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INFORMACIÓN CONFIDENCIAL

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Sistemas de Radiogoniometría y

Nuevos Sistemas de Monitoreo

Noviembre 2011

Dr. Francisco Granadino Director de Ventas Internacionales


Introducción

• Desafíos de monitoreo: identificación de señales técnicas

• Soluciones de Sistemas de Monitoreo

Entorno de Señal

• Densidad de la Señal

• Ancho de Banda de la Señal

• Modulación de la Señal

Transmisión Digital

Sistemas TDMA

Sistemas CDMA

Identificación de Señal para un Sistema de Monitoreo

• Análisis de Señal

• Análisis de Modulación

• Diferencia de Tiempo de Arribo (TDOA)

Agenda

Noviembre 2011 2


INTRODUCCION

Noviembre 2011 3


El Mundo se ha Vuelto Inalámbrico

Noviembre 2011 4

Un simple hecho

• La razón…


El Mundo se ha Vuelto Inalámbrico

Noviembre 2011

“Monitoreo del Espectro debe ser “Diseñado hacia el Futuro” 5

Densidad de Señal

Co

mp

lejid

ad

de

Se

ña

l

Hoy

Futuro

Tiempo

An

aló

gic

a

Dig

ita

l

AM

FM

CW

OF

DM

TD

MA

CD

MA

Baja Alta


El sistema debe estar diseñado para manejar señales

tradicionales y modernas

La modulación de señales modernas están

constantemente avanzando y el diseño del sistema de

monitoreo debe permitir el manejo de nuevos tipos de

modulación de señales en forma de actualizaciones

• De celulares 1G a 4G en una década

• De simple modulación FM analógica a CDMA de banda ancha

Identificación de las diferentes modulaciones digitales se

está volviendo muy importante, ya que no son fáciles de

distinguirse entre si, como es el caso de modulaciones

analógicas

• Por ejemplo, el espectro de CDMA de banda ancha y COFDM

muestran aspectos muy similares

Solución de Sistema de Monitoreo

Noviembre 2011 6


ENTORNO DE SEÑAL

Noviembre 2011 7


Densidad de Señal

• Los sistemas modernos de comunicación operan con eficiencia

espectral de enlaces cada vez mas alta (bit/s)/Hz

Por ejemplo, el sistema celular AMPS logró una eficiencia espectral

de 0,001 (bit/s)/Hz mientras que GSM llega a 0,52 (bit/s)/Hz

Otro ejemplo es 802.16-2004 WiMAX el cual tiene una eficiencia

espectral de 3,7 (bit/s)/Hz

Separación de canales en la banda VHF cambió de 50 kHz a 25

kHz a 8,333 kHz mientras que la capacidad del enlace aumentó

• Code Division Multiple Access (CDMA) permite que múltiples

señales comparten el mismo canal de frecuencia

Entorno de Señal

Noviembre 2011 8


Ancho de Banda de Señal

• Servicios de datos de alta velocidad se están introduciendo para

diferentes aplicaciones de redes celular a Wi-Fi a WiMAX

• El ultimo estándar LTE soporta anchos de banda de 1.4 a 20

MHz

• Al mismo tiempo los servicios tradicionales utilizan anchos de

banda pequeños en el rango de kHz

Ejemplo es la banda de control del tráfico aéreo que utiliza 10 kHz

para transmisiones de voz (modulación AM)

• Sistemas con diferentes anchos de banda se implementan en la

misma banda de frecuencia

Ejemplo es la banda celular donde dependiendo del proveedor el

ancho de banda de la señal puede variar de 200 kHz (GSM) a 20

MHz (LTE)

Entorno de Señal

Noviembre 2011 9


Modulación de Señal

• Proliferación de nuevas

tecnologías

• Sistemas TDMA

• Duración de señal corta,

Por ejemplo el marco GSM es 577

micro segundos

OFDM – canales de velocidad

lentos utilizan sub-portadoras

intercaladas

Transmisión digital – DAB, DVB

• DVB-T (VHF/UHF) utiliza 16-QAM

o 64-QAM (o QPSK)

Entorno de Señal

Noviembre 2011 10

Nombre

Común Familia

Uso

Principal Tecnología

HSPA+ 3GPP Usado en 4G CDMA/

FDD MIMO

LTE 3GPP 4G General OFDMA/

MIMO/

SC-FDMA

WiMAX 802.16 Internet Móvil

cf. 802.16

MIMO

SOFDMA

Flash-OFDM Flash-OFDM Internet Móvil

con movilidad

hasta 350

km/hr

Flash-SOFDMA

HiperMAN HiperMAN Internet Móvil OFDM

Wi-Fi 802.11 (n) Internet Móvil OFDM/

MIMO

iBurst 802.20 Internet Móvil HC-SDMA/

TDD/

MIMO

EDGE

Evolución

GSM Internet Móvil TDMA/

FDD

UMTS

W-CDMA

HSDPA+

HSUPA

UMTS/3GSM 3G General CDMA/

FDD/

MIMO

UMTS-TDD UMTS/3GSM Internet Móvil CDMA/TDD


SOLUCIONES DE

IDENTIFICACIÓN DE SEÑAL PARA

MONITOREO DEL ESPECTRO

Noviembre 2011 11


El sistema debe ser capaz de identificar señales

analógicas y digitales

Las señales pueden describirse en términos de sus

características:

• Ancho de Banda (canalización)

• Analógica o Digital

• Forma de espectro

• Comportamiento temporal

• Comportamiento de tiempo/frecuencia

Para todo tipos de señales, el sistema de monitoreo

deben:

• Recibir la señal (recepción de radio usando la antena y el

receptor),

• Digitalizar la salida del receptor

• Grabar y analizar los datos I/Q

Identificación y Análisis de Señales

Noviembre 2011 12


Ejemplo de Identificación de Señal - Clover 2000 Signal

Noviembre 2011 13

8 tones

4th tone – QPSM (QPSK) I/Q


Para obtener los mejores resultados debe utilizarse un canal

dedicado de banda ancha para capturar los datos I/Q

La captura de datos I/Q debe ser continua, de lo contrario la

modulación original será afectada • Ejemplo, la falta de muestras I/Q afecta las características del sobre y fase

de la señal

El ancho de banda de captura de I/Q debe soportar todo tipo

de señal de ancho de banda ancha lo que a su vez resulta

en tasas de datos alta • Por ejemplo un ancho de banda de 20 MHz requiere 1.25 (forma de filtro) x

20 MHz (ancho de banda) x 2 (I&Q) x 16 bits (I o Q) = 800 Mb/s la cual se

acerca a la velocidad de Gigabit LAN

A veces la señal tiene carácter intermitente, por lo que

puede ser necesario captar la señal durante largo periodo

de tiempo (varios días)

Análisis e Identificación de Señal

Noviembre 2011 14


Datos de I/Q

grabados

pueden

analizarse en

formas

diferentes

Una de ellas es

el análisis de

modulación

para determinar

el tipo y

relevancia de la

modulación

Análisis de Señal – Identificación de Modulación

Noviembre 2011 15


El procesamiento por TDOA utiliza correlación de la

muestras de datos I/Q de diferentes sitios para

determinar la diferencia en tiempo de llegada de la señal

Por la misma definición, cálculos de correlación de

TDOA inherentemente realizan identificación de señales

al confirmar que el mismo tipo de señal fue recibida en

ambos sitios

También los datos I&Q capturados por la correlación

TDOA pueden ser utilizados para el análisis de señales

y de modulación como se describió anteriormente

Noviembre 2011 16

TDOA una Herramienta de Identificación de Señal


EJEMPLOS DE

SISTEMAS DE IDENTIFICACIÓN DE

SEÑALES

Noviembre 2011 17

INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 18

Sistema TCI 705

para Monitoreo de Señales RF de Banda Ancha &

Procesador de TDOA y Análisis de Señal


TCI Modelo 705 – Monitor de RF de Banda Ancha

y Procesador TDOA • Rango de Frecuencia: HF: 0 – 30 MHz

VHF/UHF: 20 – 3000 MHz

HF/VHF/UHF: 0 – 3000 MHz

• Ancho de Banda RF: 10 MHz para HF, opcional 20 MHz

20 MHz para VHF/UHF, opcional 40 MHz

• Canales: 2 (2 HF ó 2 VHF/UHF o un HF y un VHF

• Funcionalidad: Cumple con mediciones de la UIT

• Opciones:

Grabación: Corto/Largo Tiempo

TDOA: Muestreo de precisión con estampa de tiempo

Análisis de Señal: Reproducción y análisis de datos grabados

Noviembre 2011 19

Monitoreo de RF de Banda Ancha y

Procesador de TDOA y Análisis


TCI Modelo 705 – Monitor de RF de Banda Ancha y Procesador TDOA



Noviembre 2011 20

Estacion de Trabajo

Receptores (2xHF, 2xV/UHF,

HF+VHF/UHF)

Digitalizadores Grabacion/

Reproduccion (Opt.)

LAN

Controlador (Opt. TDOA)


TCI Model 705 PROCESSOR

Short and Long Term Recording (Optional)

Sampling and Processing

Procesador 705 – Diagrama de Bloque

Noviembre 2011 21

ANTENNAS

HF, VHF/UHF

Monitor Antenna

RF

A/D

Multicore

Processor

TDOA

Processing

(Optional)

FP

GA

GPS

Antenna

Antenna

HF Receiver

10/2 MHZ

or

VHF/UHF

Receiver

20/40 MHz

Wideband RF processor supports monitoring, recording, TDOA

A/D

FP

GA

Solid State Disk Drives

Disk Drives

Gig

abit N

etw

ork

HF Receiver

10/2 MHZ

or

VHF/UHF

Receiver

20/40 MHz




Sintonizar el receptor y digitalizar la información

Guardar muestras digitales de I/Q en disco

Analizar e Identificar las Señales

Análisis de Señal Opcional

Análisis de Modulación Opcional


Mediciones de monitoreo cumplen con la UIT

Opción para la grabación de datos digitalizados de RF

en formato I/Q con grabación y reproducción simultánea

Opción de procesamiento TDOA

Opción de análisis de señales

Receptor de conversión directa con ancho de banda de

10 MHz para HF y 20 o 40 MHz para VHF/UHF

Ideal para el procesamiento de problemas de

interferencia intermitentes

Noviembre 2011 23




Aviación Civil,

Marina Reguladores Celular

Policía, Militar,

Fronteras,

Protección de

Infraestructura

Monitoreo de

frecuencias

especificas

Monitoreo de

frecuencias de

uso civil

Detección de

dispositivos

celulares

Protección Puertos

Aeropuertos

722 725/735 8230 EagleEye

Guardian 765

AOA AOA AOA/Cel Data AOA/TDOA AOA/TDOA

Un Canal Doble Canal Doble Canal

Aplicaciones

Noviembre 2011 24


TCI 765 System

Hybrid AOA/TDOA Geo-location System Solution for

Spectrum Monitoring Applications


ITU has published Report

ITU-R SM.2211that

discusses Angle-of-Arrival

(AOA) and Time-Difference-

of-Arrival (TDOA) geo-

location methods

As stated in the report, a

hybrid AOA/TDOA system

may improve the overall

geo-location performance

Noviembre 2011 26

Geo-location Solutions for Spectrum Monitoring


In order to geo-locate transmitters it is possible to use

several approaches based on DF approach

TCI has developed hybrid AOA/TDOA geo-location

system that provides high geo-location precision and

requires only two sensor nodes. One sensor node has

monitoring, AOA and TDOA capability, and the second

sensor node has monitoring and TDOA capability

This hybrid approach is used for precision geo-location

applications where multiple ground Monitor/TDOA sensor

nodes are deployed to provide 360° coverage with high

geo-location accuracy

• System like this is ideally suited for applications that require

accurate geo-location capabilities in a given geographical area

Noviembre 2011 27

Hybrid Geo-location System Solution


RF Signal Hybrid Geo-location Solution Concept

Monitoring +

AOA + TDOA

Sensor

Monitoring

+ TDOA

Sensor

Hybrid geo-location solution yields highly accurate location estimates


Advanced Geo-location Solutions

Ground Platform

Monitor

AOA TDOA

725/735 705

Sensors

Mon/TDOA

Sensor

705

Mon/TDOA

Sensor

705

Mon/TDOA

Sensor

705

Mon/TDOA

Sensor

705

Mon/TDOA

Sensor

705

Additional Mon/TDOA sensor

can be added as needed


Identification and Geo-location of cellular network base transceiver

stations (BTS) using only off-the-air (RF) signal information is of

interest to frequency regulators and law enforcement organizations

alike, as it provides:

• Real-time verification of BTS geographical location

• Verification of operating frequency channels

• Operating parameters, including:

Broadcast Control Channel (BCCH) frequency

Cell ID (CID)

Mobile Country Code (MCC)

Mobile Network Code (MNC)

Location Area Code (LAC)

• Identification of Location Area (LAC) that could be servicing a specific

handset of interest

Identification and Geo-location of mobile stations (MS) is of special

interest for security purposes

June 2011 31

Introduction

INFORMACIÓN CONFIDENCIAL June 2011 32

Generic Cellular Geo-location System

441.25 MHz

Mod FM

Video Only Video + Geo-location

10 MHz Ref

Workstation

Communication

Protocol

Analyzer*

DF/Monitor

Antenna Time/Freq/Loc

Reference

Direction

Finder

* Cellular, TETRA, WiFi, ……..


TCI 8230 Geolocation Workstation

June 2011 33

System based on TCI 803C and 3rd Party Analyzer

TCI 803C Communication

Analyzer

Communication

Analyzer Client SW

TCI 8230 Client SW

DF / Monitor

Antenna Target

Handset


Operational Description

DF

Analyzer

Analyzer

DF

t1

t2

t2

t1


Operator controls the entire system from one Workstation:

• Communication Analyzer, using the its Client Software

• The TCI 803C DF Processor, using the TCI 8230 Client Software

At startup, the Operator first sets-up the communication

analyzer equipment in accordance with his Mission for the

day.

After that, the Operator sets-up the TCI 6083 Processor.

• As part of the set-up, the TCI 8230 Client SW automatically sends to

the TCI 6083 Processor (RMS Service), operating parameters

(frequency list and scan parameters) appropriate for processing

target signals.

The TCI 6083 Processor starts scanning and producing DF

measurements on all active signals, waiting for a specific

signal tip from the communication analyzer.

June 2011 35

Operational Description of the TCI 8230


When the communication analyzer identifies signal of interest, the

Operator starts monitoring the transmission and also selects the DF

Function on the Client.

The communication analyzer triggers the Geolocation process by

sending to the RMS Service the frequency and time of interest

corresponding to the target signal of interest. RMS captures the

real-time DF data produced by the DF Processor that falls within

these parameters.

The communication analyzer continues sending gate messages as

long as it has an active intercept of the handset of interest.

Based on GPS location information and elapsed time, RMS

integrates raw DF measurements into Summary DF results (“tips”),

which are sent to the TCI 8230 Client.

RMS also sends to the TCI 8230 Client the status of the time gates:

Active (receiving gates) or Stop (no gates).

June 2011 36

Operational Description of the DF Process


The TCI Client operates in one of the following modes:

• Real Time Mode

• Analysis and Reporting Mode

• Built-In Self Test

In Real Time Mode, the primary screen is the geographic

map, displaying data received from RMS in real time:

• Geographic location and orientation of Mobile Unit

• Summary DF results calculated by RMS

The TCI Client computes and displays in real-time

triangulation fixes using Summary DF results

Summary DF Results are automatically saved locally for

later analysis, re-play and re-Fix

June 2011 37

Operational Description of the TCI 8230 Client

INFORMACIÓN CONFIDENCIAL June 2011 38

TCI Mobile Unit for Geo-location of

Cellular Handsets

DF / Monitor Antenna TCI 645 Concealed in Thule Case



Ground Platform

AOA + TDOA

Sensor

TDOA

Sensor EO/IR

Sensor

Use geo-location data to queue EO/IR sensors and provide meta-data 39 April 2011

INFORMACIÓN CONFIDENCIAL April 2011 40


Ship Platform

TDOA

Sensor

AOA + TDOA

Sensor

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