1 Radio programowalne i jego rola w przyszłych systemach radiokomunikacyjnychPiotr Kaczorek

2 Radio programowalne Próba definicji Zalety i ograniczeniaObszary zastosowań Przykłady implementacji SPEAKeasy Software Radio DRM Software Radio Podsumowanie

3 Tradycyjne „radio analogowe”RF IF AF wzm., filtr RF konw. RF/IF wzm., filtr IF Demod ASIC: Application Specific Integrated Circuit RF: Radio frequency, IF: Intermediate frequency, AF: Audio frequency (Base Band)

4 Tradycyjne „radio cyfrowe”RF IF AF wzm., filtr RF konw. RF/IF wzm., filtr IF Demod Modem DTE DTE: Data Terminal Equipment

5 Radio wirtualne RF IF AF wzm., filtr RF konw. RF/IF wzm., filtr IFDemod PC A/D D/A A/D: Analog / Digital Converter PC: Personal Computer

6 Cechy radia programowalnegoKonwersja A/D bliżej anteny Programowe przetwarzanie sygnałów, z możliwością wymiany oprogramowania Stosowanie procesorów DSP ogólnego przeznaczenia

7 Radio programowalne RF AF wzm., filtr RF A/D DSP FPGA D/ADSP: Digital Signal Processor FPGA: Field Programmable Gate Array

8 Radio programowalne RF IF AF wzm., filtr RF konw. RF/IF A/D DSP FPGAD/A DSP: Digital Signal Processor FPGA: Field Programmable Gate Array

9 Potencjalne korzyści Konwersja A/D bliżej antenySzybsze i łatwiejsze uzyskanie korzyści z postępu w teorii telekomunikacji i DSP: nowe algorytmy DSP, nowe metody wielodostępu, modulacji, itp.

10 Potencjalne korzyści Przetwarzanie programowe sygnałówWymiana oprogramowania jest łatwiejsza i znacznie tańsza, niż wymiana sprzętu Nowe oprogramowanie może być „ściągane” drogą radiową eliminacja błędów oprogramowania wprowadzanie nowych rodzajów usług

11 Potencjalne korzyści Procesory ogólnego przeznaczenia Wielofunkcyjnośćobniżenie kosztu urządzeń wielotrybowych rozszerzenie zakresu usług Rozszerzenie rynku producentów szybszy rozwój, niższe ceny

12 Ograniczenia Część analogowa: Przetworniki A/D Układy DSPliniowe, szerokopasmowe wzmacniacze Przetworniki A/D szybkość i rozdzielczość próbkowania Układy DSP moc obliczeniowa zużycie energii

13 Software Defined RadioDigitalizacja sygnału analogowego - może mieć miejsce na IF lub RF Programowe przetwarzanie sygnałów - oprogramowanie ma wpływ na parametry systemu: częstotliwość, pasmo sygnału, modulacja, moc Stosowanie układów ogólnego przeznaczenia - FPGA, DSP, P-ASIC, GP-P

14 Software Defined RadioMożliwość wymiany oprogramowania - nowe oprogramowanie pozwala na zmianę parametrów sygnału i rozszerzenie zakresu usług Powyższe nie wymaga wymiany sprzętu lub jego części Praca wielotrybowa - oprogramowanie umożliwia pracę w różnych systemach, trybach, pasmach

15 Obszary zastosowań SDR

16 Obszary zastosowań SDRSystemy wojskowe Zmiany pasm częstotliwości Wprowadzanie nowych technologii Kompatybilność systemów Policja i służby ratownicze Zarządzanie zasobami, również cywilnymi

17 Obszary zastosowań SDRPrzemysł motoryzacyjny Wzrastające znaczenie komunikacji radiowej Możliwość aktualizacji Transport (kolej, lotnictwo) Systemy regionalne

18 Obszary zastosowań SDRInfrastruktura systemów komórkowych Niższy koszt stacji bazowych wielotrybowych Niższy koszt wprowadzania nowych systemów, usług Terminale systemów komórkowych Dalsza przyszłość (zużycie energii) Elektronika masowego użytku ?

19 Obszary oddziaływania SDRRynek producentów sprzętu, Struktura systemów radiokomunikacyjnych Zarządzanie widmem Certyfikacja i standaryzacja

20 SDR a rynek producentówRozluźnienie łańcucha producentów chipset – terminal – infrastruktura Podział sprzętu na fragmenty produkowane i sprzedawane oddzielnie: segment RF - procesor DSP - oprogramowanie Krótszy czas projektowania i wdrażania Więcej producentów, silniejsza konkurencja krótszy czas wdrażania –> niższe ceny

21 SDR a struktura systemuRozluźnienie łańcucha użytkownik – terminal – radiowa sieć dostępowa – sieć szkieletowa – operator – dostawca usług Tradycyjne podejście: system dostępu radiowego wynika z regulacji i określa zakres dostępnych usług Podejście SDR: system dostępu radiowego wybierany na żądanie, zależnie od usługi i okoliczności

22 SDR a zarządzanie widmemTradycyjne podejście: fragmenty pasma przypisane na stałe systemom i operatorom Podejście SDR: łatwość zmian systemu dostępu radiowego i/lub częstotliwości -> rynek wtórny widma; Wymaga to zmian w zasadach zarządzania widmem

23 SDR a polityka certyfikacjiTradycyjne podejście: - oprogramowanie i sprzęt stanowią całość - SDR – certyfikacja każdej kombinacji oprogramowania i sprzętu Rozwiązanie Vanu - podział SDR na dwa segmenty: SPU, Signal Processing Unit oraz ITU, Independent Transmitter Unit, - certyfikacji podlega tylko ITU

24 Przykłady implementacjiProjekty badawcze UE SPEAKeasy Software Radio DRM Software Radio

25 Projekty badawcze UE Projekt SORT (część programu RACE) - określenie potrzeb, opracowanie architektury, implementacja sekcji RF-IF oraz DSP, przeprowadzenie testów Projekt SODERA (część programu IST) - opracowanie architektury sekcji RF-IF systemów komórkowych 3G na potrzeby SDR

26 SPEAKeasy Program Departamentu Obrony USAInstalacja nowego oprogramowania: - z dysków wymiennych lub drogą radiową Zastosowania: Komunikacja głosowa i transmisja danych Łączność taktyczna sił zbrojnych Cywilne służby ratownicze i policja

27 SPEAKeasy

28 Digital Radio MundialeDRM – organizacja zrzeszająca 80 nadawców, producentów, operatorów, instytutów badawczych i agencji standaryzacyjnych z 30 państw DRM - system cyfrowy radiodyfuzji w pasmach do 30 MHz (LF, MF, HF)

29 DRM - harmonogram prac 1998 – założenie DRM1999 – ocena propozycji systemu 2000 – pierwsze próby, zgłoszenie do ITU 2001 – specyfikacja techn., standaryzacja 2002 – transmisje pilotowe 2003 – oficjalna premiera: WRC’2003

30 DRM – prototyp odbiornika

31 DRM Software Radio

32 System demonstracyjnySegment RF: Watkin-Johnson - częstotliwość 2MHz - 2GHHz, pasmo MHz Przetwornik A/D - próbkowanie 60 Msps, - rozdzielczość 14 bitów Procesor DSP -Pentium III 700 MHz Zastosowania: radio FM, radio policyjne, terminal AMPS, terminal GSM

33 Podsumowanie Korzyści, jakie zapewnia SDR:Bardziej efektywne wykorzystanie widma Niższy koszt i krótszy czas wprowadzania nowych technologii Otwarcie nowych rynków Obniżenie ceny terminali i usług