- Генераторы СВЧ
- Анализаторы СВЧ
- Векторные анализаторы цепей
- Программно определяемые СВЧ приборы
- Широкополосные векторные переносчики сигналов
- PXI широкополосные векторные переносчики сигналов
- СВЧ компоненты
- Многофункциональный комплекс RF-bench - 6-в-одном
- Контрольно-измерительный стенд для прототипирования и верификации СВЧ миллиметрового диапазона (mm Wave)
- Прикладные программы
- Примеры решений СВЧ систем
Примеры решений
Massive MIMO с USRP
Massive MIMO – это технологии повышения спектральной эффективности передачи в мобильной связи в условиях городской застройки благодаря использованию сотен антенн. Исследователи Massive MIMO ценят возможность ранней экспериментальной проверки алгоритмов – в реальной обстановке и с реальными сигналами.
Оборудование системы
• Приемопередатчики: USRP-294x
• Передача данных: Шасси PXIe-1085, PCI SwitchBox
• Обработка сигналов: ПЛИС в USRP и FlexRIO, контроллер PXIe-8880
• Cинхронизация: PXIe-6674T, Octoclock CDA-2990
MIMO Application Framework
• Готовый открытый проект LabVIEW
• Для базовой станции и абонентских
устройств
• SU-MIMO, MU-MIMO, Massive MIMO
• Кодирование MIMO
• Advanced Reciprocity Calibration
• Измерения в реальном времени
Первые пользователи NI Massive MIMO
University of Bristol, Lund University, British Telecom, Facebook, Samsung, Nokia,
Intel, KU Leuven, НИУ МИЭТ.
Рекордные 145 бит/с/Гц спектральной эффективности
Задача: Создать прототип системы для обеспечения 20x увеличения использования спектра с помощью Massive MIMO.
Решение: Экспериментальный стенд NI MIMO Prototyping System на 128 антенн: 64 USRP под управлением ПО на LabVIEW для ПК и ПЛИС. Cотрудничество University of Bristol, Lund University и NI.
”Интегрированная программно-аппаратная
платформа NI MIMO Prototyping System с ПО MIMO
Application Framework сняла много сложностей
этой разработки.”
Пол Харрис, CSN Group, Unversity of Bristol
Имитация радиообстановки в реальном времени
Программно-аппаратное моделирование радиосистем используется как на этапах НИОКР, так и для испытаний систем. Для обеспечения корректной имитации требуется непрерывная цифровая обработка сигналов с малыми задержками.
Colosseum – самый большой имитатор радиоканала
Задача: Создать платформу для отладки алгоритмов и проведения соревнований команд SDR+AI по коллективному использованию спектра в рамках DARPA Spectrum Collaboration Challenge. Обеспечить mesh-взаимодействие всех 256 каналов с 52 ТБ/с данных в реальном времени.
Решение: Имитатор радиоканала на 128 устройствах USRP и 8 обработчиках ATCA-3671. Синхронизация с Octoclock CDA-2990. Управление сценариями и визуализация в реальном времени.
”Проектирование системы такого масштаба с нуля
заняло бы годы. Альтернативы использованию
коммерческих SDR от NI несли слишком большие
риски и затраты.”
Пол Тилгман, Program Manager,
DARPA Spectrum Collaboration
Имитация TCAS как части радиообстановки самолета
Задача: Имитация окружающего трафика в ходе моделируемого полета. Формирование ответного сигнала в реальном времени. Имитация расстояния до самолета (3 мкс не ответ), пеленга (4 копии ответного сигнала), наложение ответов до 4 самолетов.
Решение: Использование 4 трансиверов FlexRIO 5971 в конфигурации MIMO с общим гетеродином, формирование и суммирование ответов на ПЛИС в реальном времени.
”Данный имитатор – лишь одна из систем большого имитатора всех радиосистем воздушного судна. Мы создали имитационную среду радиообстановки самолета, чтобы включить в процесс наземных испытаний реальные радиосистемы, ранее заменяемые математическими моделями.
FlexRIO позволяют нам элегантно решать поставленные задачи в рамках стенда.”
Ведущий инженер проекта
Контроль эфира для БПЛА
Задача: Обнаружение и перехват сигналов downlink и uplink коммерческих дронов, мониторинг их активности, постановка помех и перехват управления по радиоканалу.
Решение: Контроль эфира для дронов включает целый ряд задач, решаемых с помощью SDR приемопередатчиков в ряде частных компаний и правительственных организаций. Обнаружение сигналов и перехват GPS координат из downlink канала позволяет видеть передвижения аппаратов, подмена навигационных сигналов совместно с глушением канала управления используется для управления полетом и для посадки в нужном месте. Полноценный перехват сигналов uplink позволяет полностью управлять аппаратом.
SkySafe использует USRP X310 для автомобильных систем РЭБ против дронов.
”USRP X310 – это единственная коммерчески доступная SDR с достаточными возможностями радиотракта и цифровой обработки чтобы удовлетворить растущие требования борьбы с угрозой от дронов.”
Scott Torbor, SkySafe CTO
Пространственно адаптивное телевещание: анализ в программно-аппаратном цикле.
Вещательные антенны устанавливаются на основе нескольких предположений планирования, которые никогда полностью не отражают реальность. Сеть проектируется с избытком, энергоэффективность снижается. Усилители DVB-T неэффективны по своей сути, что усугубляет проблему.
Задача: оптимизировать эффективность цифровой сети, адаптируя покрытие в реальном времени по обратной связи от пользователей с помощью методов лучеформирования
Решение: Пользовательское оборудование с подключением к интернету будет передавать нужные метрики качества обслуживания (QoS) в центральный контроллер. Основываясь на этих данных обратной связи, мощности вещания и диаграммы направленности могут быть изменены для оптимизации энергоэффективности широковещательной сети. Эта система разработана таким образом, чтобы не требовать от каждого пользователя в той или иной области иметь возможность обратной связи с данными, ограничивая накладные расходы инфраструктуры
Анализ ТВ сигнала в прямом эфире
— Запись мощности транслируемого ТВ сигнала в полосе в течение 72 часов, используется NI-USRP 2920
— Диаграммы интенсивности и измерение спектра в LabVIEW
— Позволил оценить флуктуации мощности во времени и затем смоделировать их в канальном эмуляторе для экспериментов HIL
Прогнозируемая экономия энергии в британской сети DTT
— В ходе этого исследования было показано, что адаптивная система может снизить ERP вещательной башни на 20-35%
— Применение оценки сокращения ERP для 49 крупнейших вещательных станций Великобритании дает ежегодную экономию в сети, показанную в таблице
— Это свидетельствует о существенном сокращении углеродного следа британской сети и приведет к значительной экономии средств
ULLA-X: Связующее ПО для крупномасштабных и распределенных экспериментов с беспроводной связью.
Задача: Исследование беспроводных систем, в частности, часто требует широких возможностей реконфигурации, но затрудняется разрозненными средствами управления и специфичными для предметной области инструментами управления.
Решение: ULLA-X легко интегрируется в экосистему продуктов NI через коннекторы LabVIEW для подсистемы NPSV.
Элементы управления для новых и существующих шаблонов проектов легко доступны через экспозицию в LabVIEW. Это позволяет быстро создавать прототипы с помощью пользовательских шаблонов проектов для радиосистем.
Ядро ULLA-X взаимодействует с пользовательскими приложениями по стандартному сетевому протоколу. Оно планирует задачи мониторинга, собирает статистику устройств и реагирует на изменения в состоянии на основе триггерных событий.
Ядро подключается к различным радиосистемам через специальные модули для каждого производителя, которые преобразуют выражения чтения и записи в соответствующие команды запроса или конфигурации. Для интеграции специфики эталонного проектирования используются простые файлы описания и конфигурации.
ULLA-X предлагает расширенные возможности управления, например, автоматическое обнаружение и схемы распределенного управления.
Институт сетевых систем RWTH Aachen University, Германия
Автомобильный фронтальный радар на основе IEEE 802.11.
Задача: NTSB требует обнаружения и предотвращения лобовых столкновений на всех новых транспортных средствах.
Радары mmWave дороги, их довольно легко обмануть, и они не связаны с коммуникационной сетью.
Решение: Оборудование NI: USRP RIO (2953R)
ПО NI: LabVIEW FPGA 2014
Устройства IEEE 802.11 широко доступны и совместимы с IEEE 802.11p. Возможна реализация с требованием узкой полосы: 20 МГц в диапазоне 5 ГГц. Продемонстрирована точность порядка метра на расстоянии до 50 м в модельной среде.
Это исследование было частично поддержано Департаментом транспорта США через Data-Supported Transportation Operations and Planning (D-STOP) Tier 1 University Transportation Center и Техасским Департаментом транспорта в рамках проекта 0-6877 “Communications and Radar-Supported Transportation Operations and Planning (CAR-STOP)”. Доктор Дэниэлс также работает в Kuma Signals, LLC.
Wireless Networking and Communications Group
Техасский университет в Остине
Разнородность и сосуществование в связи для Smart Grid.
Задача: Повышение надежности связи smart grid.
Цель: интеграция клиентов smart grid
— Масштабировать напряжение к потреблению энергии
— Биллинг по ставкам в реальном времени
— Анализ профилей нагрузки
— Повышение надежности системы
Реализация проекта
Неоднородность беспроводной связи / связи по ЛЭП
— Неидентичная статистика каналов, шумов и помех
— Максимизация коэффициента комбинирования – оптимальный метод максимизации правдоподобия для аддитивного гауссовского шума.
— Передача OFDM с 256 подканалами и модуляцией BPSK
— Частота дискретизации 0,4 МГц
— Модель шума беспроводной связи: Гауссова смесь с двумя компонентами
— Модель шума связи по ЛЭП: циклостационарный шум
— Стандарты 802.11ah и 802.15.4g используют один диапазон ISM 900 МГц
— Использована модель потерь в канале для большой зоны вне помещения
— Используется следующая модель интерференции: d(Rxv, Txv) = dD и d(Rxi, Txi) = dU
— Используется метрика желаемое/нежелательное соотношение сигналов
Испытательный стенд:
— Испытательный стенд оборудования и программного обеспечения реального времени для проводной связи MIMO OFDM
— Оцененные алгоритмы: bit allocation, time equalization, farend crosstalk cancellation (zero-forcing and successive interference)
Гибкая реализация GFDM на ПЛИС с поддержкой реконфигурации времени исполнения
Инновационные приложения 5G бросают вызов будущим сотовым системам с новыми требованиями. Стандарт 4G на основе OFDM не может охватить их все. Обобщенное мультиплексирование с частотным разделением предоставляет гибкие формы сигнала с несколькими несущими и дополнительными степенями свободы. Данный проект представляет стратегию гибкой реализации на ПЛИС для GFDM, с реконфигурацией во время исполнения, с использованием пакета LabVIEW Communications System Design Suite.
Результаты
— Гибкая конструкция в ПЛИС
— Параметры, настраиваемые вовремя исполнения:
— Число поднесущих K
— Число субсимволов M
— Фильтр формированияимпульсов
— Временное окно
— Циклический префикс
— Карта ресурсов
— Обучающая последовательность
Архитектура широкополосных распределенных систем с общим использованием спектра на основе LTE
Задача: разработать радиотехническую архитектуру для распределенного совместного использования спектра вторичными пользователями (SUs) в локализованной области и широкой полосе.
Решение: архитектура, основанная на физическом уровне OFDM, позволяет нескольким парам пользователей использовать один или несколько подканалов внутри полосы, не вызывая вредных помех друг другу. Архитектура реализована с использованием устройств NI USRP RIO и пакета LabVIEW Communications System Design Suite.
Тесты в LTE Application Framework System показывают, что эффективность совместного использования спектра в реализованной распределенной системе при достаточно высоком отношении сигнал/шум близка к верхней границе.
— Эффективносить зондирования спектра повышается с ростом N
— Производительность системы выше при N≥M
Университет Нотр-Дам
Испытательный стенд TOUCAN Wireless SDN: мультитехнологическая платформа
Задача:
— Достичь максимальной конвергенции сетей, обеспечиваемой радикально новой архитектурой, не зависящей от технологии, для широкого спектра приложений и услуг конечных пользователей
— Способствовать оптимальному соединению доменов сетевых технологий, сетевых устройств и наборов данных с высокой гибкостью, пропускной способностью, высокой адаптивностью, ресурсо- и энергоэффективностью
— Преодолеть традиционные барьеры между инфраструктурой оборудования и услугами, включив сетевую инфраструктуру и управление ею в состав сквозной цепочки предоставления услуг
— Плавно сближать разнородные технологические области
— Поддерживать очень высокую пропускную способность, диапазон детализации и емкость
Решение: Испытательный стенд TOUCAN Wireless SDN
— Часть лаборатории TOUCAN LAB, уникальной крупномасштабной экспериментальной мультитехнологической платформы, предназначенной для проверки, уточнения и демонстрации новых решений, разработанных в рамках задач TOUCAN
— Экспериментальная платформа, объединяющая беспроводную и оптическую связь с ИТ, интегрирующая их как на аппаратном, так и на программном уровне
— Мульти-технологическое средство эмуляции, способное поддерживать различные технологии TOUCAN в масштабе и в режиме реального времени
— Экспериментальная платформа, открытая для экспериментов во всех слоях и областях, предлагающая исследователям полный контроль и программируемость для создания многофункциональной уникальной исследовательской среды
Communication Systems and Networks Group, Бристольский университет
Бесконтактное обнаружение дыхания с помощью пассивного радара
— Бесконтактное обнаружение дыхания имеет важное значение в мониторинге интенсивной терапии, долгосрочном мониторинге, а также в других неклинических областях, таких как мониторинг здоровья работников (пилотов самолетов, пожарных и т. д.)
— Пассивный радар позволяет системе обнаружения работать без специальных устройств и без источников сигнала
— Источник — передатчик сбора энергии
— Приемник — данные, полученные от двух устройств USRP-2921
Предложенная система обнаружения дыхания обеспечивает высокую корреляцию дыхательного сигнала до 60 см и правильную частоту дыхания до 100 см.
Предложенная система работает в реальном времени со скоростью вывода 5 показаний в секунду
Communication Systems and Networks Group, Бристольский университет
Русский
English