IngeniArs integra la innovación en SATCOM utilizando Data Link de NI

IngeniArs: Innovando en comunicación satelital 

La startup italiana IngeniArs desarrolla tecnologías de transmisión de datos de alta velocidad para comunicación por satélite. Crean núcleos IP, macrocélulas que implementan funcionalidades específicas diseñadas para ser reutilizadas en diferentes diseños con el objetivo de acelerar el desarrollo del sistema, como bloques de hardware independientes para sofisticados enlaces SATCOM y de datos, lo que hace que la integración de FPGA y ASIC sea altamente eficiente. Estos núcleos son componentes de hardware integrados construidos para cumplir con los estándares especificados, similares a los controladores de software, lo que reduce la necesidad de conocimientos especializados y largos períodos de desarrollo.

IngeniArs tiene un amplio portafolio de núcleos IP para diferentes aplicaciones espaciales: enlace de datos entre diferentes unidades a internas como Spacewire, SpaceFibre y WizardLink; procesamiento de datos como el innovador núcleo GPU@SAT que permite algoritmos de IA interna; y comunicaciones por satélite tanto de RF como ópticas para enlaces satélite-tierra-satélite e inter-satélites. IngeniArs colaboró con NI para probar y validar sus núcleos IP SATCOM utilizando el Data Link Test Framework - NI, que les permitió simular escenarios realistas de comunicación por satélite. La colaboración de IngeniArs con NI surgió de la necesidad de una plataforma de validación robusta y compacta para permitir aplicaciones de alto ancho de banda y abordar los problemas de competir con otros actores más grandes de la industria.

Para IngeniArs, el rendimiento fiable de SATCOM depende de la validación de núcleos IP de alta complejidad. Encontrar soluciones compatibles de hardware y software es difícil para los proveedores de núcleo IP, particularmente cuando los requisitos SATCOM son complicados y requieren altas tasas de datos. A medida que la dificultad se exacerba, ya que se requiere un sistema de RF de alto ancho de banda como frente para una transmisión y recepción de señal eficiente. IngeniArs utilizó el Data Link Test Framework de NI para validar los protocolos de comunicación entre las estaciones satelitales y terrestres, una capacidad clave que se esforzaron por lograr. La tecnología de NI ofrecía una solución integrada compacta y brillantemente capaz que satisfacía las necesidades de procesamiento de señales digitales y frentes de RF. Especialmente con recursos limitados, es muy difícil encontrar soluciones de hardware y software adecuadas que aborden esas velocidades de datos y necesidades complejas.

Data Link Test Framework de NI

El Data Link Test Framework - NI ofrece una solución integral para las demandas de alto rendimiento de SATCOM y validación de sistemas de telemetría. A medida que las constelaciones de satélites pequeños siguen creciendo en escala, desde unos pocos hasta miles de satélites en órbita rápida, el desafío de mantener una conectividad fluida entre los enlaces de datos entre satélites y las estaciones terrestres se vuelve cada vez más complejo. El framework de NI aborda esto proporcionando una plataforma flexible capaz de manejar una variedad de requisitos de telemetría, seguimiento y control (TT&C) a través de una combinación de tecnología de RF de vanguardia e implementaciones adaptables de radio definida por software (SDR).

El transceptor vectorial de señales (VST) NI PXI es la tecnología de RF central para esta solución. Por sí solo, el VST puede transmitir y recibir señales de enlace de datos TT&C y SATCOM que realizan medidas clave de fidelidad de señal, como precisión de modulación, potencia de transmisión y más, que son vitales para garantizar una alta integridad de la señal en aplicaciones SATCOM. Para satisfacer las demandas de los sistemas SATCOM modulares y escalables, particularmente aquellos con antenas de matriz escaneada electrónicamente (ESA) que pueden ajustar dinámicamente los haces sin movimiento mecánico, el VST es capaz de un procesamiento de señal rápido y preciso. Con la adición de un coprocesador PXI Express FlexRIO, el VST se puede configurar para transmisión a velocidad completa desde y hacia un FPGA abierto, que soporta procesamiento de señales en línea en tiempo real y modelado de canales complejos, transformándolo efectivamente en un emulador de canales de RF para validación completa a nivel del sistema.

La tecnología ESA utilizada en los sistemas SATCOM permite gestionar múltiples satélites dentro de un mismo campo de visión, y el VST de NI, mejorado por el coprocesador FlexRIO, lo hace con precisión. Las capacidades de emulación de canales de RF del VST le permiten validar sistemas completos dentro de estas constelaciones dinámicas de satélites, proporcionando el soporte adaptativo y reconfigurable requerido para protocolos como el Comité Consultivo de Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS). La configuración FlexRIO se combina para emular entornos difíciles, asegurando que cada componente cumpla con los requisitos de rendimiento necesarios para la implementación en el mundo real.

Para la prueba de sistemas digitales, los módulos NI FlexRIO soportan configuraciones personalizadas para validar subsistemas de carga útil de satélite con alta fidelidad. FlexRIO combina una FPGA con E/S digital en serie o en paralelo, lo que permite a los ingenieros importar protocolos digitales personalizados y emular interfaces digitales sin necesidad de hardware personalizado. Esta flexibilidad permite a los ingenieros de comunicaciones por satélite validar enlaces de datos y subsistemas de carga útil, cumpliendo con los requisitos precisos de fidelidad de la señal de RF y la validación de protocolo, abordando también las necesidades de pruebas del sistema digital de alta velocidad.

 En general, la plataforma modular PXI Express del Data Link Test Framework permite a los usuarios personalizar sus configuraciones para cumplir con los requisitos específicos de rendimiento de E/S. Lo que distingue al Data Link Test Framework de NI es su uso de hardware modular comercial y herramientas de software flexibles para sistemas consolidados y escalables. Además, permite pruebas paramétricas de RF simultáneas y funcionalidad de hardware-in-the-loop en tiempo real. Además, proporciona un framework listo para usar para lograr toda la velocidad de movimiento de datos entre dispositivos NI VST y NI FlexRIO.

Integración de IP  

Para IngeniArs, el Data Link Test Framework de NI demostró ser el ajuste perfecto. IngeniArs integró con éxito sus IPs SATCOM dentro del framework de NI, utilizando FlexRIO para el procesamiento avanzado de señales y el VST para la gestión de RF. La arquitectura adaptable permitió a IngeniArs integrar y analizar perfectamente su IP mientras implementaba eficientemente su núcleo IP para las cadenas de transmisores y receptores CCSDS 131.2-B-1, eliminando la necesidad de desarrollar un sistema de RF desde cero.

La integración se centró en incrustar la IP de IngeniArs dentro del procesador digital FlexRIO-7903 de NI, donde se implementaron funciones críticas como codificación y modulación. Una vez integrada la IP, se generaba un archivo de bits, estableciendo todas las conexiones necesarias al hardware de RF real para la prueba integral de señales de RF. Esta capacidad permitió a IngeniArs centrarse en el refinamiento de su diseño IP, manteniendo altas velocidades de datos y fidelidad de señal críticas para aplicaciones SATCOM complejas.

El Data Link Test Framework de NI mejoró aún más las capacidades del sistema al permitir la configuración sobre la marcha de parámetros IP a través de la interfaz proporcionada por la IP, como axi4Lite o axi4Stream, por ejemplo. Se podían cambiar diferentes parámetros en tiempo real y monitorear el efecto en la cadena de transmisión de forma inmediata gracias a la interfaz gráfica de usuario muy intuitiva. Por ejemplo, se puede modificar el esquema de modulación y codificación específica (MODCOD) aplicado a la transmisión y monitorear el efecto sobre el perfil de la señal y la gráfica de la constelación. El hardware compacto e integrado de NI desempeñó un papel fundamental en la validación de diseños SATCOM complejos, lo que permitió a IngeniArs lograr una implementación rápida y simplificada. Esta integración representa una ventaja significativa para los desarrolladores de FPGA, ya que facilita la conectividad directa al hardware de NI y las pruebas de señales de RF del mundo real.

Conclusiones clave

Las soluciones de validación integral de NI proporcionan la fiabilidad y el rendimiento necesarios para hacer frente a los desafíos en las comunicaciones por satélite. Al permitir una integración IP fluida y eliminar la necesidad de desarrollar un sistema de RF desde cero, la arquitectura adaptable del Data Link Test Framework de NI permite a los equipos de aplicaciones SATCOM enfocarse en mejorar sus diseños, garantizando altas velocidades de datos y fidelidad de las señales. Esta integración también representa una ventaja transformadora para los desarrolladores de FPGA, ya que facilita la conectividad directa al hardware de NI y permite pruebas de señal de RF robustas en el mundo real.

Aprovechando la plataforma abierta y definida por software de NI, las empresas pueden crear rápidamente prototipos nacionales en fase inicial, garantizando la estabilidad necesaria para su implementación en aplicaciones prácticas. Además, el compromiso de NI con la durabilidad y fiabilidad hace de nuestra plataforma una excelente alternativa para las empresas que buscan distinguirse en mercados competitivos. Con herramientas de validación avanzadas y una arquitectura flexible, el Telemetry and Datalink Test Framework permite a los líderes de comunicación por satélite y telemetría lograr precisión, agilidad y éxito en un entorno técnico que cambia rápidamente.