Revolución y EvoluciónRevolución y Evolución

La evolución de los sistemas de radio La evolución de los sistemas de radio empieza con la migración del analógico al empieza con la migración del analógico al digital.digital.La revolución del software para radio La revolución del software para radio implementa los diferentes servicios que implementa los diferentes servicios que no tienen dependencia de los sistemas no tienen dependencia de los sistemas alámbricos.alámbricos.En el software para radio influye una En el software para radio influye una banda de radiofrecuencia (RF), Canal de banda de radiofrecuencia (RF), Canal de banda ancha de (RF), acceso al medio y banda ancha de (RF), acceso al medio y protocolos de capa enlace.protocolos de capa enlace.Radio definido por software (SDR), por el Radio definido por software (SDR), por el aumento de la programación incrementa aumento de la programación incrementa la flexibilidad del sistemala flexibilidad del sistema..

Una exposición sistemáticaUna exposición sistemática El inicio de una arquitectura para los El inicio de una arquitectura para los

radios definidos por software (SDR), radios definidos por software (SDR), establece a los controladores militares y establece a los controladores militares y comerciales. comerciales.

Los proyectos de (SDR) a menudo fallan Los proyectos de (SDR) a menudo fallan debido a la complejidad al momento de debido a la complejidad al momento de implementar el software implementar el software

Los sistemas inalámbricos que se diseñan en Los sistemas inalámbricos que se diseñan en la actualidad tienen en su estructura un la actualidad tienen en su estructura un componente de radio definidos por software.componente de radio definidos por software.

Como se puede apreciar, existen Como se puede apreciar, existen desventajas y desventajas en la revolución y desventajas y desventajas en la revolución y evolución de dicha arquitectura.evolución de dicha arquitectura.

El software ideal para radioEl software ideal para radioEn la figura se ilustran las funciones radio que realizan el procesador En la figura se ilustran las funciones radio que realizan el procesador

y la memoriay la memoria

..

El microteléfono consiste de un suministro de El microteléfono consiste de un suministro de poder, una antena, una banda múltiple en el poder, una antena, una banda múltiple en el conversor de RF y un solo chip que contiene conversor de RF y un solo chip que contiene un ADC y un DAC, lo cual es un ejemplo claro un ADC y un DAC, lo cual es un ejemplo claro de un equipo de radio definido por softwarede un equipo de radio definido por software

Los interfaces más comunes que comparte el Los interfaces más comunes que comparte el usuario son: voz, datos, facsímil y multimedia.usuario son: voz, datos, facsímil y multimedia.

Los diversos radios en los vehículos móviles, Los diversos radios en los vehículos móviles, pueden convertirse en estaciones base en un pueden convertirse en estaciones base en un sistema de comunicaciones.sistema de comunicaciones.

Un software común que transmite las Un software común que transmite las diferentes características puede ser usado diferentes características puede ser usado para las unidades móviles y para las para las unidades móviles y para las estaciones base.estaciones base.

SDR diseña usos para las aplicaciones SDR diseña usos para las aplicaciones específicas de ASICSs FPGAs DSPs GP específicas de ASICSs FPGAs DSPs GP SDR incrementar la flexibilidad mientras los SDR incrementar la flexibilidad mientras los costos bajan por un factor de dos por par de costos bajan por un factor de dos por par de años, las capacidades absolutas de proceso años, las capacidades absolutas de proceso han ido subiendo de cientos de millones de han ido subiendo de cientos de millones de operaciones por segundo MFLOPS a billones operaciones por segundo MFLOPS a billones FLOPS (GFLOPS) por chip FLOPS (GFLOPS) por chip Además ADCs y DACs ofrece configuraciones Además ADCs y DACs ofrece configuraciones de banda abierta de decenas de Mhzde banda abierta de decenas de Mhz SDR tiene costo efectivamente SDR tiene costo efectivamente comercial de (1G) y (2G), (3G) de los comercial de (1G) y (2G), (3G) de los interfaces aéreos también se rendirá a interfaces aéreos también se rendirá a las técnicas de plataformas del las técnicas de plataformas del software RF de banda ancha. software RF de banda ancha.

SDR define una célula implícita de RF. su SDR define una célula implícita de RF. su tamaño y la forma es determinada para la tamaño y la forma es determinada para la colocación de las antenas. la altura de la colocación de las antenas. la altura de la antena, la directividad, la pérdida por antena, la directividad, la pérdida por trayecto, la difracción, y forma de la célula trayecto, la difracción, y forma de la célula por pérdida de múltiple trayecto, determinan por pérdida de múltiple trayecto, determinan la celula. Una multibanda, SDR multimodo la celula. Una multibanda, SDR multimodo satisface las redes de la célula ad hoc satisface las redes de la célula ad hoc

ASICs de bajo energía, centros DSPs, y ASICs de bajo energía, centros DSPs, y microprocesadores embebidos y fluidos microprocesadores embebidos y fluidos inalámbricos permanentes, estación base de inalámbricos permanentes, estación base de borde cortante están siendo empleadas con borde cortante están siendo empleadas con arquitectura de software de radio arquitectura de software de radio

IV LA ARQUITECTURA FUNCIONAL DE IV LA ARQUITECTURA FUNCIONAL DE SOFTWARE DE RADIOSOFTWARE DE RADIOLos avances tecnológicos has introducido unas Los avances tecnológicos has introducido unas nuevas capacidades de radio que requieren nuevas capacidades de radio que requieren una expansión de las funciones esenciales de una expansión de las funciones esenciales de las comunicaciones de la fuente codificada y las comunicaciones de la fuente codificada y de canal codificado. Los nuevos aspectos son de canal codificado. Los nuevos aspectos son capturados en el modelo funcional del software capturados en el modelo funcional del software de radio.de radio.

A.A. El Modelo Funcional de Software de RadioEl Modelo Funcional de Software de RadioEl canal RF incluye, nodos de radio, estaciones El canal RF incluye, nodos de radio, estaciones bases, Accesos al canal RF, procesadores IF, y bases, Accesos al canal RF, procesadores IF, y Modems. una antena de banda ancha, y un Modems. una antena de banda ancha, y un arreglo de elementos múltiples de antenas arreglo de elementos múltiples de antenas inteligentes puede incluir filtrado, traslación de inteligentes puede incluir filtrado, traslación de frecuencia, diversidad de proceso frecuencia, diversidad de proceso espacio/tiempo, vigas de formación y espacio/tiempo, vigas de formación y funciones relacionadas. funciones relacionadas. La autenticación reduce fraude, el entramado La autenticación reduce fraude, el entramado y encriptado asegura privacidad,y encriptado asegura privacidad,

INFOSEC es incluido en el modelo INFOSEC es incluido en el modelo funcional aunque puede ser nula para funcional aunque puede ser nula para muchas aplicaciones Algunas fuentes muchas aplicaciones Algunas fuentes serán remotas desde el nodo del radio, serán remotas desde el nodo del radio, conectado SDH, una red de área local LAN conectado SDH, una red de área local LAN La selección dinámica de una banda, La selección dinámica de una banda, modo y diversidad como función de QoS modo y diversidad como función de QoS introduce variaciones dentro de la introduce variaciones dentro de la demanda. demanda. La evolución de la plataforma de radio del La evolución de la plataforma de radio del hardware analógico y digital debe hardware analógico y digital debe también ser soportado por la vía del también ser soportado por la vía del diseño de módulos avanzados del diseño de módulos avanzados del hardware, COTS, módulos de hardware o hardware, COTS, módulos de hardware o ambos. No toda necesitan todas las ambos. No toda necesitan todas las subfunciones de este modelosubfunciones de este modelo

LA ARQUITECTURA FUNCIONAL DEL LA ARQUITECTURA FUNCIONAL DEL SOFTWARE DE UN RADIOSOFTWARE DE UN RADIO

B. funciones de interfacesB. funciones de interfacesLa notación “RF forma de onda” es taquigrafiada por el La notación “RF forma de onda” es taquigrafiada por el aire de interface. La forma de ondaaire de interface. La forma de onda IF IF incluye mas incluye mas aspectos del aire de interface, pero las señales has sido aspectos del aire de interface, pero las señales has sido filtrados y convertidos en un IF que facilita el proceso. Por filtrados y convertidos en un IF que facilita el proceso. Por lo tanto, el proceso IF puede incluir una conversión AD y lo tanto, el proceso IF puede incluir una conversión AD y DA. Las formas de onda en banda base casi siempre son DA. Las formas de onda en banda base casi siempre son corrientescorrientes digitales también pueden ser tomadas de una digitales también pueden ser tomadas de una muestra de señales analógicas, tales como forma de ondas muestra de señales analógicas, tales como forma de ondas digitadasdigitadas FM FM. El MODEM entrega lo que puede ser . El MODEM entrega lo que puede ser llamado los bits del canal decodificadollamado los bits del canal decodificado. . El MODEM puede El MODEM puede transformar señales análogas IF directamente al canal de transformar señales análogas IF directamente al canal de Bits.Bits.

INFOSEC transforma esos protectores de bits en bits claros INFOSEC transforma esos protectores de bits en bits claros (bits rojos). Esos bits pueden ser manipulados a través de un (bits rojos). Esos bits pueden ser manipulados a través de un protocolo de pilas de manera que produzca el origen deprotocolo de pilas de manera que produzca el origen de los bits los bits o la red de bits. La red de bits se ajusta a un protocolo de red. o la red de bits. La red de bits se ajusta a un protocolo de red. Mientras el origen de los bits son apropiados por un Mientras el origen de los bits son apropiados por un decodificador de fuente.decodificador de fuente.La interfaz de orígenes locales de voz, música, y video, etc. La interfaz de orígenes locales de voz, música, y video, etc. Incluye un transductor analógico. El acceso a orígenes lejanos Incluye un transductor analógico. El acceso a orígenes lejanos es realizado vía la red de interfaz. Por lo tanto, la señal de es realizado vía la red de interfaz. Por lo tanto, la señal de proceso de interfaces, hay control de interfaces mediados por proceso de interfaces, hay control de interfaces mediados por el usuario o red (ambos deel usuario o red (ambos de lloos cuales esta en el origen de s cuales esta en el origen de conjunto en este modelo).conjunto en este modelo).El mecanismo mas simple para mantener el software del radio El mecanismo mas simple para mantener el software del radio después del despliegue esta la descarga de una completa después del despliegue esta la descarga de una completa imagen binaria del radio.imagen binaria del radio.

Esas interfaces pueden ser vistas como interfaces “horizontales” del software del radio, desde que ellas son concadenadas a la señal de la forma y el control fluye entre los orígenes y canales. La idea de enchufar y tocar el hardware y software ha llegado a ser popular en la computadora personal. La industria de cables busca beneficiar desde la adaptación de la tecnología de enchufar y tocar a la del software del radio. Esta potencialidad eleva cualquier partición funcional a ala del rol de arquitectura.

C.- arquitectura

define a la arquitectura como “un diseño fundamenta del hardware y software de la computadora o ambos El IEEE prescribe lo que la arquitectura consiste de componentes e interfaces. La agencia de sistemas de la defensa de la información el es Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DOD) agencia encargada con arquitectura definida.

 

Esa agencia define a la arquitectura en término de perfiles para comunicaciones estándares, en su arquitectura técnica para información central (TAFIM), el DOD caracteriza a la arquitectura por analogía a “leyes de zonas y construcción de códigos”por el cual uno define los parámetros para la construcción de residencia y edificios industriales

1. funciones, componentes y reglas diseñadas. arquitectura es definida como un set de funciones comprensivas, consistentes, componentes y reglas diseñadas de cuerdo a cualquier sistema de radio comunicaciones que puede ser organizadas, diseñadas, construidas, empleadas, operadas y desarrolladas sobre tiempo. esta noción de arquitectura de destinatario dividido para enchufar y tocar (play), y el volver a usar del componente funcional. Para incluir funciones y diseñar reglas, una arquitectura soporta un componente rehusado,  

Plug and PlayPlug and PlayLas reglas de diseño deben estar bien estructuradas Las reglas de diseño deben estar bien estructuradas -Para modelos de hardware plug and play si la estructura de las -Para modelos de hardware plug and play si la estructura de las interfaces físicas y lógicas de las funciones suministrada por el interfaces físicas y lógicas de las funciones suministrada por el modelo son compatibles con las interfaces físicas.modelo son compatibles con las interfaces físicas.-Para modelos de software plug and play si usa una amplia pero -Para modelos de software plug and play si usa una amplia pero simple interfase para el medio ambiente host, y si el modelo ofrece simple interfase para el medio ambiente host, y si el modelo ofrece para el medio ambiente la información que este necesita.para el medio ambiente la información que este necesita.-La arquitectura de software de radio, define divisiones de funciones -La arquitectura de software de radio, define divisiones de funciones en grupos, Estas incluyen:en grupos, Estas incluyen: * La publicación de configuraciones de diseño e interfaces estándar.* La publicación de configuraciones de diseño e interfaces estándar. * La definición de niveles lógicos de abstracción necesaria para * La definición de niveles lógicos de abstracción necesaria para simplificar amplias interfaces para contiendas de detalles irrelevantes simplificar amplias interfaces para contiendas de detalles irrelevantes en niveles bajos.en niveles bajos.

D.- Niveles de AbstracciónD.- Niveles de Abstracción

* Soporta movimiento de datos de banda base a IF, * Soporta movimiento de datos de banda base a IF, transformación de datos desde bits a símbolos de transformación de datos desde bits a símbolos de canal. Restablecimiento de tiempo, FEC y canal. Restablecimiento de tiempo, FEC y funciones relacionadas.funciones relacionadas.

-La arquitectura de software de radio no es una -La arquitectura de software de radio no es una simple colección de funciones con interfaces simple colección de funciones con interfaces asociadasasociadas. . V. Direcciones del procesamiento de señales V. Direcciones del procesamiento de señales básicas.básicas.

Esto incluye el procesamiento de una dirección Esto incluye el procesamiento de una dirección de un canal isocronus en tiempo real, de un canal isocronus en tiempo real,

A.- Dirección del Procesamiento del canal en tiempo real. A.- Dirección del Procesamiento del canal en tiempo real. Incorpora un canal codigoIncorpora un canal codigo

Los canales de procesamiento incluyen puntos de operación en Los canales de procesamiento incluyen puntos de operación en tiempo discreto como la traslación digital de una señal de banda base tiempo discreto como la traslación digital de una señal de banda base a un IF. Puntos de operación discretos multiplexan una forma de onda a un IF. Puntos de operación discretos multiplexan una forma de onda de banda base en el dominio del tiempo discreto por una referencia de banda base en el dominio del tiempo discreto por una referencia de portadora para proporcionar muestras en fase con muestras IF.de portadora para proporcionar muestras en fase con muestras IF.

Para banda base DSP, el tiempo entre muestras es del orden de los Para banda base DSP, el tiempo entre muestras es del orden de los milisegundos a cientos de microsegundos. Esto permite abundancia de milisegundos a cientos de microsegundos. Esto permite abundancia de tiempo para el procesamiento entre muestras. En la dirección del tiempo para el procesamiento entre muestras. En la dirección del software de radio IF, sin embargo. El tiempo entre muestras es en el software de radio IF, sin embargo. El tiempo entre muestras es en el orden de diez microsegundos a cientos de nanosegundos. Los puntos de orden de diez microsegundos a cientos de nanosegundos. Los puntos de operación requieren cientos de MIPS y/o MFLOOPS para gigaFLOPS operación requieren cientos de MIPS y/o MFLOOPS para gigaFLOPS con estricta interpretación Isocrónica. Esto es, los valores de datos de con estricta interpretación Isocrónica. Esto es, los valores de datos de una muestra pueden ser producidos computacionalmente y consumidos una muestra pueden ser producidos computacionalmente y consumidos dentro de ventanas de corto tiempo a fin de mantener la integridad de la dentro de ventanas de corto tiempo a fin de mantener la integridad de la representación de la señal. representación de la señal.

Por lo tanto el proceso Isócronos debería ser organizado Por lo tanto el proceso Isócronos debería ser organizado como un canal de información de hardware con como un canal de información de hardware con funciones secuenciales de la dirección asignada para funciones secuenciales de la dirección asignada para procesadores conectados serialmente. procesadores conectados serialmente.

Canales de suscriptores pueden ser organizados en Canales de suscriptores pueden ser organizados en paralelo, resultando en una instrucción múltiple, paralelo, resultando en una instrucción múltiple, dirección de múltiple datos múltiple procesamiento de dirección de múltiple datos múltiple procesamiento de arquitectura (MIMD) [32]. Cerrar procesos para el RF arquitectura (MIMD) [32]. Cerrar procesos para el RF puede ser ASICS (e.g. para filtración digital y traslación puede ser ASICS (e.g. para filtración digital y traslación de frecuencia).Un hábil sistema importante en el diseño de frecuencia).Un hábil sistema importante en el diseño de software de radio es la minimización de la huella del de software de radio es la minimización de la huella del hardware asunto para la necesidad de alojarse como hardware asunto para la necesidad de alojarse como muchos suscriptores posibles. muchos suscriptores posibles.

B. MANEJO DE LA CORRIENTE DEL AMBIENTEB. MANEJO DE LA CORRIENTE DEL AMBIENTE • Esta corriente continuamente describe mensajes ambientales por radio en Esta corriente continuamente describe mensajes ambientales por radio en

lenguajes de frecuencia, tiempo y espacio. Esta caracterización incluye canales lenguajes de frecuencia, tiempo y espacio. Esta caracterización incluye canales de identificación y de estimación de otros parámetros tales como los canales de de identificación y de estimación de otros parámetros tales como los canales de niveles de interferencia.niveles de interferencia.

• Pueden ser definidos por señalización específica y combinaciones de múltiples Pueden ser definidos por señalización específica y combinaciones de múltiples accesos. Por ejemplo, HF Adaptador de Establecimiento de Enlace (ALE).accesos. Por ejemplo, HF Adaptador de Establecimiento de Enlace (ALE).

• Emplea bloques operacionales tales como la Transformada de Fourier rápida Emplea bloques operacionales tales como la Transformada de Fourier rápida (FFTs), transformada de onda permitida, y matriz de multiplicación para ondas (FFTs), transformada de onda permitida, y matriz de multiplicación para ondas dirigidas formadas. dirigidas formadas.

• Los resultados del canal de identificación son requeridos en los límites de 540 Los resultados del canal de identificación son requeridos en los límites de 540 µs a 2 ms para (GSM). µs a 2 ms para (GSM).

• Los bloques de estructura de cada operación prontamente se adaptan por un Los bloques de estructura de cada operación prontamente se adaptan por un procesador paralelo MIMD. procesador paralelo MIMD.

• Cada corriente debe incluir prontamente eventos identificables (tales como el Cada corriente debe incluir prontamente eventos identificables (tales como el comienzo de una trama de radio) para lo cual las corrientes pueden comienzo de una trama de radio) para lo cual las corrientes pueden sincronizarse mutuamente. sincronizarse mutuamente.

C. ADAPTACIÓN EN LÍNEAC. ADAPTACIÓN EN LÍNEA • La adaptación en línea complementa el tiempo real aproximado La adaptación en línea complementa el tiempo real aproximado

dinámico.dinámico.• Generalmente la velocidad de datos alta requiere una relación señal a Generalmente la velocidad de datos alta requiere una relación señal a

ruido alta (SNR) para la velocidad de un bit errado requerido (BER). ruido alta (SNR) para la velocidad de un bit errado requerido (BER). • Los puentes de adaptación en línea a través de modos de interfaz de aire, Los puentes de adaptación en línea a través de modos de interfaz de aire,

optimizan la selección de banda y modos nominados para las metas y optimizan la selección de banda y modos nominados para las metas y limitaciones del usuario (y/o de la red). limitaciones del usuario (y/o de la red).

• Un modo de interfaz de aire es una combinación de parámetros que Un modo de interfaz de aire es una combinación de parámetros que define el QoS provenido por el modo. define el QoS provenido por el modo.

• La carga de elección de bandas RF y modos en el futuro serán La carga de elección de bandas RF y modos en el futuro serán compartidos entre el usuario, la red y los artefactos inalámbricos (Ej. compartidos entre el usuario, la red y los artefactos inalámbricos (Ej. PDA). PDA).

D. SOPORTE DE SOFTWARE SIN LÍNEA. D. SOPORTE DE SOFTWARE SIN LÍNEA. (La Fabrica de Software)(La Fabrica de Software) (1) (1) • Las herramientas sin línea incluyen análisis de sistemas, aumento Las herramientas sin línea incluyen análisis de sistemas, aumento

del procesamiento de señal, y rehosting de software existente para del procesamiento de señal, y rehosting de software existente para un nuevo hardware o plataforma de software. un nuevo hardware o plataforma de software.

• Electrónicamente puede guiar su transmisión de onda de radio en la Electrónicamente puede guiar su transmisión de onda de radio en la dirección correcta, selecciona el nivel de potencia apropiado, y capta dirección correcta, selecciona el nivel de potencia apropiado, y capta una velocidad de datos apropiados antes de la transmisión. una velocidad de datos apropiados antes de la transmisión.

• Decodifica las tramas del canal de modulación y luego corrige los Decodifica las tramas del canal de modulación y luego corrige los errores residuales mediante el control de errores avanzados (FEC) errores residuales mediante el control de errores avanzados (FEC) decodificando para recibir el BER más bajo posible. decodificando para recibir el BER más bajo posible.

• El lado izquierdo de la figura organiza las funciones del software El lado izquierdo de la figura organiza las funciones del software acorde al tiempo crítico. Un software fuerte en tiempo real puede ser acorde al tiempo crítico. Un software fuerte en tiempo real puede ser entregado como las características de un ASIC o FPGA. entregado como las características de un ASIC o FPGA.

• Un buen grupo de integrados de análisis de sistemas, diseña y Un buen grupo de integrados de análisis de sistemas, diseña y desarrolla herramientas rehosting guiadas para la creación de un desarrolla herramientas rehosting guiadas para la creación de un software de radio incremental en aumento relativamente rápido, software de radio incremental en aumento relativamente rápido, mejorando la calidad proveniente del aire como el crecimiento de las mejorando la calidad proveniente del aire como el crecimiento de las redes de software definido. redes de software definido.

VI. ALTERNATIVAS DE IMPLEMENTACIÓNVI. ALTERNATIVAS DE IMPLEMENTACIÓN

• Las alternativas de implementación para radio digital, SDR, y Las alternativas de implementación para radio digital, SDR, y software de radio pueden ser caracterizadas en el espacio de fase del software de radio pueden ser caracterizadas en el espacio de fase del software de radio.software de radio.

• El espacio de fase compara el acceso digital de banda ancha a la El espacio de fase compara el acceso digital de banda ancha a la flexibilidad de la plataforma de procesamiento. flexibilidad de la plataforma de procesamiento.

• En síntesis la señal digital correspondiente y una conversión alta En síntesis la señal digital correspondiente y una conversión alta debe rendir una transmisión ideal del software de radio.debe rendir una transmisión ideal del software de radio.

• Extremadamente el ancho de banda de ADCs consume la potencia Extremadamente el ancho de banda de ADCs consume la potencia substancialmente y tiene un rango dinámico de aproximadamente substancialmente y tiene un rango dinámico de aproximadamente solo 30 dB. solo 30 dB.

• En conclusión, el filtraje digital, de 5G de muestra de corriente por En conclusión, el filtraje digital, de 5G de muestra de corriente por segundo accede a una banda RF dada, tal como de 25 MHz del segundo accede a una banda RF dada, tal como de 25 MHz del espectro de RF.espectro de RF.