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RTO-MP-IST-062 12 - 1 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION L’approche radio logicielle dans les systèmes de Nœud de Communication Aéroporté M. Schiel Jean-Christophe, M. Montaigne François and M. Philippe Guy EADS DS Defence Electronics France Rue Jean-Pierre Timbaud 78063 St Quentin en Yvelynes France [email protected] / [email protected] / [email protected] ABSTRACT Le démonstrateur de Nœud de Communication Aéroporté (dNCA) a été développé par EADS pour la DGA afin d’améliorer les capacités réseaux et de télécommunications pour des applications civiles ou militaires (comme le concept NCO d’opérations en réseaux). Il est basé sur un nœud aéroporté qui déssert jusque 10 passerelles au sol, mobiles dans un rayon de 100 km avec jusque 40 Mpbs en standard IP. Les caractéristiques techniques ambitieuses du démonstrateur, comme le très haut débit, une faible latence, une résistance accrue dans un environnement de guerre électronique et une durée de réalisation réduite (3 ans) nous ont conduit à s’engager sur une approche de type radio logicielle. La partie matérielle est basée sur une plate-forme à l’architecture ouverte, modulaire et est complètement reconfigurable ; elle est constituée de produits sur étagère (COTS) dont chaque module est organisé autour d’un réseau haut débit. Du côté logiciel, de nouvelles approches de conception orientée modèles (MBD) ont été testées avec succès en parallèle avec des techniques « système sur une puce » (SoC) qui montrent un gain énorme sur la partie codage et encore plus sur les étapes de validation. Cette approche « radio logicielle », en combinant une plate-forme modulaire et une conception SoC a été vraiment efficace dans le développement du démonstrateur. La forme d’onde de type WCDMA montre son plein potentiel et une réduction notable du temps de développement a pu être démontrée par ces techniques, ce qui permet au démonstrateur de donner son plein potentiel et même plus. 1.0 INTRODUCTION La radio logicielle (SDR – “Software Defined Radio”) sera l’une des avancées majeure des prochaines années dans le domaine des télécommunications militaires ou civiles. Cette technologie apportera un lot d’avantages considérables sur plusieurs points ; le premier étant bien entendu une plus grande uniformisation du matériel qui permettra de remplacer plusieurs radios en une seule, tout cela en changeant de manière logicielle la forme d’onde ou le standard de télécommunication utilisé, et ce en temps réel. Le sujet est vaste et les obstacles d’ordre technique sont importants, néanmoins une grande communauté y travaille en abordant plusieurs aspects nécessaires à la réalisation d’une vraie radio logicielle. Ce sont certaines de ces techniques qui vont être présentées ici dans le cadre d’une réalisation d’un démonstrateur de nœud de communication aéroporté. Schiel, J.-C.; Montaigne, F.; Guy, P. (2006) L’approche radio logicielle dans les systèmes de Nœud de Communication Aéroporté. Dans Gestion dynamique des communications (pp. 12-1 – 12-12). Compte rendu de réunion RTO-MP-IST-062, Communication 12. Neuilly-sur-Seine, France : RTO. Disponible sur le site : http://www.rto.nato.int/abstracts.asp.

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L’approche radio logicielle dans les systèmes de Nœud de Communication Aéroporté

M. Schiel Jean-Christophe, M. Montaigne François and M. Philippe Guy EADS DS

Defence Electronics France Rue Jean-Pierre Timbaud

78063 St Quentin en Yvelynes France

[email protected] / [email protected] / [email protected]

ABSTRACT

Le démonstrateur de Nœud de Communication Aéroporté (dNCA) a été développé par EADS pour la DGA afin d’améliorer les capacités réseaux et de télécommunications pour des applications civiles ou militaires (comme le concept NCO d’opérations en réseaux). Il est basé sur un nœud aéroporté qui déssert jusque 10 passerelles au sol, mobiles dans un rayon de 100 km avec jusque 40 Mpbs en standard IP. Les caractéristiques techniques ambitieuses du démonstrateur, comme le très haut débit, une faible latence, une résistance accrue dans un environnement de guerre électronique et une durée de réalisation réduite (3 ans) nous ont conduit à s’engager sur une approche de type radio logicielle. La partie matérielle est basée sur une plate-forme à l’architecture ouverte, modulaire et est complètement reconfigurable ; elle est constituée de produits sur étagère (COTS) dont chaque module est organisé autour d’un réseau haut débit. Du côté logiciel, de nouvelles approches de conception orientée modèles (MBD) ont été testées avec succès en parallèle avec des techniques « système sur une puce » (SoC) qui montrent un gain énorme sur la partie codage et encore plus sur les étapes de validation. Cette approche « radio logicielle », en combinant une plate-forme modulaire et une conception SoC a été vraiment efficace dans le développement du démonstrateur. La forme d’onde de type WCDMA montre son plein potentiel et une réduction notable du temps de développement a pu être démontrée par ces techniques, ce qui permet au démonstrateur de donner son plein potentiel et même plus.

1.0 INTRODUCTION

La radio logicielle (SDR – “Software Defined Radio”) sera l’une des avancées majeure des prochaines années dans le domaine des télécommunications militaires ou civiles. Cette technologie apportera un lot d’avantages considérables sur plusieurs points ; le premier étant bien entendu une plus grande uniformisation du matériel qui permettra de remplacer plusieurs radios en une seule, tout cela en changeant de manière logicielle la forme d’onde ou le standard de télécommunication utilisé, et ce en temps réel.

Le sujet est vaste et les obstacles d’ordre technique sont importants, néanmoins une grande communauté y travaille en abordant plusieurs aspects nécessaires à la réalisation d’une vraie radio logicielle. Ce sont certaines de ces techniques qui vont être présentées ici dans le cadre d’une réalisation d’un démonstrateur de nœud de communication aéroporté.

Schiel, J.-C.; Montaigne, F.; Guy, P. (2006) L’approche radio logicielle dans les systèmes de Nœud de Communication Aéroporté. Dans Gestion dynamique des communications (pp. 12-1 – 12-12). Compte rendu de réunion RTO-MP-IST-062, Communication 12. Neuilly-sur-Seine, France : RTO. Disponible sur le site : http://www.rto.nato.int/abstracts.asp.

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2.0 RADIO LOGICIELLE ?

2.1 Une définition La définition réelle d’une radio logicielle assez difficile et dépend beaucoup de la provenance des personnes : des opérationnels aux grands industriels en passant par les fabricants de matériel et de logiciels. Le programme américain JTRS (Joint Tactical Radio System) qui est le gros catalyseur dans le domaine tend à définir un peu un standard, notamment au niveau architecture avec le SCA (Software Communication Architecture). Néanmoins, on peut définir une radio logicielle par une radio qui réunit l’ensemble des propriétés suivantes :

• Une radio programmable : cette spécificité est la base de la radio logicielle, puisque le logiciel va venir programmer le matériel. Les différents canaux ou formes d’ondes peuvent être ainsi reprogrammées. Différentes radios sur un théâtre d’opération commun multi-nations peuvent ainsi être complètement inter opérables et un vrai fonctionnement « en réseau » peut alors être envisagé tel que défini dans des programmes NCW (Network Centric Warfare) ou NCO (Network Centric Operations).

• Une radio reconfigurable : en plus de pouvoir être reprogrammée, la radio peut être reconfigurée à la volée avec différents paramètres pour s’adapter à l’environnement. Cela peut consister à une résistance au brouillage accrue ou à une configuration des débits de données, ou encore à une limitation du nombre de canaux pour une mission spécifique sur un lieu donné afin d’empêcher un brouillage de canaux de communications existants.

• La radio doit pourvoir être mise à jour, tant au niveau logiciel que matériel. Cela apporte une vraie notion de flexibilité.

• En plus des aspects performances ci-dessus, une radio logicielle est vue compacte, sur le poids et le volume, mais aussi avec des batteries efficaces pour un modèle portable.

• Enfin, la rationalisation des équipements radio (une seule radio faisant tourner une multitude de formes d’ondes) devrait, à terme, permettre une diminution des coûts par terminal. Les analystes prévoient actuellement une réduction par trois ou quatre par rapport à une radio propriétaire classique.

Cette définition peut paraître utopique pour une personne qui travaillerait dans les hyperfréquences par exemple, car ce rêve de radio qui est capable de tout faire soulève encore bien des problèmes de conception sur différents domaines. Car si c’est un concept récent, l’idée n’est pas nouvelle, mais ce n’est que depuis ces dernières années que les progrès technologiques nous laissent enfin entrevoir une réalisation possible. En effet si dans d’autres domaines, le passage à l’ère tout numérique est déjà effectif, il a fallu et il faudra encore beaucoup de progrès sur de multiples domaines pour y arriver dans le domaine de la radio. On pense notamment aux antennes, aux hyperfréquences, aux convertisseurs etc.

2.2 Intérêts La radio logicielle intéresse à la fois le domaine civil et militaire avec des attentes différentes.

2.2.1 Intérêts pour le domaine militaire

Dans le domaine militaire cette technologie a été introduite lors du lancement du programme américain JTRS. Au niveau radio ce programme partait du constat que les différentes armées américaines utilisent plus de 1000 systèmes de radiocommunications différentes pour communiquer. L’idée est donc de rationaliser, à la fois les formes d’onde et le matériel radio lui-même afin de les rendre interopérables, y compris avec les radios propriétaires (« legacy »). Le programme JTRS pose donc les standards de systèmes radios multicanaux, multi-modes et reprogrammables. Ce programme fait actuellement office de

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leader dans le domaine de la radio logicielle, et ce notamment parce que des concepts importants y ont été introduit et développés comme l’architecture de la radio logicielle (SCA).

2.2.2 Intérêts pour le domaine civil

Dans le domaine civil, il y a un peu moins de formes d’ondes différentes, due à une plus grande standardisation et/ou normalisation. Un téléphone GSM est ainsi compatible dans presque le monde entier, du coup la contrainte d’interopérabilité est beaucoup moins forte. De même la fabrication de masse à moindre coût en plus d’une miniaturisation poussée et d’un plus faible nombre de formes d’ondes disponibles à un endroit donné (par exemple dans un aéroport disponibilité du GSM, UMTS et du Wifi) par rapport à un théâtre d’opération multinational et multi-armées limite les besoins en reprogrammation. De ce fait, si la radio logicielle est envisagée, elle n’est pas encore ressentie comme une nécessité, elle est même un frein à la course aux coûts de fabrication dont se livrent les différents fabricants. La seule voie de la radio logicielle dans le domaine civil est vue au niveau des stations de base qui devront pouvoir à terme fournir plusieurs standards comme par exemple du GSM, de l’UMTS et du WiMAX.

3.0 LE SYSTEME DNCA

3.1 Présentation L’avènement de technologies comme la radio logicielle permet d’imaginer un peu mieux le futur au niveau opérationnel. Aux environs 2015-2020 on peut ainsi entrevoir une interopérabilité totale sur le théâtre et une mise en réseau globale des télécommunications simple et rapide tout en approchant les performances d’un réseau d’infrastructure. Le Nœud de Communication Aeroporté (NCA - ACN Airborne Communication Node) est perçu comme une brique de ces futures opérations en réseau global. Et c’est dans ce cadre là que le démonstrateur dNCA a été lancé en tant que projet d’étude amont de la DGA (Délégation Générale de l’Armement – french MoD) afin de vérifier, mettre en pratique et essayer les concepts du théâtre opérationnel du futur.

3.2 Description Le Nœud de Communication Aéroporté consiste en une charge de télécommunication à haut débit aéroportée desservant des passerelles mobiles au sol sur une large zone de couverture.

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Figure 1 : schéma opérationnel du Nœud de Communication Aéroporté

Le Nœud de Communication Aéroporté possèdera les capacités opérationnelles suivantes :

• Capacité radio élevée (jusque 20 Mb/s par usager)

• Déploiement facile et rapide

• Mobilité importante sur la zone de couverture et de celle-ci par mobilité du porteur

• Aucune contrainte d’infrastructure

• Mise en cellules possible de plusieurs systèmes pour une zone de couverture accrue

• Allocation dynamique des ressources en temps réel

• Gestion centralisée de la qualité de service (QoS)

• Latence faible ; largement en deçà d’une solution équivalente basée sur un satellite

• Complète interopérabilité au niveau IP

• Vulnérabilité limitée due à l’altitude élevée (milieu stratosphérique)

• Haute robustesse dans un contexte de guerre électronique.

Le démonstrateur, développé par EADS Defence Electronics France, présente des performances qui reflètent les capacités opérationnelles futures. Le démonstrateur reprend entièrement les précédentes spécifications avec les aménagements suivants :

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Démonstrateur grandeur nature Système NCA futur

10 passerelles sol 50 passerelles sol

Capacité globale de 20Mbps (montant et descendant)

Capacité globale de 100Mbps (montant et descendant)

Débit maximum bidirectionnel de 10 Mb/s par passerelle

Débit maximum bidirectionnel de 20 Mb/s par passerelle

Zone de couverture au sol d’un diamètre de 100 km

Zone de couverture au sol d’un diamètre de 200 km

Avion porteur de type TBM-700 - EADS Socata

Porteur ouvert : ballon, dirigeable, avion stratosphérique, drône …

Altitude du porteur de 10km Altitude du porteur de 20km

Tableau 1 : comparaison entre le Nœud de Communication aéroporté et son démonstrateur

Le démonstrateur fera l’objet d’essais grandeur nature avec le nœud embarqué sur un avion d’essai de type EADS Socata TBM-700 et des passerelles mobile au sol constituées de véhicules utilitaires montés d’un positionneur plus une antenne sous radôme.

3.3 Contextes opérationnels Le système est pensé pour une mise en réseau globale au niveau IP de toute la zone d’opérations en y apportant l’équivalent d’une infrastructure filaire, mais avec l’avantage du « sans fil » tout en maintenant presque des performances dignes d’un réseau filaire.

Au niveau réseau, le très haut débit associé à l’allocation dynamique des ressources avec gestion fine de la qualité de service permet d’envisager une utilisation totale des services IP proposés sur une infrastructure filaire :

• Transferts de données (FTP, P2P …)

• Voix, VoIP.

• Emails & serveurs web

• Visio conférence

• Vidéo en « streaming » (à la demande, broadcast, multicast)

La qualité de service (QoS) est complètement rendue possible par le fait que le nœud n’est pas un simple relais de communication aéroporté, mais il offre un véritable service de routage évolué via une couche physique flexible.

Le système est par ailleurs totalement comparable à une configuration de type satellite avec la charge de communication en altitude, mais il offre des avantages non négligeables par rapport au satellite :

• Très faible latence, due à l’altitude bien plus faible

• Bilan de liaison radio-fréquence bien plus favorable, permettant d’atteindre des débits plus élevés.

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• La charge de communication est facilement réparable ou modifiable

• Indépendance totale par rapport aux opérateurs de satellites

• Déploiement très facile et rapide (heures contre années ou mois)

• Bas coût : porteur « basse » altitude réutilisable et pas de durcissement des équipements pour l’environnement orbital.

Ces qualités associées à la mobilité des passerelles au sol et de la zone de couverture par le porteur et à la robustesse de la forme d‘onde permettent d’envisager des usages variés du Nœud de Communication Aéroporté :

• Engagement coopératif multinational avec interconnexions de réseaux hétérogènes

• Missions de type lacunaires

• Gestion de crise : catastrophe naturelle, restauration de la paix, sécurité civile …

• Logistique …

3.4 Forme d’onde La forme d’onde du système doit permettre une grande flexibilité, à la fois pour la gestion de la qualité de service au niveau des couches supérieures, mais aussi pour la robustesse contre les interférences et le brouillage. A cela s’ajoute qu’elle doit permettre un accès multiple jusque 50 utilisateurs et une capacité élevée. C’est pour cela qu’une forme d’onde de type WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) a été choisie en conjonction de l’utilisation de codes Turbo. Le résultat est une forme d’onde complètement adaptée au système qui offre alors les performances suivantes :

• Capacité élevée

• Accès multiple avec gestion des ressources radio en temps réel

• Discrétion maximale et naturelle contre l’interception (LPI & LPD – Low Probability of Interception or Detection)

• Grande résistance au brouillage

• Plan de fréquence simple : tous les usagers utilisent la même bande passante

• Peu sensible et peu interférant avec d’autres systèmes dans des bandes similaires

• Possibilité d’architecture cellulaire

Cette forme d’onde impose par contre des algorithmes travaillés, notamment sur l’acquisition initiale, la poursuite temporelle des codes, la récupération de la phase et la régulation de puissance. Ces algorithmes complexes ont été conçus au moyen des méthodes décrites dans le prochain paragraphe.

4.0 DNCA ET L’APPROCHE SDR

Le démonstrateur technologique du Nœud de Communication Aéroporté est un projet sur 3 ans seulement, incluant les démonstrations en vol. Les performances visées étaient au niveau de l’état de l’art lorsque le projet du démonstrateur a été lancé ; il y avait en effet plusieurs points durs. Au niveau de la capacité, celle-ci impose des composants rapides, ainsi que des convertisseurs large bande, mais aussi un algorithme de codage/décodage de canal par codes Turbo efficace et rapide. Le bilan de liaison et la forme d’onde choisie impose aussi à la fois une antenne aéroportée de type iso puissance, mais aussi un dispositif de pointage performant au niveau des passerelles au sol, notamment en mobilité.

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Ces contraintes ont conduit à adopter une approche de type radio logicielle. Il n ‘y a pas eu d’adoption totale au sens d’une plate forme de type SCA, avec mise en place du démonstrateur autour de cette architecture pour plusieurs raisons ; il y avait d’une part la non maturité de l’architecture SCA et des outils associés au début du projet en 2003-2004, d’autre part la forme d’onde choisie consomme énormément de ressources matérielles, n’en laissant pas assez pour les composantes logicielles de l’architecture SCA (Core Framework, Corba) et enfin il n’y avait pas de volonté politique pour l’adoption du SCA. En effet si l’approche SCA de la radio logicielle est purement du côté architecture et logiciel, pour le démonstrateur ont été explorées plusieurs autres versants de la technologie.

L’approche utilisée passe plus par le niveau matériel, la plate-forme, et les méthodes et outils.

4.1 La plate-forme

4.1.1 Présentation de la plate-forme et architecture retenue

L’architecture retenue pour la plate-forme matérielle repose essentiellement sur l’utilisation de composants sur étagères (COTS - Component Off The Shelf) vus les temps de développement réduits du démonstrateur. Les performances globales recherchées requièrent une architecture intelligente et un haut niveau de performance, que ce soit dans les convertisseurs ou la taille et la vitesse des FPGAs et des DSPs, du fait du très haut débit et de la capacité de résistance au brouillage qui impose des algorithmes complexes. De plus l’approche radio logicielle implique l’utilisation d’une plate-forme plus générique, qui pourrait être utilisée pour d’autres formes d’ondes. L’aspect « générique » intervient à la fois au niveau matériel, au niveau des possibilités offertes et au niveau logiciel, pour l’interfaçage, la reprogrammation et la reconfiguration.

Figure 2 : Architecture matérielle en réseau

C’est pourquoi une architecture modulaire a été choisie afin d’obtenir les performances recherchées et la flexibilité. La solution consiste en une carte mère qui est utilisée pour connecter plusieurs cartes filles (ayant chacune des fonctions différentes). Des cartes filles à base de FPGA et/ou DSP sont ainsi utilisées afin d’implémenter la forme d’onde développée pour chacune des têtes de réseaux connectées au dNCA et pour le nœud lui même. La carte mère offre une interconnexion rapide entre les différentes cartes filles ou modules via un anneau haut débit propriétaire, mais dont le standard est ouvert. L’architecture logicielle s’articule ainsi directement sur ce réseau structuré en anneau qui dessert tous les modules matériels.

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Les principales fonctions effectuées par chacune de ces cartes filles sont : l’acquisition, la synchronisation et la poursuite temporelle du signal reçu, la démodulation des bits d’informations et la poursuite de la dérive de phase du signal et enfin la correction d’erreurs via le code de canal de type TPC (Turbo Product Code) et la ré encapsulation des trames Ethernet. Un module DSP est utilisé pour le logiciel de contrôle du matériel.

Figure 3 : Module de traitement numérique HUNT Heron-FPGA7

Figure 4 : Carte porteuse des modules numériques HUNT pour une tête de réseau

Les cartes mères sont montées dans un ordinateur de type PC industriel, dont chacun constitue la partie traitement numérique radio d’une passerelle ou du nœud. S’ajoutent ainsi seulement un routeur pour l’interconnexion réseau IP et une partie hyperfréquence et antenne. Le tout, hors système antennaire, reste alors fort compact compte tenu des performances et ne prend qu’une partie d’une baie 19 pouces.

4.1.2 Intérêt d’une telle architecture

L’intérêt principal de ce type d’architecture matérielle est qu’il autorise à la fois un développement complètement modulaire de la forme d’onde mais aussi une possibilité d’évolution importante pour le programme futur.

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En effet, l’aspect modulaire de cette architecture est important dans le sens où chaque module sert à implémenter une fonction ou un ensemble de fonctions spécifiques à une partie de la chaîne d’émission et/ou de réception mais non complètement dépendante d’autres fonctions implémentées dans d’autres modules. Ainsi, le développement d’un module et sa validation peut se faire d’abord de manière unitaire et indépendante avant de se faire de manière complète dans la chaîne avec les autres modules.

Ainsi, le développement d’une carte n’est donc pas tributaire des problèmes que l’on pourrait rencontrer sur un autre module par exemple. De plus, si en cours de projet des spécifications viennent à changer pour quelques raisons que ce soit, le module peut facilement être remplacé par un autre ayant un plus gros FPGA par exemple. Ensuite, cette architecture reposant sur l’utilisation de différents modules à base de FPGA permet de gérer facilement les évolutions pour le système et la migration vers le système final.

La plate-forme matérielle choisie est flexible tant au niveau matériel pour suivre les évolutions que logiciel puisqu’elle est gérée, reconfigurée et reprogrammée par logiciel au moyen du réseau haut débit entre cartes.

4.2 L’approche logicielle

4.2.1 L’approche utilisée

4.2.1.1 « MBD » ou conception par modèle

Dans le programme dNCA, la quasi totalité des études systèmes pour la partie radio ont été effectuées en phase amont du projet à l’aide de l’outil de simulation système Matlab/Simulink. Un modèle complet du système avait été ainsi développé au début du projet (incluant toutes les fonctions spécifiques du système) afin de valider l’approche envisagée pour la forme d’onde ainsi que l’utilisation de certaines fonctions. Le développement a ainsi complètement été conduit en suivant une approche orientée modèle (MBD – Model Based Design). Cela a permis de maîtriser une grande partie des points durs au niveau performance globale du système dés le début du projet et d’orienter les choix parmi les solutions en les testant avant même leur codage.

Par exemple, l’impact sur la capacité radio du système des non linéarités de l’amplificateur de puissance a été simulé en avance de phase afin d’affiner les spécifications qui ont été envoyées au fabricant. Ces simulations systèmes ont aussi permis de relâcher les contraintes sur quelques paramètres en totale connaissance de cause sur les performances globales du système. Dans d’autres cas, les modèles permettent aussi d’essayer des solutions techniques possibles et de les tester (codeur de canal en condition de brouillage militaire par exemple).

4.2.1.2 « SoC » ou l’approche système sur une puce

Cet outil a également permis de développer un certain nombre d’algorithmes spécifiques tels que la poursuite temporelle ou la poursuite de phase du signal. Ces algorithmes ont été développés puis validés sous Simulink via la boîte à outil XtremeDSP fournie par Xilinx puis le code VHDL ou la netlist compilée ont été générés automatiquement depuis les modèles créés avant d’être testés et validés à nouveau sur le banc de test. C’est ainsi une méthode de type « system on a chip » (SoC) qui a été utilisée dans le cadre de ces développements.

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Figure 5 : processus de création et de validation d’un « System on a Chip » (SoC)

La méthode permet de conserver une vision système à tout moment, tout en permettant le développement d’algorithmes complexes avec emprise directe au plus bas niveau. Notre approche comprend en plus trois niveaux d’abstraction pour la simulation :

• Logicielle pur sous Simulink ; tout est indépendant du matériel

• Logicielle avec quantification sous Simulink et Xtreme DSP

• Mixte avec co-simulation matérielle de l’algorithme dont le code a été généré automatiquement après l’étape précédente.

Ces trois niveaux permettent de maîtriser complètement l’algorithme qui sera implémenté dans le FPGA cible. Toute la partie validation système et optimisation des paramètres peut se faire en simulation, accélérée par la co-simulation matérielle avec une vue complète à tous les niveaux du système contrairement à une validation sur banc sur la plate-forme matérielle finale. Les outils de génération automatique fournissent un code VHDL ou une netlist complètement conforme au modèle d’algorithme simulé et ce fait la validation sur banc se réduit à une validation fonctionnelle. Pour ce projet, vue la jeunesse des outils, toutes les validations ont été faite tout de même sur banc, mais les résultats et comportements se sont montrés extrêmement proche des simulations au point de rendre caduque les validations détaillées sur banc.

4.2.2 Etude et Validation système Préliminaire

Lors de la phase d’étude système du projet dNCA, un modèle global de la chaîne à été réalisé sous l’environnement Simulink afin de valider en phase amont du projet que la forme d’onde retenue (technique d’accès, codage de canal, etc…) était conforme en simulation à ce qui avait été calculé de manière théorique.

Etudessystèmes

Développementmodèles

simulation

Pré ValidationSystème

CodageAlgorithmique

Générationautomatique

de code

ValidationUnitaire

des modules

ValidationSystème

en laboratoire

ValidationSystème

sur le terrain

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Avec ce modèle, des mesures de capacité, résistance au brouillage, caractérisation de filtres, modélisation et validation des performances d’algorithmes ont été réalisées. Tous ces résultats ont été enregistrés et ont été utilisés pour valider le système réel. Celui-ci est au final très proche au niveau des performances que celles obtenues par simulation.

L’ensemble de ces méthodes MBD et SoC permettent une meilleure maîtrise du système dés le début du projet, en validant tout de suite les bons choix sans perdre de vue les performances globales. Si plus de temps du projet est prévu pour les simulations système, on arrive ensuite à un gain appréciable par la génération automatique de code et surtout par processus de validation bien plus réduit grâce à la parfaite concordance simulations environnement réel.

Cette approche est complètement compatible avec celle utilisée dans le SCA ou les formes d’ondes sont des applications qui peuvent tourner sur une radio à l’architecture générique. Ici la forme d’onde est un modèle Simulink, qui tourne sur un processeur GPP et un FPGA (dans le cas d’une co-simulation). Simulink et Xtreme DSP fournissent alors la couche d’abstraction matérielle (HAL – Hardware Abstraction Layer). En allant plus loin on pourrait imaginer de concevoir une couche d’abstraction pour la plate-forme matérielle modulaire choisie sous Simulink.

5.0 CONCLUSION

Le système dNCA démontre dés aujourd’hui les solutions de communication de demain. Le cahier des charges était ambitieux, mais le choix d’une approche orientée radio logicielle a permis d’obtenir un système maîtrisé et conforme dans un temps réduit. L’approche de conception par modèles (MBD) offre la maîtrise du système dés le début du projet et s’enrichit tout du long avec lui afin de donner à tout moment une base solide de comparaison et de permettre au final des validations plus efficaces. L’exploration des nouvelles méthodes de conception de type SoC a montré un gain significatif en temps de développement, mais pas forcément là ou on l’attendait ; si la génération automatique de code offre un avantage indéniable, c’est surtout au niveau de la validation que le gain a été le plus appréciable, lorsque les développements SoC ont été intégrés dans le modèle global au niveau système.

Ces approches couplées à une gestion fine de la qualité de service au niveau réseau sur une forme d’onde flexible et robuste permettent de dépasser le cahier des charges et d’entrevoir le futur Nœud de Communication Aéroporté, qui sera un système de communication sans fil facile et rapide à déployer tout en offrant une mobilité à la fois de la zone de couverture et au sein de celle-ci avec des capacités réseaux IP proche de ceux d’une infrastructure.

Le développement démonstrateur dNCA montre que finalement le pas vers la radio logicielle n’est peut être pas si loin qu’on peut le penser.

6.0 RÉFÉRENCES

[1] Digital Communications, second edition, John G. Proakis, 1989, McGraw Hill

[2] Digital Communications, Fundamentals and Applications, B. Sklar, 1989, Prentice Hall

[3] Telecommunication Breakdown, Concepts of Communication Transmitted via Software-Defined Radio, C. Richard Johnson Jr. & William A. Sethares, 2003, Prentice Hall

[4] Spread Spectrum Communications, Vol I, II & III, Marvin K. Simon, Jim K. Omura, Robert A. Scholtz & Barry K. Levitt, 1985, Computer Science Press

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[5] The Mathworks “Model Based Design”; technical literature : http://www.mathworks.com/applications/controldesign/technicalliterature.html

[6] Hunt Engineering, modular real time software defined radio boards, http://www.hunteng.co.uk/

[7] JTRS, Joint Tactical Radio System in the Joint Program Executive Office, http://jtrs.army.mil/