Der Einsatz von SDR-Technologien in verkehrstelematischen Forschungs- und Produktplattformen neuer Generationen

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1 11. ViMOS-Tagung am in Dresden Fakultät Verkehrswissenschaften Friedrich List Institut für Verkehrstelematik Der Einsatz von SDR-Technologien in verkehrstelematischen Forschungs- und Produktplattformen neuer Generationen Oliver Michler (TU Dresden), Anh Tu Dong (Fraunhofer IVI) WIR BEWEGEN DIE WELT.

2 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess-und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 2

3 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess-und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 3

4 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) Funksender und - empfänger, bei denen größere Anteile der digitalen Signalverarbeitung (Übertragungsverfahren, Modulation/ Demodulation und Protokoll) in Software verarbeitet werden Analogkomponente ist häufig ein Überlagerungsempfänger (Superhet) Breitband- Antenne Prinzip (Analog-Frontend) Multiplikation von s(t) mit der im Empfänger synchron generierten Trägerschwingung f T (t) = cos ω 0 t (Abwärtsmischung) 4

5 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) Fortsetzung cos ω 0 t s(t) Ο x Tiefpass s ZF (t) s(t) f T (t) = s ZF (t) =1/2 S 0 {cos (ω 0 -ω m )t + cos (ω 0 + ω m )t } Zwischenfrequenz nach Tiefpass- Filterung AM-Rundfunk ZF= 460 khz FM-Rundfunk ZF=10,7 MHz TV-Rundfunk ZF=38,9 MHz Radar ZF typisch 30 bis 75 MHz Quelle: VIP2015 Beitrag Markus Gardill 5

6 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) Fortsetzung Prinzip für Empfänger (ADC Analog Digital Converter) Zeit- und Wertediskretisierung des Basisband- / Zwischenfrequenzsignals s ZF (t) Software Übertragungsverf. Modulation/ Demod. Diensteprotokolle Quelle: ds1a-4dsp-fmc645.htm 6

7 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess-und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 7

8 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste Übertragungsstandards (Auszug) 8

9 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste (Basis) 50 MHz 6 GHz 14 Bit ADC 20 MHz Bandbreite Host-PC nötig 1x Tx & 2x Rx Nicht erweiterbar 250 khz 2,7 (6) GHz 16 Bit ADC 50 MHz Bandbreite Embedded Controller vorhanden 2 x Tx Freie PXI-Modul-Slots 9

10 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste (Bsp.) Test von Navigationssystemen (Karten) 10

11 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste (Bsp.) Test von TMC-basierten Navigationssystemen Ergänzung GPS Konstellationssimulator mit RDS-TMC Rundfunkgenerator Black-Box-Test diverser Navigationssysteme Geschwindigkeitsprofil mit dynamischen Fahrzeugmodell sowie Routenadaption FM-RDS-TMC GPS 11

12 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste (Bsp.) Dynamisches ÖPNV-Navigationssystem 12

13 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess- und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 13

14 3. SDR im universellen Mess- und Prüfeinsatz Ansatz: Software Defined Measurement Radio System (Ausbildung, Fertigung) Zeit Frequenz Leistung Netzwerk BER/PER Quelle: Material von Eric Luter / NI 14

15 LTE Advanced Downlink Testbed Traditional Test Bed 8x8 MIMO 80 Mbps Data Rate 5 MHz Bandwidth NI PXI Approach 8x8 MIMO ~1000 Mbps Data Rate 2 x 20 MHz Carrier Aggregation > 10x performance at 1/10 cost Quelle: Material von Eric Luter / NI Six 18-inch Racks Quelle: Material von Eric Luter / NI 4x4 pictured 8x8 in One 18-inch PXI Chassis Quelle: ni.com ni.com 15

16 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess-und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 16

17 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform Ansatz: Geringerer Energie- und Materialverbrauch des SDR-Moduls gegenüber einer Kombination aus Einzelmodulen der notwendigen Technologien DAB+/TMC DVB/TPEG Mobilfunk FM/RDS Gemeinsamer Teil (fester Leistungsanteil) In Software getrennte Teile (quasi leistungslos) C2C/C2X: DAB+/TPEG- Modul DVB/TPEG- Modul vs. Mobilfunk- Modul FM/RDS- Modul C2C/C2X - Modul 17

18 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess-und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 18

19 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale Jamming: Einsatz eines Störsenders, um den Datenempfang zu blockieren... Spoofing? Quelle: VIP2015 Beitrag Thomas Kraus Uni Bundeswehr München Quelle: Heise Beitrag - DroneDefender 19

20 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale - Fortsetzung Spoofing: Einsatz eines Störsenders, welcher gefälschte Signale (Dienste) imitiert + =! Lö su ng TUD-ITVS-Mikrowellenlabor (geschirmt/reflexionsfrei) SDR_HackRF_one_PCB.jpg#/media/File: SDR_HackRF_one_PCB.jpg FhG-IVI Leitungsgebundener Versuchsaufbau 20

21 Gliederung 1. Einführung in SDR (Software Defined Radio) 2. SDR als Signalumfeldsimulator für Verkehrstelematikdienste 3. SDR im universellen Mess-und Prüfeinsatz 4. SDR als energie- und umwelteffiziente Telematikplattform 5. Verkehrstelematische SDR-Problempotentiale 6. Zusammenfassung / Ausblick 21

22 6. Zusammenfassung / Ausblick Der Einsatz von SDR-Technologien in der Verkehrstelematik Einführung in den SDR-Ansatz Nutzung als ITS-Signalumfeldsimulator sowie Mess- und Prüfplattform Diskussion: energie- und umwelteffiziente SDR-Telematikplattformen Mögliche SDR-Problempotentiale in Bezug auf Jamming und Spoofing Ausblick Aufbau und Gestaltung eines SDR-basierten Studentengruppenpraktikums Softwareerweiterung auf aktuelle uni-/bidirektionale ITS-SDRs (Galileo, DGNSS, DAB+/TPEG, LTE-A, GSM-R, WLANp, ecall, Tetra, UWB,...) Kooperative SDR-Laboraufbauten (Automatisiertes Fahren) SDR für ITS-basierte Radarsignalsimulatoren (Automatisiertes Fahren im Labor) Detektion von sowie Gegenmaßnahmen für Spoofing-Angriffe auf ITS-Dienste 22

23 Fakultät Verkehrswissenschaften Friedrich List Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit WIR BEWEGEN DIE WELT.