Annons

Utveckla SDR för IoT med effektivare konstruktionsverktyg

I National Instruments årliga utblick ”NI Trend Watch” pekar ut 5G ”Internet for everything och everyone”, industriell användning av IoT och massiv insamling från automatiska tester som årets stora drivfaktorer. Elektronik i Norden har träffat Johan Hillergren, marknadsingenjör vid National Instruments svenska kontor, som ger några konkreta exempel på årets trender.

– Rapportens övergripande budskap är att Internet of things nu starkt påverkar världens konsumtionsbeteende. Tack vare IoT kan industrin samla in stora mängder testdata. Och alla data som samlas in kan användas för att ge ”feedback”, produktionsfördelar och modifieringar av produkter i ett tidigt skede.
Mycket av halvledarindustrins utveckling kan beskrivas i termer om ”Moores lag”. Inom kommunikationsindustrin talar man nu mycket om Metcalfe´s lag som innebär att varje nytillkommen nod i ett nät fördubblar kapaciteten.
Som ett exempel på ett sådant nät nämner Johan Hillergren Storbritanniens satsning på ”National Grid UK”, där man i utbyggnaden av nätet använder National Instruments CompactRIO i varje nod. National Grid UK har 20 miljoner abonnenter.
Idag finns CompactRIO i 136 noder, varav 110 är permanent installerade i England och Wales. De övriga 26 sätter man in vid behov i olika noder.

Trådlöst uppkopplad noder
Uppbyggnaden av noderna i större nät kommer i allt högre utsträckning i framtiden att ske trådlöst. 5G kommer att skapa resurser får såväl stora nät med utspridda noder som varierande hastigheter upp till mycket snabba överföringar.
– 5G-näten kommer att utnyttja MIMO, heterogena nät (dvs nät med blandade cellstorlekar), olika typer av vågformer – inte enbart OFDM och utnyttjande av ett större frekvensspektrum.  Prototyputvecklingen för dessa metoder kommer lösas med SDR, mjukvarudefinierad radio.
Grundstenarna i SDR är en snabb, högupplöst och linjär A/D-omvandlare och en beräkningsenhet som brukar bestå av en FPGA (som tar hand om beräkningsintensiva parallellprocesser och en CPU.
Metodiken för att utveckla en SDR kan ses i tre steg:
* Skapa en modell av konstruktionen
* Koda den i Matlab
* Flytta över konstruktionen på hårdvaruplattformen
– Idag är det problematiskt att ta fram prototyper för SDR, säger Johan Hillergren. Problemet ligger i att flytta över konstruktionen till hårdvaran med dess två olika miljöer: CPU (flyttal) och FPGA (fasttal).
Han nämner att Qualcomm tidigare hade en hel avdelning som skötte konverteringen från en flyttals- till en fasttalslösning.
Konstruktionssvit
Ideallösningen borde vara ett enda, gemensamt konstruktionsverktyg med vilket man kan iterera en lösning fram och tillbaka och ladda in i CPU och FPGA.
National Instrument har skapat en sådan lösning i sin konstruktionssvit LabView Communications.
Technische Universitet i Dresden har använt konstruktionsverktyget en tid och kunnat konstatera att man kunde ta fram en 5G-prototyp på bara sex veckor. Nokia Solutions & Networks använder LabView Communications för prototyputveckling av såväl basstationer som handenheter. De säger sig kunna halvera utvecklingstiden av en SDR.
LabView Communication drar nytta av befintliga IP, däribland algoritmer i C och .m så konstruktören kan integrera rätt språk för rätt ändamål inom en och samma konstruktionsmiljö.
James Kimery, som leder enheten för RF and communications inom National Instruments säger:
LabView Communications innehåller ramverk för WiFi och LTE vilket gör att prototypbyggare kan inrikta sig på specifika delar av existerande standarder i stället för att konstruera nya algoritmer från grunden. Vissa akademiker och industriforskare har inom vårt program för användare kunnat skära ner tiden för validering av en prototyp till hälften.

Förbättrad Matlab-nedladdning
– En av fördelarna med LabView Communications är förbättrad nedladdning från Matlab och att kunna lägga till eller dra ifrån noder. Man kan även använda Matlab för att generera modeller, t ex genom att utgå från en befintlig C-kod.
En av fördelarna med att utveckla en SDR med LabView Communications är att kunna se S/N i varje nod. I en testbänk kan man exempelvis lägga till eller dra ifrån antal bitars upplösning för att förändra S/N i enskilda noder.
– Den största fördelen med LabView Communications är att alla de experter som arbetar med SDR-utveckling kan använda samma verktyg, säger Johan Hillergren.
Ett tidigare känt problem under utvecklingsarbetet var att skapa ”pipelining” i en FPGA.
– Programvaran räknar nu ut hur många pipeline som är möjliga att åstadkomma. Men konstruktören väljer själv antalet pipelines.
LabView Communications är sammantaget ett LabView som är nischat mot SDR, med stöd för USRP (en SDR-plattform som NI köpte för några år sedan) och vissa FlexRIO-moduler.
Ett exempel på en lyckad konstruktion utförd med LabView communications är det MIMO-system med 100 antenner (!) som tagits fram vid Lunds universitet. Systemet skapades på bara sex månader.

 

Comments are closed.