatividade,
tornando o rádio inteligente ou cognitivo
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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
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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
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Agenda
① Conceitos Básicos
② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
⑤ Futuro dos Dispositivos
⑥ Resumo
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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 MHz
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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
 Universal Software Radio Peripheral (USRP)
 Permite que computadores de propósito geral
sejam utilizados como plataformas de hardware
para SDR
 Placa-mãe possui uma FPGA
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② Plataformas de Hardware
③ Arquiteturas
④ USRP N210
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Arquiteturas
Software Communications Architecture (SCA)
 Desenvolvida pelo Departamento
de Defesa dos EUA
 Independência de hardware
 Reuso de software
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Arquiteturas
Software Communications Architecture (SCA)
 Framework Central:
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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
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USRP N210
Funcionamento
Giga Ethernet
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USRP N210
Placas Filhas
Basic TX
1 – 250MHz
RX/TX 900
750 – 1050 MHz
RX/TX 1800
1.5 – 2.1 GHz
Basic RX
1 – 250MHz
RX/TX 2400
2.3 – 2.9 GHz
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USRP N210
Antenas
400 MHz – 1 GHz
5-6 dBi
850 MHz – 6.5 GHz
5-6 dBi
Quad-band
824 – 960 MHz e 1710 – 1990 MHz
Omni - 3dBi
Tri-band
144 MHz, 400 MHz e 1200 MHz
Omni
Dual Band
2.4 - 2.48 GHz e 4.9 - 5.9 GHz
Omni – 3 dBi
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USRP N210
Nosso periféricos
Cabo MIMO
Loop Back
cable kit
RX/TX
400 MHz – 4400 MHz
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RX/TX
50 MHz - 2.2 GHz
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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
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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)
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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
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Obrigado!
Perguntas?
Lucas Bondan
[email protected]
Leonardo Roveda Faganello
[email protected]
http://networks.inf.ufrgs.br/dcg
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