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22 Marzo 2012 IFEMA, Madrid spain.ni.com/nidays
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Analizadores Vectoriales de Señal para grabación y procesado en Tiempo-Real
Angel Sendin Applications Engineer
Receptor SIGINT
Signal Processing
Data Bus, Timing,
Synchronization RF Acquisition
GPS Synchronization Navigation Data
Receptor SIGINT
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Agenda • Introducción
• Plataforma Tecnológica Clave
• Aplicaciones
– Grabación de Espectro de Radiofrecuencia
– Búsqueda por Radio-Dirección
– Monitorización de Espectro e Inteligencia de Señal (SIGINT)
• Demo: Monitorización y Análisis de Espectro en Real-Time
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Monitorizar el Espectro Electromagnético
El control del SEM es crítico para el gobierno, el comercio y la defensa • Gobierno
– Regulación del espectro – Vigilancia de actividades terroristas
• Comercio – Calidad y salud de la red – Detección e identificación de interferencias
• Defensa – Vigilancia – Ubicación de objetivos (Threat targeting)
– Perturbación /Engaños de radar (Jamming /deception)
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Diagrama Simplificado de Recepción/Procesado de Señal
Procesado de Señal Real-Time Almacenamiento
Array de antenas Omnidirecional/Direccional (guiadas mecanicamente o electricamente)
Análisis Offline
Adquisición de Señal RF de alto-rendimiento
Movimiento de Datos a Alta Velocidad
Procesado de Señal Optimizado Temporización
y Sincronización
Adquisición RF
Adquisición RF
Almacenamiento de Alta-Capacidad
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Instrumentación Modular RF en PXI Backplane PXI • Tecnologia de Bus • Temporización • Sincronización • PCI Express • Trigger diferencial • Relojes 10/100 MHz
Slots Perifericos • Slots PXI y PXI híbridos • >1,500 PXI módulos de >70 vendedores
Chasis • Refrigeración • System monitoring • Testeo HALT • Procesadores Custom
Controlador PXI • Windows, Linux, Real-Time • ADEs • Multinucleo •MXI Integrado
Servicios • Ensamblaje y test como sistema • Acuerdos de extensión de vida y alta disponibilidad
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Procesado de Señal Real-Time Almacenamiento
Array de antenas Omnidirecional/Direccional (guiadas mecanicamente o electricamente)
Análisis Offline
Adquisición de Señal RF de alto-rendimiento
Adquisición RF
Adquisición RF
Diagrama Simplificado de Recepción/Procesado de Señal www.infoPLC.net
Instrumentación RF de Alto Rendimiento PXIe-5665: 14 GHz Analizador de Señal/Espectro Especificaciones
– Rango de Freq: 20 Hz to 14 GHz – BW de Análisis: 25/50 MHz w/DDC – Ruido de Fase: -129 dBc/Hz 800 MHz a 10kHz – Suelo de Ruido: <-165 dBm/Hz – TOI: +24 dBm – WCDMA ACLR: -80 dBc – EVM (256-QAM): 0.33%
Características – Modo lista RF – Arquitectura de recepción Multi-canal – Streaming y P2P de Alta velocidad
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Instrumentación RF Microondas de Banda Ancha Phase Matrix Downconverter Y Digitalizadores NI
• Rango de frecuencias entre 100 kHz y 26.5 GHz • Salidas IF ancha (350 MHz) y estrecha (30 kHz y 8 MHz) • Oscilador local de sintonización rápida(<1 ms) • Ruido de fase -118 dBc/Hz a 10 kHz offset desde 1 GHz (típico)
• Filtro preselector YIG y atenuador programable
• Precisión típica de ±1.5 dB en amplitud
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Productos Hardware en RF de NI Hardware RF • 2.7 GHz Vector Signal Analyzer • 2.7 GHz Vector Signal Generator • 6.6 GHz Vector Signal Analyzer • 6.6 GHz Vector Signal Generator • 6.6 GHz CW Generator • 3.0 GHz, 30 dB Pre-Amp • 6 GHz True-RMS Power Meter • Up to 26.5 GHz, mux, GP relays
Hardware IF/Banda-base • 400 MS/s, 16-bit dual channel AWG • 150 MS/s, 16-bit high-speed IF digitizer • 32 channel, 400 Mb/s high-speed DIO Software RF y Comunicaciones • Spectrum Measurements Toolkit • Modulation Toolkit • Standards-Based Toolkits
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Procesado de Señal Real-Time Almacenamiento
Array de antenas Omnidirecional/Direccional (guiadas mecanicamente o electricamente)
Análisis Offline Movimiento de Datos a Alta Velocidad
Adquisición RF
Adquisición RF
Diagrama Simplificado de Recepción/Procesado de Señal www.infoPLC.net
Movimiento de Datos a Alta Velocidad • Enlaces PXI Express x8 PCI Express a cada slot
del sistema
– NI invierte en ASIC propietario para optimizar el
movimiento de datos a través de PCI Express
– Soporte para streaming Peer-to-Peer
NI STCIII, PCI Express x4, 800 MB/s sustained data transfer
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Tasas de Transferencia PCI Express
PCI Express Link Generación Tasa Teórica Unidireccional
Tasa Teórica Bidireccional
x4 Gen 1 1 GB/s 1 GB/s x2
x16 Gen 1 4 GB/s 4 GB/s x2
x4 Gen 2 2 GB/s 2 GB/s x2
x16 Gen 2 8 GB/s 8GB/s x2
PCI permite 132MB/sec compartidos
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Señalización PCI Express • Serie de Alta-Velocidad Punto-a-Punto
– Señalización diferencia de bajo voltaje (2.5 Gbps para Gen1) – Comunicación basada en paquetes, con codificación 8b/10b – “Lane” – un par de señales diferenciales para cada dirección – “Dual-Simplex” – las dos direcciones tienen bajo (relativo) impacto
• Se agregar mas Lanes para aumentar la tasa de transf. – “Link” – un grupo de lanes que forman un bus lógico individual – Las lanes de un link no se pueden usar como lineas independientes de datos
• Longevidad con respecto al cloking de Gen-2 (5 Gbits/s) y Gen-3
Equipo A
“Lane” “Link”
EquipoB
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Tasas de Streaming en un Sistema NI PXI Express
800 MB/s
Streaming de/desde Memoria del Controlador
Puede sostener 7 flujos unidireccionales a 800 MB/s para un
total de 5.6 GB/s
700 MB/s
Streaming de/desde HDD Puede sostener 4 flujos a 700 MB/s para 2.8GB/s/dirección
(5.6GB/s sistema total)
Streaming Punto-a-Punto Puede sostener 8 flujos a 700 MB/s para 5.6GB/s/dirección
(11.2GB/s sistema total)
700 MB/s
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Procesado de Señal Real-Time Almacenamiento
Array de antenas Omnidirecional/Direccional (guiadas mecanicamente o electricamente)
Análisis Offline
Procesado de Señal Optimizado
Adquisición RF
Adquisición RF
Diagrama Simplificado de Recepción/Procesado de Señal www.infoPLC.net
Data Flow C Code Textual Math Simulation Statechart
Plataforma de Diseño Gráfico de Sistemas
Real-Time FPGA Microprocesadores Desktop
Procesamiento Optimizado Multiples Modelos de Diseño y Multiples Plataformas
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Rendimiento de Arquitecturas Paralelas
Rendimiento CPU
(GFLOPs)
Rendimiento FPGA
(GMACs)
1997 2001 2002 2004 2005 2006 2009 1999 5
50
500
5,000
5
50
500
5,000
FPGAs
CPUs
2011
2.376 TMACS
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Procesado FPGA con NI FlexRIO
• Con FPGA de la serie Xilinx Virtex-5 SXT • Acceso directo a las FPGA GPIO • Utilizada con módulos adaptadores I/O • Streaming punto-a-punto
• 800 MB/s a través del backplane PXI Express • 16 transferencias simultaneas
• DRAM embebida • 2 bancos de 256 MB • 1.6 GB/s por banco
• Sincronización mejorada • Compartir reloj de referencia PXI 10 MHz o DSTAR_A con
módulo adaptador
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4799
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/it/nid/208164
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Procesado de señal con LabVIEW • DDCs/DUCs/Filtrado/Canalización/
Diezmado • Potencia en banda, potencia en canal
adyacente, burst timing, BER, EVM, MER, ρ, y más.
• RF avanzado, medida espectral y software de modulación
• Formato de modulación personalizado, codificación de canal e impairments
• Diseño wavelet y de bancos de filtrado para caracterización de señal de corta duración, reducción de ruido y detrending
• Análisis tiempo-frecuencia, herramientas gráficas para señales con contenido evolutivo con la frecuencia
• Análisis de series, análisis estadístico para descripción, explicación, predicción y control
LabVIEW FPGA Acceso a las librerías IP Xilinx CORE Generator
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Procesado de Señal Real-Time Almacenamiento
Array de antenas Omnidirecional/Direccional (guiadas mecanicamente o electricamente)
Análisis Offline
Temporización y
Sincronización
Adquisición RF
Adquisición RF
Diagrama Simplificado de Recepción/Procesado de Señal www.infoPLC.net
Signal-based Time-based
GPS
IRIG-B
10-12 s
PXI Multichasis
Precisión
segundos
10-3 s
10-6 s
10-9 s
10-2m 100m
Proximidad 101m 102m 103m 104m 105m Global <10-4m
Niveles de Sincronización www.infoPLC.net
Sincronización Lides en su campo Ejemplo: Almacenamiento de seis canales Coherentes en fase
50 MHz de BW en cada canal: un total de 1.5 GB/s de flujo de datos a disco
• Arquitectura de OL compartido para coherencia en fase • Menos de 0.1° de jitter canal a canal
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Procesado de Señal Real-Time Almacenamiento
Array de antenas Omnidirecional/Direccional (guiadas mecanicamente o electricamente)
Análisis Offline Adquisición RF
Adquisición RF
Almacenamiento de Alta-Capacidad
Diagrama Simplificado de Recepción/Procesado de Señal
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Aprovechando tecnología COTS:RAID Array redundante de discos independientes RAID 0 Almacenamiento sin redundancia • Mejora la tasa respecto a escribir en un solo disco • No mejora la fiabilidad del sistema • Transparente al SO Windows
0123 | 4567 | 8901 RAID 0 Controller (Striping)
0 1 2 3
4
5
6
7
8
9
0
1 Ejemplo: Solución de 12 discos RAID de NI: 600 MB lectura/600 MB escritura sostenidos
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Tasas Típicas de Discos • GPS (2 MHz) = 10 MB/s • Transmisión de TV (6 MHz) = 35 MB/s • Monitorización Espectral (20+ MHz) = 100+ MB/s
Drive Data Rate Type Size Details Disco Duro USB 25 MB/s 320 GB Western Digital Passport Controlador PXI 30 MB/s 60 GB NI PXIe-8130 Disco IDE 55 MB/s 160 GB Western Digital – 7,200 RPM Disco SATA 75 MB/s 250 GB Seagate Barracuda – 7,200 RPM RAID-0 (4 discos) 100 MB/s 1 TB RAID via express card RAID-0 (4 discos) 200 MB/s 1 TB Controlador RAID NI 8263 RAID-0 (12 discos) 600 MB/s 3 TB Controlador RAID NI 8264
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Nuevo NI HDD-8265
• Especificaciones – 12 TB y 6 TB de capacidad – 800 MB/s en RAID-0 de velocidad de escritura/lectura – 700 MB/s en RAID-5 de velocidad de escritura/lectura
• Características – Soporte para particiones superiores a 2 TB en Windows 32-bit – Control/monitorización programático de las particiones RAID – Conexión en caliente de los discos – Soporte para modo de registro ininterrumpido (a mas baja velocidad y
requiere interacción manual) – Soporte para Windows XP y Windows 7 (32- y 64-bit)
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APLICACIÓN REGISTRO DE ESPECTRO RF
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Interface de Capa Fisica
CPU Interface a disco duro
ADC/ DAC
SATA/ SAS
Interface Física a Señal
Source/Sink
Interface Personalizada
Serie o Paralela
ADC/DAC
PCI/PCI Express, Ethernet,
USB…
Bus de Datos personalizado o
Estandar
Instrumento Sistema/Ordenador Host
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Aplicaciones que Requieres Registro de Datos a Alta Velocidad •Registro y Reproducción RF • RF MIMO •Streaming de IF y Banda Base • Mapeo de Ruido • Streaming Digital • Validación de Diseños • Prototipado de Algoritmos
Monitorización Espectral: Chengdu Huari, Compañia de Telecomunicaciones
Mapeado de Rudio: Boeing
Prototipado de Algoritmos para Radioastronomía: National Radio Astronomy Observatory
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Ejemplo de Sistema de Registro y Reproducción
• Registrar y reproducir mas de 2 TB de datos con NI HDD-8264 • Usado para señales de larga duración y testeo de receptores
GPS/DVB
NI PXIe-5663E a disco
• 50 MHz ancho de banda (62.5 MS/s) • 250 MB/s • Registro durante mas de 1.5 horas • Puede requerir pre-selección
NI PXIe-5673E desde Disco
• 100 MHz ancho de banda (125 MS/s) • 500 MB/s • Reproducción de mas de 1.25horas • Generación de formas de onda por software
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Ejemplo de Aplicación: Test de Receptor GPS • Simulado con LabVIEW
– Test de sensibilidad y precisión de posicionamiento – Generación de uno o varios satélites (de 1 a 12 satélites) – Configuraciones de valores de latitud, longitud, altitud y velocidad
• Registro y Reproducción – Posibilidad de capturar problemas del mundo real (multipath
fading, etc.) – Captura de cambios dinámicos de potencia – Cambios del receptor en posición/velocidad (drive test)
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APLICACIÓN COMMERCIAL-OFF-THE-SHELF DE MONITORIZACIÓN DE ESPECTRO Y SISTEMA SIGINT
Solución Integrada de Monitorización de Espectro por VI Service Networks
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Sistema SIGINT con Instrumentación Virtual
Data Bus Timing & Synchronization
RF front-end, Digitizing
GPS Synchronization Navigation Data
Signal Processing
HMI Record & Playback
Receptor SIGINT
GPS RF
LabVIEW FPGA
• de 10 MHz a 6.6 GHz • Modo lista RF • Sincronización GPS • Procesado de señal In-line (SDR) • Stream de datos hasta 600MB/s • MHI personalizable
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Monitorización Espectral Definida por Software • 50 ms/tiempo de barrido • 20 GHz/s tasa de barrido a 100kHz RBW
– Rango de frecuencias 20 Hz to 3.6 GHz – Suelo de ruido de -165 dBm/Hz – Ruido de fase -129 dBc/Hz a 10 kHz offset – Precisión típica en amplitud de ±0.1 dB – Modo lista RF - sincronizada
• FPGA – medidas y cálculos • Posición GPS position, marca temporal y sincronización • RAID de almacenamiento de 12TB (>8 horas continuas)
– Log de GPS con timestamp, datos IQ en bruto, espectro y and violación de mascaras • Compatible con software de post-procesado de terceros
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Receptores Distribuidos para SIGINT GPS RF
Receptor #1 SIGINT
Nodo de Procesador de Datos
Internet
Vita 49 Data Packets
GPS RF Receptor #N SIGINT
Vita 49 Data Packets
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Demostración www.infoPLC.net
Analizador RF de 2 Canales Coherentes en Fase
Tarjeta FPGA Xilinx Vertex-5
Slots de Expansión
Almacenamiento de 1 Terabyte en RAID
Una Plataforma Con Tecnología COTS
Preguntas?
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