Streaming à haut débit dans les communications numériques dans l'espace

"Grâce à la technologie National Instruments et à la connaissance approfondie qu'en ont nos ingénieurs, il a été possible de développer ce système de test en économisant du temps dans les phases de conception et de test en termes de conception matérielle et de communication système, offrant à nos ingénieurs plus de temps pour la conception et amélioration des prototypes nécessaires pour faire le lien avec le produit »

Le défi 

Construction d'un banc de test qui permet la vérification et la validation des communications numériques à haut débit, générées et reçues par les principaux modules qui composent le système de communication numérique des satellites MTG (Meteosat Third Generation).

La solution

Utilisez un système PXI performant avec des modules qui permettent une bande passante de communication élevée entre eux, et un système d'acquisition et de génération de données, équipé d'une capacité de Streaming. Développement d'un programme en LabVIEW pour gérer le banc de test.

Le département EIIT Special Test Equipments, avec plus de 25 ans d'expérience dans le développement de systèmes de test pour les produits électroniques et de projets de R&D, a proposé la conception et la fabrication d'un banc de test qui réalise la validation des systèmes de communication numérique à haut débit qui être expédiés sur les satellites MTG, et nécessitent donc une conception et un contrôle qualité exceptionnellement exigeants.

L'objectif principal des bancs de test sera donc d'établir un environnement adapté aux tests HIL (Hardware In the Loop) de ces systèmes.

En raison de la confidentialité du projet, aucune mention ne sera faite d'éléments spécifiques du système ou de sa fonctionnalité, mais il est destiné à expliquer le problème et la solution d'un point de vue général, afin que tout lecteur puisse se faire une idée de ​la casuistique, le fonctionnement et les efforts investis.

Les produits destinés à être testés et validés font partie d'un système de communication numérique à haut débit et doivent être soumis à des transferts de données de plusieurs Giga Octets (1Go/3s), pouvant stocker des fichiers de plusieurs centaines de Go.

Compte tenu du fait que le système doit certifier un taux de transfert de 192 Mo/s•canal, la vitesse de transmission et de stockage à ces vitesses est un défi étant donné qu'un bus PCI directement connecté à une carte mère de n'importe quel ordinateur présente un taux de transfert maximal de 133 Mo/s.

Du fait des hauts débits de communication, le banc de test doit être capable de gérer un grand nombre d'informations, d'effectuer des traitements en ligne, ainsi que des accès continus aux fichiers pour l'écriture/lecture des données, le tout sans ralentir les principaux processus de génération/acquisition.

Tout ce processus doit être régi par un environnement logiciel spécifique capable de contrôler et de superviser chacun des différents processus, ainsi que de présenter à l'utilisateur toutes les informations nécessaires à l'écran et de générer les rapports de test nécessaires.

Pour pouvoir atteindre ces niveaux d'exigence en termes de vitesse de transmission, de réception et de traitement des données, il a été nécessaire d'utiliser un système NI-PXI composé de : NI PXIe – 1071, NI PXIe – 8133 Controller, NI PXIe – 6545, NI PXI – 6509, NI PXI – 8262 + NI HDD – 8264, Conception/fabrication de PCB spécifiques pour la gestion de signaux numériques à grande vitesse et LabVIEW

Le NI-PXI1071 est un châssis hautes performances doté de trois slots PCIe capables de supporter une bande passante allant jusqu'à 3 Go/s. A travers le module NI PXI - 6545 nous sommes en mesure d'obtenir des débits de communication de 660Mo/s en acquisition et 400Mo/s pour la génération de signaux numériques grâce à la mémoire interne de la carte et la capacité de Streaming de ce matériel NI est surdoué.

En utilisant les bus de communication du châssis, nous pouvons établir une communication avec le PXI - 8262 qui s'interface avec les disques durs NI HDD - 8264. Ce matériel NI nous fournit 12 disques durs d'une capacité de 250 Go chacun, avec une capacité de stockage totale de 3 To, et une vitesse de lecture et d'écriture allant jusqu'à 600 Mo/s, soutenable jusqu'à 2 To.

En plus de ces deux cartes, nous avons doté le système d'un PXI – 6509 pour gérer certains signaux de contrôle nécessaires à la réalisation des tests demandés.

Tout ce système de communication et de contrôle est finalement gouverné par le contrôleur NI PXI – 8133, qui dispose d'un système Windows pour le confort de l'utilisateur et du logiciel de contrôle développé en LabVIEW.

Description du fonctionnement de l'équipement

L'équipement final se compose de deux bancs d'essais différents :

Le premier, appelé « récepteur », est responsable de la réception, du traitement et du stockage ultérieur des données et son objectif est de valider la fonctionnalité des systèmes de génération de données satellitaires.

Le second, appelé "Transmitter", est chargé de récupérer les informations situées dans les systèmes de stockage et de les envoyer aux systèmes de réception des données satellitaires, afin de valider sa fonctionnalité.

La banque de test "Récepteur" doit pouvoir se connecter à 4 systèmes de génération de données satellitaires différents, afin de tester et de valider la fonctionnalité de chacun d'eux, ainsi que de vérifier les taux de transfert et les éventuelles erreurs pouvant survenir lors de la communication. Par conséquent, le banc de test sera composé principalement de 4 entrées de données qui seront multiplexées sur un seul système d'acquisition. Le cas du « Transmitter » est similaire, mais dans ce cas le banc sera constitué d'un système de génération unique dont les informations seront multiplexées sur quatre sorties de données qui seront couplées à 4 systèmes différents d'acquisition de données satellitaires.

Le couplage des deux bancs d'essais avec les systèmes satellitaires correspondants sera réalisé au moyen de câbles spéciaux dont les longueurs varieront entre 4 et 8 m. En raison de ces longueurs et de ces vitesses élevées, le PCB a été conçu pour éviter la distorsion, le bruit et les interférences dans les signaux transmis, ainsi que pour éviter les problèmes de gigue dans les signaux d'horloge, qui sont de l'ordre de quelques picosecondes.

La communication avec le système de test peut être effectuée localement ou selon les besoins du client, qui est accessible via le protocole TCP/IP.

Conclusion

Grâce à la technologie National Instruments et à la connaissance approfondie qu'en ont nos ingénieurs, il a été possible de développer ce système de test en économisant du temps dans les phases de conception et de test en termes de conception matérielle et de communication système, offrant à nos ingénieurs plus de temps pour la conception et l'amélioration des prototypes nécessaires pour se connecter avec le produit.

L'intégration parfaite des cartes avec l'environnement de développement logiciel, ainsi que la conception du système de contrôle par signaux numériques vers les éléments d'équipement qui ne nécessitent que des signaux de contrôle statiques, a considérablement réduit le temps de développement logiciel, anticipant l'agenda établi par notre client.