Sviluppi futuri

L’obiettivo futuro è quello di implementare tutta la waveform FM3TR. I passi per raggiungere la completa realizzazione di questo obiettivo sono:

• implementare l’argoritmo ARQ, che significa modificare i componenti unidirezionali in componenti bidirezionali;

• realizzare le funzioni di data conditioning, modulazione e frequency hopping. Caratteristiche che appartengono ai dispositivi DSP e FPGA della scheda SDR-4000;

• per ultimo, con l’utilizzo di due USRP e due PC, implemetare la parte di trasmissione/ricezione a radiofrequenza.

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Un ulteriore sforzo di energie può essere speso inoltre nella ricerca di soluzioni per l’implementazione di porte custom. Questo permetterebbe di avvicinarsi alla struttura dei componenti del progetto Calit2 e la realizzazione di un ambiente più compatibile, in accordo con gli intenti della stessa architettura SCA.

Conclusioni

La Software Communications Architecture (SCA) è un’architettura che consente ai componenti che costituiscono una Software Defined Radio (SDR) di essere portabili e interoperabili. Ai fini di ricerca e di sviluppo il gruppo Wireless @ Virginia Tech ha sviluppato Open Source SCA Implementation Embedded (OSSIE) un ambiente di sviluppo che permette di costruire SDR SCA-compliant.

Uno degli obiettivi di SCA è quello di consentire il riutilizzo del software con cui vengono costruite le SDR. Per supportare questa proprietà l’ente Joint Tactical Radio System (JTRS) Joint Program Executive Office (JPEO) mantiene un deposito, denominato Information Repository (IR) [15], in cui le waveform sono immagazzinate e condivise con i partner di JTRS. Una delle waveform contenute in IR è la Multi-band Multi-waveform Modular Tactical Radio (FM3TR) realizzata dal California Institute for Telecommunications and Information Technology (Calit2). Questa waveform fu presentata al terzo forum Science & Technology del programma JTRS del 26-29 gennaio 2009 ed il successo ottenuto da questo progetto [14] sottolinea l’importanza di progettare waveform SCA-compliant.

La waveform FM3TR definisce due modi operativi: la modalità voce che si basa sulla modulazione Pulse Code Modulation (PCM) a 16 KHz, i cui campioni sono modulati Continuously Variable Slope Delta (CVSD), e la modalità dati che opera sullo stesso canale della modalità voce ed utilizza la codifica Reed Solomon. I

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due canali multiplati su un unico canale sono modulati Continuous-Phase Frequency- Shift Keying (CPFSK) con algoritmo di frequency hopping.

Partendo dal codice creato da Calit2 è stato realizzato in ambiente OSSIE il ramo dati della waveform FM3TR. Le criticità incontrate hanno evidenziato come il codice SCA-compliant per SDR dipenda ancora molto dall’ambiente di sviluppo utilizzato per sviluppare il codice.

Gli obiettivi futuri, dopo aver realizzato l’algoritmo ARQ sul canale dati ed il canale voce, prevedono di implementare la modulazione CPFSK con l’algoritmo di frequency hopping per poi testare l’intero sistema con l’utilizzo dell’Universal Software Radio Peripheral (USRP)

Waveform

Una waveform è il set di trasformazioni applicate al segnale informativo prima di trasmetterlo ovvero il corrispondente set di trasformazioni applicate al segnale ricevuto per estrapolare il segnale informativo che contiene.

Ad esempio è una waveform il Wideband Code-Division Multiple-Access (WCDMA), così come lo è il Global System for Mobile communications GSM o l’FM. Quindi quando parliamo di waveform ci riferiamo, più che all’effettiva onda elettromagnetica trasmessa in aria a tutti i gli stadi di elaborazione del segnale (amplificatori, filtri, modulatori) che si incontrano sulla catena tra trasmettitore e ricevitore.

Antenne per SDR

Le antenne sono progettate per specifiche range di frequenze: la stessa antenna non può essere utilizzata per 2 MHz e 3 GHz. Ci sono però antenne che coprono grandi range di frequenza. È questo il caso dell’antenna log-periodica Agilent 11956A, o dell’antenna ad horn AR ATH200M2G.

ASIC

Per ASIC s’intende una piattaforma hardware provvista di processore e progettata per una ed una sola applicazione. Un ASIC risulta un dispositivo ad-hoc: concettualmente l’opposto di una SDR.

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GNU Radio

GNU Radio [7] è una piattaforma open-source per la progettazione delle SDR. Hanno contribuito ad essa una grande comunità mondiale di sviluppatori. Usando GNU Radio è molto semplice creare applicazioni SDR, perché fornisce diverse librerie per supportare tutte le più comuni esigenze software radio, includendo varie tecniche di modulazione, codici a correzione d’errore, filtri e diversi altri componenti di elaborazione del segnale. GNU Radio è un sistema molto flessibile e permette di sviluppare applicazioni in C++ e Python. Il codice che descrive l’elaborazione del segnale è strutturato in blocchi ed è scritto in C++, mentre il codice che descrive le connessioni dei blocchi e che fornisce l’interfaccia utente è scritto in Python. Dal progetto GNU Radio è nata la Universal Software Radio Peripheral (USRP) [6] .

ECLIPSE

Eclipse è un ambiente di sviluppo integrato e open-source, utilizzato per sviluppare applicazioni con diversi linguaggi di programmazione; come ad esempio Java, C++, Python, etc. Eclipse è estendibile istallando dei plug-in, OSSIE è uno di questi. Un’altra delle principali caratteristiche, è che l’ambiente Eclipse fornisce un’interfaccia utente rendendo semplici le operazioni di code editing e debugging e le interfacce per la revisione e il controllo del sistema.

eXtensible Markup Language (XML)

XML è un linguaggio di programmazione di alto livello, simile all’HTML. È un linguaggio di Markup e strutturato in tag definibili dall’utente. È un linguaggio nato per l’immagazzinamento e il trasporto di informazioni, ma risulta molto più versatile dell’HTML perché permette l’utilizzo di tag personalizzati; in altre parole XML non si focalizza sul tipo di informazione associata al tag.

[1] James Neel, Simulation of an implementation and evaluation of the layered

radio architecture, Master’s Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State

University, December 2002, Blacksburg, Virginia, USA.

[2] Thomas Sundquist, Waveform development using software defined radio, Linkoping University, April 2006, Linkoping, Sweden.

[3] Joseph Mitola III, Software radio survey, critical evaluation and future

direction, IEEE National Telesystem Conference, May 1992, Washington DC,

USA.

[4] http://www.wirelessinnovation.org

[5] Joseph Mitola III, Cognitive radio: Making Software Defined Software

Defined Radio more personal, IEEE Personal Communications, vol. 6, no. 4,

pp. 13-18, 1999. [6] http://www.ettus.com/ [7] http://www.gnuradio.org/

[8] Edoardo Paone, “Open-Source SCA Implementation-Embedded and Software

Communication Architecture”, KTH Master Thesis, 2010

[9] Enrico Buracchini, Paolo Goria, Alessandro Trogolo, “Software Defined

Radio e Cognitive Radio: un nuovo paradigma per le comunicazioni wireless?”, Notiziario Tecnico Telecom Italia, Dicembre 2008

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[11] http://www.ossie.wireless.vt.edu/?q=node/7

[12] P. Johansson, Z. Cao, W. Hodgkiss Calit2, University of California San Diego, “Rapid Porting of an SCA compliant FM3TR waveform”, 2009, SDR Forum.

[13] http://www.spectrumsignal.com/products-services/integrated-systems/cpci- is/sdr-4001-ids/

[14] http://jtrs.calit2.net

[15] http://gforge.calit2.net/gf/project/jtrs_open_ir/frs/

[16] Calit2 JTRS Project, “Final Report of FM3TR SCA Waveform Porting

Project”, 28 Jan 2008

[17] C. R. Aguayo González, C. B. Dietrich, and J. H. Reed, “Understanding the

Software Communications Architecture”, IEEE Commun. Mag., vol. 47, no.

9, Sept. 2009.

[18] C. R. Aguayo González, C. B. Dietrich, Shereef Sayed, Harris I. Volos, j.D. Gaeddert, P.M. Robert, J. H. Reed, and F. E. Kragh, “Open-Source SCA-

Based Core Framework and Rapid Development Tools Enable Software- Defined Radio Education and Research”, IEEE Commun. Mag., Oct. 2009.

[19] Tortorelli Salvatore, “Realizzazione di un ricevitore VHF marittimo su

piattaforma software-defined radio di tipo SCA (Software Communications Architecture)”, Tesi di laurea specialistica dell’Università di Pisa, 2011