Sokcsatornás spektrumfigyelés

„A National Instruments (NI) hosszú idő óta rendszeresen fejleszti vektorjel-analizátor (VSA-) moduljait, mind a sávszélesség-specifikáció és az FPGA-programozási lehetőségek, mind az RF-érzékenység tekintetében. Letisztult bővítési lehetőségeket kínáló spektrumfigyelő rendszerrel dolgozhattunk, melyre jellemző a hosszú életciklus, ami egyrészt a Spectrum Defender programcsomag szoftverarchitektúrájába beépített meghajtó absztrakciós rétegeknek köszönhető, másrészt pedig annak, hogy az NI elkötelezetten ugyanazt a programozófelületet kínálja még a legújabb moduljaihoz is” – Sean Wallace, Acquired Data Solutions, Inc.

A feladat

Több műholdas átjátszó spektrumának megfigyelésére alkalmas, kompakt rendszer építése az FCC által előírt teljesítményszintek és spektrummaszkok betartása, továbbá bármilyen rövid lefolyású parazita sugárzás vagy nem üzemszerű esemény érzékelése érdekében.

A megoldás

Az Acquired Data Solutions, Inc. (ADS) vállalat Spectrum Defender™ nevű programcsomagját, egy négycsatornás üzemre beállított Surveyor™-modult, valamint az NI PXI Express-alapú vektorjel-analizátorát (VSA) tartalmazó rendszer építése, nagysebességű merevlemezes rögzítéssel.

Az ADS-ről

Az ADS számos üzemeltetési, környezetgazdálkodási és műszaki területen tevékenykedő, elsősorban adatgyűjtéssel és vezérléstechnikával foglalkozó vállalat. Tevékenységi körébe RF spektrális vizsgálatok, képtechnikai és akusztikai témák, továbbá fejlesztési és működésvizsgálati célból végzett, különféle környezeti rezgéseket emuláló tesztelő összeállítások és rendszerek tartoznak.

Jellemző ipari elvárások és korlátok

A kifejezetten spektrumfigyelési célokra tervezett rendszerek jellemzően egy referenciaantennáról vett vagy lefelé irányuló (downlink) jelúton érkező adást dolgoznak fel. Elemzik a jelalakot (vagy burkolóját), és összevetik az eredményt valamilyen felhasználó által definiált referenciamaszkkal vagy teljesítményszinttel. A leírtak szinte minden mai spektrumfigyelő rendszer alapképességei közé tartoznak. Mivel azonban a spektrumfigyelési célú berendezések nem tömegpiaci termékek, a legtöbb ilyen jellegű rendszert eredetileg teljesen más feladatokhoz – például kutatás-fejlesztéshez vagy gyártásban történő teszteléshez – tervezett, általános rendeltetésű spektrumanalizárorokból építik fel. A spektrumfigyelési piac a méretéből fakadóan nem teszi lehetővé, hogy a kifejezetten célorientált funkciók kedvező áron legyenek elérhetők. A spektrumanalizátorok áramköreit működtető programokat, firmware-eket nem elsősorban utólagos spektrumfeldolgozáshoz tervezték, aminek az eredménye nehézkes, rossz hatékonyságú és hiányos funkciókkal rendelkező kezelőfelület.
Szerencsére a nagy tömegben előállított PXI Express-alapú vektorjel-analizátor és a kisebb példányszámban értékesített Spectrum Defender^®-szoftvercsomag alkotta összeállítás feloldja a leírt helyzetet: megfizethető áron valósít meg erősen célorientált, magas színvonalú spektrumfigyelési funkciókat. Egy tömeggyártott modul és egy szűkebb körben alkalmazott szoftver ilyen jellegű párosítása a felhasználási terület sajátosságaiból adódóan természetszerűleg megállja a helyét.

A rendszermegoldás

Az ADS egy katonai, repülés- és űrtechnikai területen tevékenykedő, műholdakat üzemeltető kiemelt ügyfele számára végzett fejlesztésben használta ki az említett előnyöket. Amint a követelmények felmérése során elmélyültünk a részletekben, rájöttünk, hogy néhány járulékos képesség révén fokozni tudjuk a rendszer értékét a tényleges felhasználók számára. E járulékos képességek két csoportba oszthatók: a termelékenység fokozása és a mélységi jelanalízis.

A termelékenység fokozása

A rendszer alapját képező PXI Express-modul és a Spectrum Defender^®-szoftvercsomag segítségével könnyedén megfigyelhető volt négy párhuzamos csatorna spektruma, különféle műholdas átjátszó- és polarizációs beállítások mellett. A követelmények felmérése során azonban hamar rájöttünk, hogy egy kezelő feltehetőleg nem képes egyszerre mind a négy csatornát alaposan szemmel tartani. Egy ember biztosan nem venné észre, ha több spektrumfigyelési csatornán időben korrelált, igen rövid idejű, átmeneti zavarjelenségek lépnének fel. E korlátot felismerve jutottunk arra a következtetésre, hogy szükség van a „nyers” IQ-adatok rögzítésére, majd szinkronizált, lassított visszajátszására a rendhagyó események többcsatornás, jól kiértékelhető megjelenítése érdekében. A rendszert kiegészítettük egy nagysebességű háttértárral és a Spectrum Defender^® egy rögzítési opciójával, lehetővé téve ezzel az anomáliák lassú visszajátszását a további vizs-gálatokhoz, a hibakereséshez vagy zavarforrások azonosításához.
Ugyancsak a követelmények felmérése során tártuk fel, hogy egy hálózatvezérlő központ kezelőinek számos műveletet kell elvégezniük. Valószínűtlennek tűnt, hogy akárcsak egy kezelő is rendszeresen ellenőrizni tudná a spektrumburkoló megfelelőségét. Ebből a pragmatikus helyzetből kiindulva szembesültünk azzal, hogy teljesen önműködő spektrumfigyelési megoldásra van szükség, amely anomáliák esetén értesítéseket ad. Elektronikus levél- és SNMP-csapdaüzenetek formájában valósítottuk meg ezeket az értesítéseket. Az SNMP az informatikai világban elterjedten alkalmazott állapotfigyelési eljárás. Egy magasabb szintű rendszerfigyelő csomag (például Nagios) fogadhatja és naplózhatja automatikusan az SNMP-csapdaüzeneteket és a megfelelő azonosítókat.

Mélységi jelanalízis

Ellentétben a hagyományos spektrumfigyelő rendszerekkel, a PXI Express-alapú vektorjel-analizátor és a Spectrum Defender^® program alkotta összeállítás segítségével valós időben hozzá lehet férni az IQ-adatfolyamhoz, jelbefogási holtidő nélkül. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy nem csupán a frekvenciatartományban végezhetünk elemzést, hanem az idő- és modulációs tartományban is, valamint beállíthatunk együttes idő- és frekvenciatartománybeli analízist is. Az RF-adások „nyers” IQ-adatok formájában való befogása számos új elemzési és jelvizsgálati lehetőség előtt nyit utat, szemben a hagyományos, mindössze a frekvenciatartománybeli „pillanatképekre” korlátozott lehetőségekkel.
A „nyers” IQ-adatokhoz történő hozzáférés révén utólagosan kielemezhetők a rögzített anomáliák, megnövelhető a frekvenciatartománybeli felbontási sávszélesség, demodulálhatók a jelek, sávhatároló szűrők iktathatók be, továbbá iteratív úton számos különféle spektrumburkoló szerinti megfelelőség is vizsgálható.

Folyamatos fejlesztés

Végeredményben a PXI Express-alapú platform és a Spectrum Defender^® együttes alkalmazásával olyan rendszert alkottunk, mely jól áttekinthető, sokrétű bővítési lehetőségekkel rendelkezik, többek között a magasabb üzemi frekvenciák (például a K- vagy a Ka-sáv), a valósidejű – 765 MHz-ig növelhető – jelbefogási sávszélességek és a fejlett elemzési képességek terén egyaránt.
A 26,5 GHz felső határfrekvenciájú, NI PXIe-5668R típusú VSA több lépcsőben bővíthető a felsoroltak tekintetében. Az ábrán rendszerünk végső felépítése látható. Felhívjuk a figyelmet az RF-jelek különleges módon megoldott befogására és az elektronikus levélben, illetve SNMP-üzenetek útján megvalósított értesítésekre.
A National Instruments (NI) hosszú idő óta rendszeresen fejleszti vektorjel-analizátor (VSA-) moduljait, mind a sávszélesség-specifikáció és az FPGA-programozási lehetőségek, mind az RF-érzékenység tekintetében. Letisztult bővítési lehetőségeket kínáló spektrumfigyelő rendszerrel dolgozhattunk, melyre jellemző a hosszú életciklus, ami egyrészt a Spectrum Defender^®-program-csomag szoftverarchitektúrájába beépített meghajtó absztrakciós rétegeknek köszönhető, másrészt pedig annak, hogy az NI elkötelezetten ugyanazt a programozófelületet kínálja még a legújabb moduljaihoz is.

A rendszerarchitektúra

A rendszer előnyeinek összefoglalása

• üzemeltetés kevesebb technikussal a hálózati központban,

• négy csatorna feldolgozására optimalizált kialakítás egyetlen hagyományos műszer méretében,

• új elemzési módok, például események korrelációjának vizsgálata több csatornára,

• fokozott hatékonyság elektronikus levelek és SNMP-monitorozás útján, önállóan generált értesítésekkel,

• új vektorjel-analizátor modulokhoz is könnyen csatlakozó szoftveres háttér.

Alkalmazott (vagy az igényelt rendszerváltozattól függően alkalmazható)
NI-modulok

• NI PXIe-1075 típusú keret

• NI PXIe-1085 típusú keret

• NI PXIe-8135 típusú vezérlő

• NI PXIe-5667 típusú, 7 GHz-es vagy 14 GHz-es VSA

• NI 8260 típusú RAID merevlemez-blokk

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest, Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Web: hungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Még több National Instruments