Εργαστήριο Ενσωματωμένων Επικοινωνιακών Συστημάτων

Πρόγραμμα "ΑΚΜΩΝ"

Έργο "Ανάπτυξη Συστημάτων Αεροπορικών και Δορυφορικών Επικοινωνιών - ΑΣΑΔΕ"

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ	ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ	ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ

Στα πλαίσια του έργου «Ανάπτυξη Συστημάτων Αεροπορικών και Δορυφορικών Επικοινωνιών - ΑΣΑΔΕ» αποκτήθηκε εργαστηριακή υποδομή που χρησιμοποιείται για τη σχεδίαση συστημάτων και την παροχή υπηρεσιών στην περιοχή των δορυφορικών/αεροπορικών επικοινωνιών (ανάπτυξη διατάξεων και προϊόντων τεχνολογίας DVB-S2). Ειδικότερα, ο εξοπλισμός που έχει αποκτηθεί επιτρέπει:

• την πραγματοποίηση μετρήσεων συστημάτων επικοινωνίας,

• τον έλεγχο συμβατότητας συστημάτων μετάδοσης και λήψης,

• τον έλεγχο επιμέρους διατάξεων πομποδεκτών,

• την κατασκευή εργαστηριακής πλατφόρμας προσομοίωσης του δορυφορικού συστήματος επικοινωνίας (πομπός-κανάλι-δέκτης) τεχνολογίας DVB-S2,

• την παροχή υπηρεσιών σχεδίασης, ανάπτυξης και ελέγχου συστημάτων επικοινωνιών.

Ο εξοπλισμός που αποκτήθηκε δημιούργησε την αναγκαία υποδομή για τη μελέτη, υλοποίηση και πειραματική επιβεβαίωση των συστημάτων που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του έργου, αλλά και για την υποστήριξη της ερευνητικής δραστηριότητας που θα συνεχίσει να παρέχεται στους σημερινούς, αλλά και σε μελλοντικούς φορείς-χρήστες των υπηρεσιών του Εργαστηρίου.

Η συνολική εργαστηριακή υποδομή αναπτύχθηκε με σκοπό τη μελέτη τηλεπικοινωνιακών συστημάτων με ιδιαίτερη έμφαση στις δορυφορικές και αεροπορικές εφαρμογές. Ο εξοπλισμός επιτρέπει την "φυσική" σύνδεση ενός πομπού με έναν "απομακρυσμένο" δέκτη, δηλαδή μέσω ενός καναλιού στο οποίο εφαρμόζονται διαφόρων τύπων παραμορφώσεις στο μεταδιδόμενο σήμα. Η υλοποίηση αυτή βασίζεται σε εξειδικευμένα τηλεπικοινωνιακά όργανα των οποίων οι λειτουργίες ελέγχονται από αντίστοιχα υπολογιστικά συστήματα. Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται η βασική εργαστηριακή υποδομή και η διασύνδεση των διαφόρων συσκευών-οργάνων.

Ο συνολικός εξοπλισμός περιλαμβάνει ειδικές συσκευές δημιουργίας, ανάλυσης και μέτρησης σημάτων (π.χ. Spectrum Analyzer, Vector Signal Generator, Vector Signal Analyzer), καθώς και ειδικές πλατφόρμες σχεδίασης και υλοποίησης ψηφιακών κυκλωμάτων. Οι τελευταίες χρησιμοποιήθηκαν για τη σχεδίαση και υλοποίηση των ειδικών μονάδων του δορυφορικού δέκτη που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου, ενώ οι συσκευές δημιουργίας και ανάλυσης σημάτων επιτρέπουν τον πειραματικό έλεγχο και την πιστοποίηση των διατάξεων στις διάφορες βαθμίδες διάδοσης του σήματος και σε όλα τα στάδια ανάπτυξης του.

Ειδικότερα, ο εξοπλισμός που αποκτήθηκε περιλαμβάνει:

• Το σύστημα μετάδοσης NTC/2277/xF της εταιρίας NEWTEC το οποίο αποτελεί ολοκληρωμένη διάταξη εκπομπής σήματος DVB-S2 και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πραγματικού σήματος αναφοράς.

• Το σύστημα μετατροπής συχνότητας (Up/Down Converter) NTC/2142 της εταιρίας NEWTEC το οποίο μετατρέπει ένα σήμα IF (50-180 MHz) στο αντίστοιχο L-Band (950-1750 MHz) και το αντίστροφο, ταυτόχρονα, μέσω των δύο ειδικών καρτών που περιλαμβάνει NTC/3474 (Up Converter) και NTC/3475 (Down Converter).

• Το σύστημα δημιουργίας και ανάλυσης σήματος βασικής ζώνης της εταιρίας NATIONAL INSTRUMENTS. Το όργανο αυτό αποτελείται από ειδική βάση (NI PXI-1042Q) πάνω στην οποία έχουν τοποθετηθεί μια υπολογιστική μονάδα (NI PXI-8196) και τρεις κάρτες ειδικού σκοπού. Οι δυο κάρτες αποτελούν γεννήτριες σημάτων (NI PXI-5421) με ρυθμό δειγματοληψίας 100 MSamples/s και ανάλυση 16 bits και η τρίτη κάρτα είναι ένας υψηλής ταχύτητας ψηφιοποιητής (NI PXI-5122) δύο καναλιών εισόδου με ρυθμό δειγματοληψίας 100 MSamples/s και ανάλυση 14 bits.

• Το σύστημα MXG N5182A της εταιρίας Agilent για τη δημιουργία σημάτων (Vector Signal Generator) στην περιοχή συχνοτήτων 250 kHz έως 3 GHz. Η συσκευή επιτρέπει τη δημιουργία τυπικών, τυχαίων και ειδικού σκοπού κυματομορφών.

• Το σύστημα ΜΧΑ Ν9020Α της εταιρίας Agilent για την ανάλυση και αποδιαμόρφωση τηλεπικοινωνιακών σημάτων (Vector Signal Analyzer) που λειτουργεί στην περιοχή συχνοτήτων από 20 Hz έως 3,6 GHz. Το σύστημα περιλαμβάνει και ειδικό λογισμικό για την ανάλυση των σημάτων με τη χρήση ειδικών συναρτήσεων. Το ωφέλιμο εύρος ζώνης του οργάνου είναι 25 MHz.

• Το σύστημα SMU200A της εταιρίας Rohde & Sschwarz για τη δημιουργία ειδικών σημάτων (Vector Signal Generator) που λειτουργεί στην περιοχή των συχνοτήτων από 100 kHz έως 3 GHz. Επίσης το σύστημα περιλαμβάνει ειδικές συναρτήσεις για την εφαρμογή θορύβου και ειδικών παραμορφώσεων σε πραγματικό χρόνο.

• Το σύστημα ανάλυσης και λήψης σημάτων υψηλών συχνοτήτων ΝΙ PXI-5660 της εταιρίας NATIONAL INSTRUMENTS. Το σύστημα αυτό αποτελείται από ειδική βάση (NI PXI-1042Q) πάνω στην οποία έχουν τοποθετηθεί μια υπολογιστική μονάδα (NI PXI-8196) και δύο κάρτες. Η μια κάρτα είναι ένας μετατροπέας συχνότητας (NI PXI-5600) με περιοχή λειτουργίας 9 kHz μέχρι 2.7 GHz. H άλλη κάρτα είναι ο ψηφιοποιητής σήματος (NI PXI-5620) με συχνότητα δειγματοληψίας 64 MSamples/s και ανάλυση 14 bits. Το συνολικό σύστημα διαθέτει ωφέλιμο εύρος ζώνης 20 MHz.

• Τέλος, σε όλες τις διατάξεις που αναλύονται στη συνέχεια χρησιμοποιείται και ο εξοπλισμός Software Radio της εταιρίας Sundance που αποκτήθηκε στη πρώτη φάση εκτέλεσης του έργου. Αυτός αποτελείται από:

1. την PCI πλατφόρμα SMT310Q,

2. τη μονάδα SMT395-VP30-6, που περιέχει επεξεργαστή ψηφιακού σήματος DSP (TMS320C6416T, 1GHz) και κυκλώματα επαναδιαμορφούμενης λογικής (FPGA),

3. τη μονάδα SMT390, που περιέχει αναλογικό-προς-ψηφιακό (ADC) μετατροπέα σήματος (2 κανάλια, 12 bits, 210 Msps), και κυκλώματα επαναδιαμορφούμενης λογικής (FPGA),

4. τη μονάδα SMT365-8-1, που περιέχει επεξεργαστή ψηφιακού σήματος DSP (TMS320C6416, 600MHz) και κυκλώματα επαναδιαμορφούμενης λογικής (FPGA),

5. τη μονάδα SMT370AC, που περιέχει αναλογικό-προς-ψηφιακό (ADC) μετατροπέα (2 κανάλια, 14 bits, 105 Msps) καθώς και ψηφιακό-προς-αναλογικό (DAC) μετατροπέα (2 κανάλια, 16 bits, έως 400 Msps), μαζί με κυκλώματα επαναδιαμορφούμενης λογικής (FPGA),

6. τη μονάδα SMT363-XC2 που περιέχει κυκλώματα επεξεργασίας σημάτων DSP, επαναδιαμορφούμενης λογικής FPGA, πυρήνα μικροεπεξεργαστή ARM7 με ελεγκτή MAC και διασύνδεση με δίκτυο Ethernet, και

7. τη μονάδα SMT148-LT που αποτελεί μια αυτόνομη πλατφόρμα που έχει τη δυνατότητα να διασυνδέσει μέχρι τέσσερις από τις παραπάνω μονάδες, ενώ διαθέτει και πολλαπλές θύρες επικοινωνίας (3 UART, 1 JTAG, 2 USB και 2 FireWire).

Στο επόμενο σχήμα δίνεται διάταξη αξιοποίησης των παραπάνω οργάνων σε δορυφορική πλατφόρμα ευρείας εκπομπής στην οποία ένας σταθμός βάσης μεταδίδει σήμα προς ένα απομακρυσμένο τερματικό δέκτη. Στη περίπτωση αυτή απαιτείται υποδομή σταθμού βάσης με κατάλληλη εξωτερική μονάδα (ODU – Outdoor Unit), που απαρτίζεται από μετατροπέα συχνότητας (Block Up Converter), ενισχυτή (HPA) και παραβολική κεραία, η οποία δέχεται σήμα L-Band και το μεταδίδει στην Ku-Band. Επίσης απαιτείται ODU στη πλευρά του δέκτη, που αποτελείται από παραβολική κεραία και LNB (Low Noise Block), η οποία λαμβάνει σήμα στην Ku-Band και παράγει το αντίστοιχο L-Band σήμα με το οποίο τροφοδοτεί τις επόμενες βαθμίδες.

Στην πλευρά του σταθμού βάσης το σήμα προς μετάδοση δημιουργείται με δύο διαφορετικούς τρόπους:

1. Μέσω του συμβατού με το πρότυπο DVB-S2 διαμορφωτή NTC/2277/xF της NEWTEC που παράγει σήμα ενδιάμεσης συχνότητας (IF).

2. Μέσω των γεννητριών σήματος MXG-N5182A και SMU-200A της Agilent και Rohde & Sschwarz αντίστοιχα, οι οποίες κατάλληλα προγραμματιζόμενες μπορούν να παράγουν σήμα τόσο ενδιάμεσης συχνότητας (IF) όσο και L-Band.

Πειραματικά Αποτελέσματα