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Sistemi Embedded in SDR e Radio Cognitiva

Sistemi Embedded in SDR e Radio Cognitiva

Si può avere una radio che cambi istantaneamente! Immaginate che state ricevendo la banda della Protezione Civile e che si può passare immediatamente alla banda di trasmissione! Questo è SDR! E se una radio potesse avvertire uno spettro non utilizzato e interferire nella comunicazione radio?! Questo sarebbe RC o la radio cognitiva

Cos'è la SDR e la Radio Cognitiva?

La Software Defined Radio (SDR) è un sistema di comunicazione che applica un numero di componenti di un sistema tradizionale come filtri, modulatori, amplificatori, ecc nel software. Questi sono stati tradizionalmente implementati nell'hardware. Una volta implementati nel software li consentono certe funzionalità esclusive. In primo luogo, ci possono essere parametri sintonizzabili. Gli elementi dell'hardware sono sintonizzabili, ma con l'SDR questi possono essere fatti on-the-fly anziché manualmente. In secondo luogo, dato che l’implementazione è software, l'applicazione stessa può essere cambiata (possibilmente on-the-fly con un certo ritardo) in modo che la stessa radio possa funzionare in molti modi diversi (es: una radio può accedere al Cellulare e al Wi-Fi ).

La Radio Cognitiva (RC) è un termine utilizzato per definire uno standard di radio emergente, dove la radio è progettata in tal modo che possa usare uno spettro non utilizzato. Per esempio, in una certa banda di frequenza (come nelle comunicazioni marittime) che non è molto utilizzata nell’entroterra, un dispositivo di radio cognitiva (RC) può usare lo spettro sottoutilizzato per la sua necessità di comunicazione.

I requisiti per la Radio Cognitiva sono i seguenti:

    a) in grado di rilevare lo spettro non utilizzato
    b) crea un canale di comunicazione per utilizzare questo spettro non utilizzato e
    c) fare in modo che non interferisca con i dispositivi nativi.

Un dispositivo nativo è un dispositivo che ha la licenza per usare quello spettro. Nel nostro esempio, sarebbero le radio marittime. Pertanto, se un'RC usasse frequenze marittime necessiterebbe che:

    a) Se fatto nell’entro terra, il segnale della radio cognitiva non è abbastanza potente per interrompere i segnali marittimi e quindi,
    b) questo se si è sulla costa, la RC non deve affatto usare questa frequenza.

Architetture per la SDR/RC (radio cognitiva)

A parte la radio front-end, che ha il compito dell'invio e della ricezione dei segnali radio (una antenna ecc.), ci deve essere un sistema di calcolo capace di far eseguire il software SDR necessario. Una radio cognitiva implica anche che ci sia un'unità di controllo in grado di prendere decisioni su quale spettro usare e in che modo. Perciò, il sistema di calcolo diventa critico rispetto ai sistemi radio esistenti.

Ci sono 4 modi principali per affrontare il calcolo della SDR/RC:

    1. Il GPP (General Purpose Processors): Utilizzando un microprocessore standard (es: X86 family) che ha un'enorme potenza di calcolo e di eseguire quasi qualsiasi tipo di software. Ma hanno anche un enorme consumo di energia e questo può essere fatale.

    2. Application specific processors ed ICs: Cose come i DSPs ed altri processori con funzionalità speciali possono essere utilizzati. Anche se tendono ad avere un basso consumo energetico, il compromesso avviene una volta che prendi una decisione, si ha la flessibilità limitata. Il costo può essere elevato a meno che un gran numero di dispositivi vengono prodotti.

    3. Calcolo riconfigurabile: Estremamente cercato quando si desidera la flessibilità. Molto frequentemente gli FPGA vengono usati, i quali hanno la qualità unica di essere hardware programmabili. Hanno un basso consumo energetico, ma sono più lenti.

    4. Sistemi Embedded: i sistemi dotati di processori che sono stati specializzati per operazioni in real-time. Hanno il vantaggio della velocità e del basso consumo energetico, ma non possono essere in grado di gestire cose veramente complicate..

Che centrano i Sistemi Embedded in tutto questo?

I sistemi embedded sono una scelta naturale per la SDR/RC grazie alle loro funzionalità real-time. Normalmente, un sistema SDR/CR ha una serie abbastanza ben definita di possibili implementazioni ed un sistema embedded sarà in grado di gestirle. Il basso consumo energetico e la velocità dei sistemi embedded potranno mettere fine ad una parziale mancanza di flessibilità. Siccome la programmazione embedded è ben compresa, e i programmi embedded sono piccoli, l’impegno della programmazione necessaria è minore. L'OS real-time è tale che si spreca poco tempo nel processo di boot, pertanto, un dispositivo SDR/CR può, in teoria, essere resettato velocemente. Nel caso in cui la ricostruzione dell'OS è richiesta (per aggiornare/riconfigurare la SDR/RC) – questo può essere fatto velocemente senza dover spegnere il dispositivo a lungo. Ma soprattutto c'è un vantaggio di costo notevole e la possibilità di modellare una SDR/CR dai componenti preconfezionati in molto poco tempo.

Questo articolo è una traduzione della versione inglese di Embedded Systems in SDR and Cognitive Radio

 

 

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ritratto di slovati

SDR

L'SDR ha cambiato radicalmente il modo di progettare i sistemi radio. Basandosi su un hardware ben progettato e modulare (vedi l'aggiunta di plugin opzionali), con uso esteso di FPGA che spostano la complessità dal circuito hardware all'algoritmo software, si possono oggi realizzare ricevitori radio con ampia larghezza di banda capaci di ricevere vari tipi di segnale. Un esempio open-source è il progetto GNURadio, trattato tempo fa in questo blog di EOS: http://it.emcelettronica.com/gnu-radio-la-radio-open-source-definita-dal-software
A proposito di GNURadio, non è mancata qualche critica relativa al costo dell'hardware proposto (abbordabile sì, ma non certo per tutte le tasche)

ritratto di Zio80

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