Page 85 - bilgem-teknoloji-dergisi-12

Sinyal Analizi BILGEM
TEKNOLOJI

Şekil 4. FPGA Sinyal İşleme Blokları

lışmaktadır. Sinyallerin kayıpsız gösterimi ve kay- spektrum analizörlerin en önemli parametrelerin-
dedilmesi için gerçek zamanlı çalışma prensibine den biridir. Sistemde kullanılan FFT boyutuna ve
uygun cihazlar gereklidir. Bunun yanında tespit örtüşme oranına bağlı olarak 100% POI değeri be-
edilen radarın çalışma amacı, anlık görevi ve ne lirlenmektedir. yebileceği frekans bandına dönüştürülmektedir.
tür bir radar olduğu gibi bilgilerin tespit edilebil- 100%POI = (2-Örtüşme Oranı) x (FFT Nokta Sayı- İstenmeyen sinyaller olan hayal sinyallerinin yok
mesi için ürettiği sinyallerin frekans, genlik, darbe sı) / (Örnekleme Frekansı) edilmesi için sistemde merkez frekansı ayarla-
genişliği ve darbe tekrar sıklığı gibi parametreleri nabilir 500 MHz bant genişliğine sahip YIG (Ytt-
çıkarılabilmelidir. Gerçek zamanlı sistemler sa- Yazılım Tasarımı rium Iron Garnet) filtre kullanılmaktadır. Hayal
yesinde radar çalışma parametreleri anlık ve en Spektrum gösterim cihazları çeşitli sinyalleri tes- frekanslarından temizlenmiş sinyaller, yüksek
doğru şekilde çıkarılabilir. Aynı zamanda sinyaller pit etmek ve operatöre analiz imkânı tanımak için hızlı tarama yeteneğine sahip LO (Local Oscil-
kayıpsız kaydedilerek detaylı analiz yapılabilir. ihtiyaca göre özelleşmiş gösterim ekranları ile öl- lator) yardımıyla yaklaşık 1 GHz (IF) bandına
çüm araçları içeren yazılımlardan oluşmaktadır. düşürülmektedir. IF sinyallerini kuvvetlendirmek
Sinyallerin uygun bir şekilde sayısallaştırılıp ihti- SPAR yazılımı “Gerçek Zamanlı Gösterim”, “Ger- veya zayıflatmak amacıyla IF katında kazanç
yaç duyulan analiz, ölçüm ve gösterim algoritma- çek Zamanlı Analiz”, “Spektrum Tarama”, “Osilos- için yazılım tasarımında gelişmiş teknolojilerin bloğu kullanılmıştır. Ayrıca bant genişliğini de-
larının çalışabilmesi için antenden alınan işaretler kop Gösterim” ve “Kayıttan Geri Oynatma” ekran- kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Katmanlı mi- ğiştirebilmek için kazanç bloğunda filtre banka-
RF koşullandırıcı birimleri üzerinden geçirildikten larından oluşmaktadır. Ekranlar genlik – frekans, mari ile kurgulanan yazılımda ön gösterim, sin- ları da yer almaktadır. RF tasarım blokları Şekil 5
sonra RF almaç tarafından frekans düşürme iş- 3 boyutlu genlik-zaman-frekans eksenlerinden yal işleme ve haberleşme işlemleri, veri tabanı üzerinde gösterilmiştir.
lemi ile sayısallaştırma biriminin algılayacağı IF oluşan dinamik bir şekilde değişen sinyallerin erişimleri ve donanım ile olan işler birbirinden
frekans aralığına çevrilir. Geniş bantlı sinyal tes- gösterimini kolaylaştıran, ayarlanabilen zaman ayrılmıştır. Mekanik Tasarım
piti ve sayısallaştırılması kullanıcı kabiliyetlerinin eksenine sahip spektogram (şelale) grafiği, gen- Rack kabine monte edilebilir şekilde tasarlan-
artırılması ve tespit edilen sinyallerden daha fazla lik - zaman grafiği ve sinyalin zarfının alınmasını Sayısal Tasarım mıştır. Mekanik boyutları 436 x 205 x 522 mm
bilgi elde edilmesi için gerekli olan bir kabiliyettir. ifade eden video - zaman grafiğini içermektedir Geniş bantlı gerçek zamanlı spektrum analizör- (yükseklik 2.5 RU, derinlik 522 mm) ve ağırlığı 32
(Şekil 3).
Sinyallerin sayısallaştırılmasının ardından, verile- lerde yüksek hızlı veri işleme amacıyla yüksek kg’dır. TEMPEST geçirgenlik standartlarına uygun
rin kayıpsız bir şekilde kaydedilmesi, geri gösteril- Sinyallerin kayıpsız bir şekilde kayıt edilebilmesi örnekleme frekansına sahip ADC’ler ile kaynak olarak tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu standartlara
mesi ve ihtiyaca göre tekrar analog olarak geri ça- için 500 MHz analiz bant genişliğinde saniyede miktarının fazla olduğu FPGA’ler kullanılmakta- uygun olmasını sağlamak amacıyla sistem içine
lınması gibi özelliklerin kullanıcılar için sunulması yaklaşık 3 GB veri kaydı yapılabilmektedir. Sayı- dır. Yüksek veri hızına sahip sinyallerin işlene- hava giriş noktasına bal peteği (honeycomb) pa-
bilmesi için paralel sinyal işleme yapıları kul-
daha detaylı analiz ve anlamlı bilgi edinilmesine sallaştırma kartı üzerinden PCIe vasıtası ile alınan lanılmaktadır. FPGA’lerde bulunan yüksek hızlı neli monte edilirken, hava çıkış noktalarına duvar
imkân tanımaktadır. veriler RAID teknoloji ile SSD disklere paralel ola- DSP48 çarpıcılar ve hafıza elemanları karmaşık kalınlığının 1/3 oranında olacak şekilde delikler
Gerçek Zamanlı Spektrum Gösterimi rak yazılmaktadır. Bu kayıtların geri gösterimi için sinyal işleme algoritmalarının gerçekleştirilme- açılmıştır. Sistem içindeki sızdırmazlığı sağlamak
sine olanak sağlamaktadır. Bu sayede sinyallere
amacıyla PCB ve RF kısmının arasına ve RF kıs-
gerçek zamanlı gösterimde var olan grafik çeşit-
Bu gösterimde, sistemin çalışma analiz bant ge- leri, çizim yöntemleri ve ölçüm araçlarının hepsi uygulanacak filtreleme, pencereleme, örtüştür- mında bulunan komponentlerin aralarına duvarlar
nişliğinde spektrum gözetleme noktasında her- kullanılabilmektedir. me, FFT gibi işlemler veri kaybı olmadan yapı- örülmüştür. Dış ortamdan iç ortama, iç ortamdan
hangi bir kör zamanı bulunmamaktadır (Şekil 1). labilmektedir. Bu durumda spektrum gözetleme dış ortama PCB-RF arası ve komponentler arası
Sistem radyo frekansı (RF) spektrumunu zaman Birçok özelliğin bir arada bulunmasını gerekti- amacıyla hem sinyal işleme algoritmaları ger- sızdırmazlığı sağlamak amacıyla iletken silikon
ekseninde örnekleyebilir ve Fast Fourier Trans- ren karmaşık bir kurguya sahip spektrum göste- çekleştirilirken hem de veri kaydı ve gösterimi conta için conta kanalları açılmıştır. Sistem 0 –
form (FFT) işlemini kullanarak bilgileri frekans rim yazılımı tutarlı bir çalışmanın sağlanabilmesi yapılabilmektedir. Sinyal işleme blokları Şekil 50°C aralığında tam performans ile çalışmaktadır.
alanına dönüştürebilir. Paralel çalışan FFT modül- 4’te gösterilmiştir. Sistem içinde bulunan SSD’ler dışarıdan takılabi-
leri sayesinde veri aktarım ve spektrum gösterim lir ve sökülebilir şekilde yerleştirilmiştir. Sistemin
esnasında herhangi bir bilgi kaybının oluşması FPGA’den PC’ye sinyal verilerinin kayıpsız akta- dış ortamlara dayanıklılığını arttırmak amacıyla
engellenmektedir. Klasik spektrum analizörler be- rılabilmesi için PCIe’in meşgul olduğu zaman- mekanik parçalara kaplama ve boya yapılmıştır
lirli zamana ait spektrum bilgisini gösterebilmek- larda verilerin tutulduğu büyük boyutlu RAM’ler (Şekil 6).
tedir. Bu tarama zamanları arasındaki ölü bölgeler kullanılmaktadır. PCIe’in verileri aktaramadığı
veri kaybına neden olmaktadır (Şekil 2). durumda FPGA, verileri RAM’e yazarak ön de-
polama yapmaktadır. Ön depolama yapılan ve- Kaynakça
Gerçek zamanlı spektrum analizörler özellikle riler PCIe’den ilk gönderilen veriler olmaktadır. [1] https://interferencetechnology.com/2016-real-ti-
me-spectrum-analyzer-guide/
kısa süreli sinyallerin yakalanmasında çok etki- Ön depolama verilerinin tamamı gönderildikten [2] “TEMPEST Bilgi Kaçaklarını Denetimi” , BILGEM Teknoloji
lidir. Düşük süreli sinyallerin tespit olasılığı ola- sonra FPGA verileri doğrudan PCIe üzerinden Dergisi Sayı 10, Eylül 2020. https://bilgem.tubitak.gov.tr/
rak tanımlanan 100% POI değeri gerçek zamanlı PC’ye aktarmaktadır.
sites/images/bilgem_teknoloji_dergisi-10.sayi_.pdf
RF Tasarım [3] https://tr.wikipedia.org/wiki/Radyo_frekans
0,1 – 26,5 GHz frekans aralığındaki 500 MHz [4] Struan Reid, Patrica Fara, Bilim Adamları Tübitak Yayın-
bant genişliğinde RF sinyaller süperheterodin ları ISBN 9754031010
(superheterodyne) yapısı ile ADC’nin örnekle-

82 83
84