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INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
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Sistemas de Radiogoniometría y
Nuevos Sistemas de Monitoreo
Noviembre 2011
Dr. Francisco Granadino Director de Ventas Internacionales
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Introducción
• Desafíos de monitoreo: identificación de señales técnicas
• Soluciones de Sistemas de Monitoreo
Entorno de Señal
• Densidad de la Señal
• Ancho de Banda de la Señal
• Modulación de la Señal
Transmisión Digital
Sistemas TDMA
Sistemas CDMA
Identificación de Señal para un Sistema de Monitoreo
• Análisis de Señal
• Análisis de Modulación
• Diferencia de Tiempo de Arribo (TDOA)
Agenda
Noviembre 2011 2
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
INTRODUCCION
Noviembre 2011 3
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
El Mundo se ha Vuelto Inalámbrico
Noviembre 2011 4
Un simple hecho
• La razón…
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
El Mundo se ha Vuelto Inalámbrico
Noviembre 2011
“Monitoreo del Espectro debe ser “Diseñado hacia el Futuro” 5
Densidad de Señal
Co
mp
lejid
ad
de
Se
ña
l
Hoy
Futuro
Tiempo
An
aló
gic
a
Dig
ita
l
AM
FM
CW
OF
DM
TD
MA
CD
MA
Baja Alta
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
El sistema debe estar diseñado para manejar señales
tradicionales y modernas
La modulación de señales modernas están
constantemente avanzando y el diseño del sistema de
monitoreo debe permitir el manejo de nuevos tipos de
modulación de señales en forma de actualizaciones
• De celulares 1G a 4G en una década
• De simple modulación FM analógica a CDMA de banda ancha
Identificación de las diferentes modulaciones digitales se
está volviendo muy importante, ya que no son fáciles de
distinguirse entre si, como es el caso de modulaciones
analógicas
• Por ejemplo, el espectro de CDMA de banda ancha y COFDM
muestran aspectos muy similares
Solución de Sistema de Monitoreo
Noviembre 2011 6
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
ENTORNO DE SEÑAL
Noviembre 2011 7
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Densidad de Señal
• Los sistemas modernos de comunicación operan con eficiencia
espectral de enlaces cada vez mas alta (bit/s)/Hz
Por ejemplo, el sistema celular AMPS logró una eficiencia espectral
de 0,001 (bit/s)/Hz mientras que GSM llega a 0,52 (bit/s)/Hz
Otro ejemplo es 802.16-2004 WiMAX el cual tiene una eficiencia
espectral de 3,7 (bit/s)/Hz
Separación de canales en la banda VHF cambió de 50 kHz a 25
kHz a 8,333 kHz mientras que la capacidad del enlace aumentó
• Code Division Multiple Access (CDMA) permite que múltiples
señales comparten el mismo canal de frecuencia
Entorno de Señal
Noviembre 2011 8
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Ancho de Banda de Señal
• Servicios de datos de alta velocidad se están introduciendo para
diferentes aplicaciones de redes celular a Wi-Fi a WiMAX
• El ultimo estándar LTE soporta anchos de banda de 1.4 a 20
MHz
• Al mismo tiempo los servicios tradicionales utilizan anchos de
banda pequeños en el rango de kHz
Ejemplo es la banda de control del tráfico aéreo que utiliza 10 kHz
para transmisiones de voz (modulación AM)
• Sistemas con diferentes anchos de banda se implementan en la
misma banda de frecuencia
Ejemplo es la banda celular donde dependiendo del proveedor el
ancho de banda de la señal puede variar de 200 kHz (GSM) a 20
MHz (LTE)
Entorno de Señal
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INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Modulación de Señal
• Proliferación de nuevas
tecnologías
• Sistemas TDMA
• Duración de señal corta,
Por ejemplo el marco GSM es 577
micro segundos
OFDM – canales de velocidad
lentos utilizan sub-portadoras
intercaladas
Transmisión digital – DAB, DVB
• DVB-T (VHF/UHF) utiliza 16-QAM
o 64-QAM (o QPSK)
Entorno de Señal
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Nombre
Común Familia
Uso
Principal Tecnología
HSPA+ 3GPP Usado en 4G CDMA/
FDD MIMO
LTE 3GPP 4G General OFDMA/
MIMO/
SC-FDMA
WiMAX 802.16 Internet Móvil
cf. 802.16
MIMO
SOFDMA
Flash-OFDM Flash-OFDM Internet Móvil
con movilidad
hasta 350
km/hr
Flash-SOFDMA
HiperMAN HiperMAN Internet Móvil OFDM
Wi-Fi 802.11 (n) Internet Móvil OFDM/
MIMO
iBurst 802.20 Internet Móvil HC-SDMA/
TDD/
MIMO
EDGE
Evolución
GSM Internet Móvil TDMA/
FDD
UMTS
W-CDMA
HSDPA+
HSUPA
UMTS/3GSM 3G General CDMA/
FDD/
MIMO
UMTS-TDD UMTS/3GSM Internet Móvil CDMA/TDD
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
SOLUCIONES DE
IDENTIFICACIÓN DE SEÑAL PARA
MONITOREO DEL ESPECTRO
Noviembre 2011 11
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
El sistema debe ser capaz de identificar señales
analógicas y digitales
Las señales pueden describirse en términos de sus
características:
• Ancho de Banda (canalización)
• Analógica o Digital
• Forma de espectro
• Comportamiento temporal
• Comportamiento de tiempo/frecuencia
Para todo tipos de señales, el sistema de monitoreo
deben:
• Recibir la señal (recepción de radio usando la antena y el
receptor),
• Digitalizar la salida del receptor
• Grabar y analizar los datos I/Q
Identificación y Análisis de Señales
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INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Ejemplo de Identificación de Señal - Clover 2000 Signal
Noviembre 2011 13
8 tones
4th tone – QPSM (QPSK) I/Q
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Para obtener los mejores resultados debe utilizarse un canal
dedicado de banda ancha para capturar los datos I/Q
La captura de datos I/Q debe ser continua, de lo contrario la
modulación original será afectada • Ejemplo, la falta de muestras I/Q afecta las características del sobre y fase
de la señal
El ancho de banda de captura de I/Q debe soportar todo tipo
de señal de ancho de banda ancha lo que a su vez resulta
en tasas de datos alta • Por ejemplo un ancho de banda de 20 MHz requiere 1.25 (forma de filtro) x
20 MHz (ancho de banda) x 2 (I&Q) x 16 bits (I o Q) = 800 Mb/s la cual se
acerca a la velocidad de Gigabit LAN
A veces la señal tiene carácter intermitente, por lo que
puede ser necesario captar la señal durante largo periodo
de tiempo (varios días)
Análisis e Identificación de Señal
Noviembre 2011 14
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Datos de I/Q
grabados
pueden
analizarse en
formas
diferentes
Una de ellas es
el análisis de
modulación
para determinar
el tipo y
relevancia de la
modulación
Análisis de Señal – Identificación de Modulación
Noviembre 2011 15
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
El procesamiento por TDOA utiliza correlación de la
muestras de datos I/Q de diferentes sitios para
determinar la diferencia en tiempo de llegada de la señal
Por la misma definición, cálculos de correlación de
TDOA inherentemente realizan identificación de señales
al confirmar que el mismo tipo de señal fue recibida en
ambos sitios
También los datos I&Q capturados por la correlación
TDOA pueden ser utilizados para el análisis de señales
y de modulación como se describió anteriormente
Noviembre 2011 16
TDOA una Herramienta de Identificación de Señal
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
EJEMPLOS DE
SISTEMAS DE IDENTIFICACIÓN DE
SEÑALES
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INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 18
Sistema TCI 705
para Monitoreo de Señales RF de Banda Ancha &
Procesador de TDOA y Análisis de Señal
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
TCI Modelo 705 – Monitor de RF de Banda Ancha
y Procesador TDOA • Rango de Frecuencia: HF: 0 – 30 MHz
VHF/UHF: 20 – 3000 MHz
HF/VHF/UHF: 0 – 3000 MHz
• Ancho de Banda RF: 10 MHz para HF, opcional 20 MHz
20 MHz para VHF/UHF, opcional 40 MHz
• Canales: 2 (2 HF ó 2 VHF/UHF o un HF y un VHF
• Funcionalidad: Cumple con mediciones de la UIT
• Opciones:
Grabación: Corto/Largo Tiempo
TDOA: Muestreo de precisión con estampa de tiempo
Análisis de Señal: Reproducción y análisis de datos grabados
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Monitoreo de RF de Banda Ancha y
Procesador de TDOA y Análisis
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
TCI Modelo 705 – Monitor de RF de Banda Ancha y Procesador TDOA
Monitoreo de RF de Banda Ancha y
Procesador de TDOA y Análisis
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Estacion de Trabajo
Receptores (2xHF, 2xV/UHF,
HF+VHF/UHF)
Digitalizadores Grabacion/
Reproduccion (Opt.)
LAN
Controlador (Opt. TDOA)
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
TCI Model 705 PROCESSOR
Short and Long Term Recording (Optional)
Sampling and Processing
Procesador 705 – Diagrama de Bloque
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ANTENNAS
HF, VHF/UHF
Monitor Antenna
RF
A/D
Multicore
Processor
TDOA
Processing
(Optional)
FP
GA
GPS
Antenna
Antenna
HF Receiver
10/2 MHZ
or
VHF/UHF
Receiver
20/40 MHz
Wideband RF processor supports monitoring, recording, TDOA
A/D
FP
GA
Solid State Disk Drives
Disk Drives
Gig
abit N
etw
ork
HF Receiver
10/2 MHZ
or
VHF/UHF
Receiver
20/40 MHz
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 22
Monitoreo de RF de Banda Ancha y
Procesador de TDOA y Análisis
Sintonizar el receptor y digitalizar la información
Guardar muestras digitales de I/Q en disco
Analizar e Identificar las Señales
Análisis de Señal Opcional
Análisis de Modulación Opcional
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Mediciones de monitoreo cumplen con la UIT
Opción para la grabación de datos digitalizados de RF
en formato I/Q con grabación y reproducción simultánea
Opción de procesamiento TDOA
Opción de análisis de señales
Receptor de conversión directa con ancho de banda de
10 MHz para HF y 20 o 40 MHz para VHF/UHF
Ideal para el procesamiento de problemas de
interferencia intermitentes
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Monitoreo de RF de Banda Ancha y
Procesador de TDOA y Análisis
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Aviación Civil,
Marina Reguladores Celular
Policía, Militar,
Fronteras,
Protección de
Infraestructura
Monitoreo de
frecuencias
especificas
Monitoreo de
frecuencias de
uso civil
Detección de
dispositivos
celulares
Protección Puertos
Aeropuertos
722 725/735 8230 EagleEye
Guardian 765
AOA AOA AOA/Cel Data AOA/TDOA AOA/TDOA
Un Canal Doble Canal Doble Canal
Aplicaciones
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INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 25
TCI 765 System
Hybrid AOA/TDOA Geo-location System Solution for
Spectrum Monitoring Applications
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
ITU has published Report
ITU-R SM.2211that
discusses Angle-of-Arrival
(AOA) and Time-Difference-
of-Arrival (TDOA) geo-
location methods
As stated in the report, a
hybrid AOA/TDOA system
may improve the overall
geo-location performance
Noviembre 2011 26
Geo-location Solutions for Spectrum Monitoring
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
In order to geo-locate transmitters it is possible to use
several approaches based on DF approach
TCI has developed hybrid AOA/TDOA geo-location
system that provides high geo-location precision and
requires only two sensor nodes. One sensor node has
monitoring, AOA and TDOA capability, and the second
sensor node has monitoring and TDOA capability
This hybrid approach is used for precision geo-location
applications where multiple ground Monitor/TDOA sensor
nodes are deployed to provide 360° coverage with high
geo-location accuracy
• System like this is ideally suited for applications that require
accurate geo-location capabilities in a given geographical area
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Hybrid Geo-location System Solution
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 28
RF Signal Hybrid Geo-location Solution Concept
Monitoring +
AOA + TDOA
Sensor
Monitoring
+ TDOA
Sensor
Hybrid geo-location solution yields highly accurate location estimates
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 29
Advanced Geo-location Solutions
Ground Platform
Monitor
AOA TDOA
725/735 705
Sensors
Mon/TDOA
Sensor
705
Mon/TDOA
Sensor
705
Mon/TDOA
Sensor
705
Mon/TDOA
Sensor
705
Mon/TDOA
Sensor
705
Additional Mon/TDOA sensor
can be added as needed
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL Noviembre 2011 30
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Identification and Geo-location of cellular network base transceiver
stations (BTS) using only off-the-air (RF) signal information is of
interest to frequency regulators and law enforcement organizations
alike, as it provides:
• Real-time verification of BTS geographical location
• Verification of operating frequency channels
• Operating parameters, including:
Broadcast Control Channel (BCCH) frequency
Cell ID (CID)
Mobile Country Code (MCC)
Mobile Network Code (MNC)
Location Area Code (LAC)
• Identification of Location Area (LAC) that could be servicing a specific
handset of interest
Identification and Geo-location of mobile stations (MS) is of special
interest for security purposes
June 2011 31
Introduction
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL June 2011 32
Generic Cellular Geo-location System
441.25 MHz
Mod FM
Video Only Video + Geo-location
10 MHz Ref
Workstation
Communication
Protocol
Analyzer*
DF/Monitor
Antenna Time/Freq/Loc
Reference
Direction
Finder
* Cellular, TETRA, WiFi, ……..
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
TCI 8230 Geolocation Workstation
June 2011 33
System based on TCI 803C and 3rd Party Analyzer
TCI 803C Communication
Analyzer
Communication
Analyzer Client SW
TCI 8230 Client SW
DF / Monitor
Antenna Target
Handset
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Operational Description
DF
Analyzer
Analyzer
DF
t1
t2
t2
t1
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Operator controls the entire system from one Workstation:
• Communication Analyzer, using the its Client Software
• The TCI 803C DF Processor, using the TCI 8230 Client Software
At startup, the Operator first sets-up the communication
analyzer equipment in accordance with his Mission for the
day.
After that, the Operator sets-up the TCI 6083 Processor.
• As part of the set-up, the TCI 8230 Client SW automatically sends to
the TCI 6083 Processor (RMS Service), operating parameters
(frequency list and scan parameters) appropriate for processing
target signals.
The TCI 6083 Processor starts scanning and producing DF
measurements on all active signals, waiting for a specific
signal tip from the communication analyzer.
June 2011 35
Operational Description of the TCI 8230
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
When the communication analyzer identifies signal of interest, the
Operator starts monitoring the transmission and also selects the DF
Function on the Client.
The communication analyzer triggers the Geolocation process by
sending to the RMS Service the frequency and time of interest
corresponding to the target signal of interest. RMS captures the
real-time DF data produced by the DF Processor that falls within
these parameters.
The communication analyzer continues sending gate messages as
long as it has an active intercept of the handset of interest.
Based on GPS location information and elapsed time, RMS
integrates raw DF measurements into Summary DF results (“tips”),
which are sent to the TCI 8230 Client.
RMS also sends to the TCI 8230 Client the status of the time gates:
Active (receiving gates) or Stop (no gates).
June 2011 36
Operational Description of the DF Process
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
The TCI Client operates in one of the following modes:
• Real Time Mode
• Analysis and Reporting Mode
• Built-In Self Test
In Real Time Mode, the primary screen is the geographic
map, displaying data received from RMS in real time:
• Geographic location and orientation of Mobile Unit
• Summary DF results calculated by RMS
The TCI Client computes and displays in real-time
triangulation fixes using Summary DF results
Summary DF Results are automatically saved locally for
later analysis, re-play and re-Fix
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Operational Description of the TCI 8230 Client
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL June 2011 38
TCI Mobile Unit for Geo-location of
Cellular Handsets
DF / Monitor Antenna TCI 645 Concealed in Thule Case
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL
Advanced Geo-location Solutions
Ground Platform
AOA + TDOA
Sensor
TDOA
Sensor EO/IR
Sensor
Use geo-location data to queue EO/IR sensors and provide meta-data 39 April 2011
INFORMACIÓN CONFIDENCIAL April 2011 40
Advanced Geo-location Solutions
Ship Platform
TDOA
Sensor
AOA + TDOA
Sensor