El transceptor vectorial de señales de segunda generación y las soluciones de radio definidas con software, entre las principales novedades

El referente global en soluciones de pruebas, medidas y control, National Instruments (NI), acudió al sexto Salón Internacional de Tecnologías en Seguridad y Defensa, Homsec 2017, para presentar varias de sus últimas novedades, las cuales acompañaron de demostraciones en directo. Interempresas aprovechó su presencia en la feria para conocer de primera mano en qué consisten dichas novedades, entre las que se podían ver las últimas adiciones del transceptor vectorial de señales de segunda generación y las soluciones de radio definidas con software USRP RIO para el diseño, la creación de prototipos y el despliegue.

Covadonga Villalba, ingeniera de marketing de NI, fue la encargada de explicar a Interempresas las principales características, ventajas y aplicaciones de las novedades presentes en el stand de la compañía en Homsec 2017.

Las últimas adiciones a la línea más completa y escalable de soluciones de radio definida con software (SDR) disponibles para aplicaciones aeroespaciales, de defensa y de creación de prototipos inalámbricos fue una de las novedades con las que NI acudió a la feria y realizó demostraciones en directo.

Se trata del dispositivo SDR receptor cuádruple USRP-2945 y el dispositivo SDR de salida múltiple y entrada múltiple (MIMO) 2x2 de alto rendimiento USRP-2944. Ambos modelos ofrecen un nuevo nivel de rendimiento y capacidad para la familia de USRP (Universal Software Radio Peripheral). Estos dispositivos incluyen los mayores rangos de frecuencia, el mayor ancho de banda y el mejor rendimiento de RF de la familia de USRP. El USRP-2945 y USRP-2944 se unen a la cartera de productos SDR de NI, que van desde radios pequeñas desplegables a sistemas MIMO enormes con 128 antenas. Los ingenieros pueden utilizar la amplia familia de productos SDR de NI para cambiar con eficacia desde el diseño a la creación de prototipos y al despliegue en una amplia gama de aplicaciones inalámbricas mediante un flujo de diseño unificado.

Asimismo, los ingenieros pueden combinar los SDR de NI con software de LabVIEW para desarrollar de forma rápida sistemas de receptor inalámbrico y de comunicación en tiempo real y pueden crear prototipos de nuevos algoritmos con señales del mundo real a través de las herramientas de programación FPGA y FPGA integradas. Además, los ingenieros pueden incorporar con eficacia productos SDR de NI con otro hardware de NI para diseñar soluciones dirigidas a las aplicaciones más exigentes, beneficiándose de la flexibilidad del hardware y de un conjunto unificado de herramientas de software.

Demostración de las soluciones de radio definidas con software.

“En este caso- afirmó Villalba mientras realizaba una demostración del producto-, estamos emitiendo un tono de música que estamos adquiriendo por un array de antenas. Tenemos otro array de antenas conectado a otra tarjeta y es una aplicación muy típica que sirve para determinar la dirección. De esta manera, es capaz de determinar de dónde viene el tono que estamos transmitiendo. La particularidad que tiene esta tarjeta es que lleva incluidas unas tarjetas fijas que lo que hacen es que comparten el oscilador local. Es un sistema de mucha precisión. Ahora estamos haciendo cuatro receptores en una misma tarjeta pero también se podría utilizar con dos transmisores y dos receptores; un transmisor y tres receptores, etc.”, aclaró Covadonga Villalba.

El USRP-2945, específicamente diseñado para la adquisición y el análisis de señales por aire, incluye una arquitectura superheterodina de dos etapas para conseguir la sensibilidad y selectividad superiores necesarias para aplicaciones como el control y análisis de espectro y la inteligencia de las señales. Con cuatro canales receptores y la capacidad de compartir osciladores locales, este dispositivo también establece nuevos benchmarks en cuanto a rendimiento/precio del sector para aplicaciones de búsqueda de direcciones (direction finding).

“También con esta misma tarjeta se pude hacer una monitorización del espectro en tiempo real. Así se pude ver el tono que estamos transmitiendo y también se pude ver la banda de wifi, etc. Es decir, todas las ondas que estamos transmitiendo por el aire aparecen ahí”, continuó Villalba. Para la investigación inalámbrica de ancho de banda, el USRP-2944 es un SDR capaz de MIMO 2x2 que incluye 160 MHz de ancho de banda por canal. Con un rango de frecuencia de 10 MHz a 6 GHz, este SDR funciona en frecuencias de interés para la exploración e investigación de LTE y WiFi, cubriendo posibles nuevos despliegues de espectro.

“En el campo de la Defensa este tipo de tarjetas se utilizan, sobre todo, para monitorización de espectro, inteligencia de señal, determinación de direcciones... Pero también se utilizan mucho en academias de investigación, tanto para enseñanza como para la parte de investigación para hacer sistemas MIMO donde tienes múltiples antenas, prototipado de 5G y nuevos sistemas de comunicaciones en general”.

La segunda generación del transceptor de señales vectoriales (VST) fue otra de las novedades de NI presentes en Homsec 2017. El módulo PXIe-5840 de NI es el primer VST de ancho de banda de 1 GHz del mundo y está diseñado para resolver las aplicaciones de prueba y diseño de RF más difíciles. La demostración que realizó Covadonga Villalba en Homsec, tal y como señaló la experta, fue una parte de un producto final que desarrolla un partner de la compañía que se llama Novator Solutions.

Transceptor vectorial de señales de segunda generación

“Nosotros estamos haciendo una monitorización del espectro: estamos monitorizando, en este caso, 50 MHz de ancho de banda con la frecuencia central en 100 MHz. Lo que permite este sistema es hacer una canalización, es decir, nosotros seleccionamos una región de interés y somos capaces de analizarla más en detalle. En este caso tenemos sólo tres canales pero el sistema completo es capaz de detectar hasta 1.024 canales. Ahora estoy generando una señal modulada en FM desde el transceptor vectorial de señales, que tiene un generador y un analizador, y aquí tengo el mismo sistema, la misma tarjeta que estoy utilizando para la parte de análisis. Estoy generando mi señal en FM y analizando el espectro con otra tarjeta. Para hacer la canalización utilizamos la tecnología de FlexRIO que, básicamente, es una tarjeta que tiene una FPGA dentro que nos permite realizar todas las operaciones que son necesarias para poder tener esos 1.024 canales”, añadió Villalba.

El PXIe-5840 de NI combina un generador de señales vectoriales de RF de 6,5 GHz, un analizador de señales vectoriales de 6,5 GHz, una FPGA programable por el usuario de gran rendimiento e interfaces digitales paralelas y en serie de alta velocidad en un solo módulo PXI Express de 2 ranuras. Con un ancho de banda de 1 GHz, el último VST es ideal para una amplia gama de aplicaciones, como la prueba de dispositivos 802.11ac/ax, prueba de dispositivos móviles / Internet de las Cosas, prueba y diseño de 5G, pruebas de RFIC, creación de prototipos de radar, etc. En definitiva, en palabras de Covadonga Villalba, “la principal novedad de la que estamos hablando aquí respecto al transceptor vectorial de señales que lanzamos al mercado en 2012 -fuimos los primeros en sacar este tipo de dispositivo-, es que ahora tiene 1GHz de ancho de banda en tiempo real frente a los 80 MHz de ancho de banda en tiempo real que tenía el anterior, que es prácticamente mil veces más. Entonces, no sólo tiene 1GHz de ancho de banda en tiempo real sino que cubre una banda un poco más grande que el anterior y, en vez de ocupar tres ranuras de nuestro chasis, ocupa sólo dos ranuras”.

Villalba realizó otra demostración con un simulador de objetivos que demuestra la versatilidad de los sistemas de National Instruments, es decir, que con las mismas tarjetas podamos hacer cosas totalmente diferentes. “En una de ellas estamos simulando objetivos de radar. Lo que hacemos es, con el transceptor vectorial de señales, generar el eco del radar, el cual estamos analizando con un analizador, el 5668, que es el más potente que tenemos: llega hasta 26,5 GHz y tiene 765 MHz de ancho de banda en tiempo real. Lo que hacemos es que analizamos ese eco y cuando vemos un ‘pico’ es cuando está detectando el objetivo”, afirmó.

Otra de las demostraciones que realizó Covadonga Villalba fue un producto final de uno de los partners de NI: M3 Systems. Se trata de un sistema de simulación de GNSS (Global Navigation Satellite Systems) que nos permite, por un lado, cargar una señal que nosotros ya tengamos predefinida o simular un escenario. Por ejemplo, “ellos hacen un recorrido -en este caso va a ser un coche en Touluse que va haciendo un recorrido-, graban la señal de ese recorrido en GPS y son capaces luego de simularlo en el laboratorio para testear chips. Así se pueden observar características como la latitud, la longitud, el posicionamiento, etc.”, manifestó.

Sistema de simulación de GNSS.

Para finalizar, la última demostración corrió a cargo de dos alumnos de la Universidad de Alcalá, los cuales estuvieron presentes en el stand de NI con un demostrador de radar pasivo que utiliza como iluminador de señal el Pirulí, es decir, la señal transmitida por Torre España.

Antena Yagi de alta definición.

Para dicha demostración utilizaron los URPS de radio definida por software para determinación de direcciones y monitorización del espectro. “En la azotea de la Universidad de Alcalá tenemos un array de antenas para coger la zona de vigilancia -la zona donde queremos ver los blancos-, y una antena yagi de alta definición para coger la señal directamente de Torre España. Lo que hace el radar es coger la señal directa y, con el array cogemos los ecos de los coches en los blancos y así, mediante la correlación de ambas señales, localizamos los coches en el plano. Al correlacionar las dos señales adquiridas obtenemos la distancia biestática donde está el blanco y el doppler, la velocidad. Luego hacemos una capa de seguimiento y finalmente la transformación al plano real”, concluyeron los estudiantes añadiendo que, de National Instruments, adquirieron 25 MHz, es decir, tres canales consecutivos de TV.

Demostrador de radar pasivo de la Universidad de Alcalá.