reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© janaka dharmasena dreamstime.com_technical Technologie | 13 stycznia 2016

Konfiguracja definiowanych programowo systemów testowych WLAN cz. 1

Zapraszamy do lektury pierwszej cz臋艣ci artyku艂u technicznego udost臋pnionego przez firm臋 National Instruments.
Charakterystyka Ci臋偶ko wyobrazi膰 sobie dzi艣 偶ycie bez urz膮dze艅 bezprzewodowej sieci lokalnej (WLAN). Rzeczywi艣cie, WLAN lub WiFi znalaz艂o zastosowanie w takich produktach, jak punkty dost臋powe, rutery, czy nawet telefony kom贸rkowe. W miar臋 rozrostu rynku urz膮dze艅 WLAN wzrasta r贸wnie偶 ilo艣膰 in偶ynier贸w przeprowadzaj膮cych pomiary w zakresie tych technologii. Niniejsza bia艂a ksi臋ga dostarcza podstawowych informacji na temat mo偶liwo艣ci w zakresie przeprowadzania pomiar贸w testowych WLAN i opisuje warstw臋 fizyczn膮. Wyja艣nia r贸wnie偶, jak przy pomocy definiowanych programowo system贸w pomiarowych RF w szybki i dok艂adny spos贸b przeprowadzi膰 pe艂en komplet pomiar贸w WLAN. Po zapoznaniu si臋 z dokumentem, in偶ynierowie nieobeznani z testami WLAN powinni opanowa膰 podstawy przeprowadzania opisanych pomiar贸w. Spis tre艣ci:
  1. Wprowadzenie do warstwy fizycznej WLAN
  2. Charakterystyka
  3. Wprowadzenie do oprogramowania NI WLAN Measurement Suite
  4. Typowe pomiary WLAN
  5. Moc nadawania
  6. Wielko艣膰 wektora b艂臋du
  7. Pomiar maski widmowej
  8. Podsumowanie
1. Wprowadzenie do warstwy fizycznej WLAN Standardy WLAN s膮 okre艣lone i aktualizowane przez grup臋 IEEE 802.11, w sk艂ad kt贸rej wchodz膮 przedstawiciele r贸偶nych podmiot贸w 鈥 od dostawc贸w uk艂ad贸w scalonych po producent贸w punkt贸w dost臋powych. Grupa zdefiniowa艂a szereg standard贸w 802.11, rozpoczynaj膮c od 802.11a, poprzez wersj臋 802.11z oraz kolejne. Mimo to najbardziej powszechnymi protoko艂ami dla urz膮dze艅 WLAN s膮 wersje IEEE 802.11a, b, g, n oraz ac. W 1999 roku grupa opracowa艂a standardy 802.11a oraz 802.11b, daj膮c pocz膮tek bezprzewodowym sieciom lokalnym WLAN. Standard IEEE 802.11a zapewnia艂 pr臋dko艣膰 przesy艂u danych na poziomie 54 Mb/s, wykorzystuj膮c nielicencjonowan膮 cz臋stotliwo艣膰 5 GHz, przeznaczon膮 do zastosowa艅 w przemy艣le, nauce i medycynie (ISM). Standard IEEE 802.11b oferowa艂 natomiast pr臋dko艣膰 do 11 Mb/s w pa艣mie ISM 2.4 GHz. Rozwini臋ciem obu wersji by艂 wprowadzony w 2003 roku IEEE 802.11g, zapewniaj膮cy transfer do 54 Mb/s w艂a艣nie w pa艣mie ISM 2.4 GHz. Nowsz膮 wersj膮 jest standard IEEE 802.11n, wprowadzaj膮cy funkcjonalno艣膰 MIMO (wiele wej艣膰, wiele wyj艣膰) i obs艂ug臋 r贸wnoleg艂ego kana艂u, by w efekcie pozwoli膰 osi膮gn膮膰 pr臋dko艣膰 do 300 Mb/s w obu pasmach cz臋stotliwo艣ci. Dzia艂anie WLAN opiera si臋 na dw贸ch podstawowych metodach transmisji: bezpo艣rednim modulowaniu no艣nej sekwencj膮 kodow膮 (DSSS) oraz ortogonalnym zwielokrotnianiu w dziedzinie cz臋stotliwo艣ci (OFDM). Dodatkowo istnieje kilka zasadniczych metod modulacji 鈥 od CCK do metod kwadraturowych, takich jak BPSK oraz 64-QAM. Tabela 1 przedstawia list臋 standard贸w wraz z obs艂ugiwanymi przez nie metodami transmisji i modulacji. Tabela 1. Metody transmisji i modulacji stosowanych przez najpopularniejsze standardy 802.11 W przeciwie艅stwie do standard贸w opartych na OFDM - takich jak WiMAX (IEEE 802.16d/e) i opracowanego przez 3GPP Long Term Evolution (LTE) - sygna艂y OFDM w komunikacji WLAN korzystaj膮 z tej samej metody modulacji dla ka偶dej z podno艣nych. Zatem w przypadku sygna艂贸w standardu IEEE 802.11a/g, metoda modulacji bezpo艣rednio odpowiada za maksymaln膮 warto艣膰 transferu danych i wska藕nik kodowania. Tabela 2 przedstawia t臋 zale偶no艣膰. Tabela 2. Zale偶no艣膰 pomi臋dzy pr臋dko艣ci膮 transferu, wska藕nikiem kodowania oraz czasem przesy艂u 1024 bit贸w Z Tabeli 2 wynika, i偶 osi膮gni臋cie du偶ego transferu 鈥 takiego jak 54 Mb/s 鈥 wymaga u偶ycia metod modulacji wy偶szego rz臋du, takich jak 64-QAM. Co wi臋cej, czas przesy艂u 1024 bit贸w danych jest znacz膮co d艂u偶szy w przypadku metod modulacji ni偶szego rz臋du. Zauwa偶aj膮c zwi膮zek d艂u偶szych czas贸w przesy艂u z d艂u偶szym procesem testowania, zrozumienie tej zale偶no艣ci mo偶e by膰 istotne podczas optymalizacji systemu testowego pod k膮tem szybko艣ci pomiaru. Og贸lnie rzecz bior膮c, podczas pomiaru wielko艣ci wektora b艂臋du (EVM) na pojedynczym przesyle, wynik mo偶na osi膮gn膮膰 szybciej, gdy urz膮dzenie zostanie skonfigurowane do pobrania jedynie takiej ilo艣ci informacji, jaka jest niezb臋dna do przeprowadzenia pomiaru. Przyk艂adowo 鈥 pomiar przesy艂u modulowanego 64-QAM zostanie wykonany szybciej, gdy czas akwizycji zostanie ustawiony na 200 碌s, ni偶 gdyby by艂o to 10 ms lub wi臋cej. 2. Charakterystyka wirtualnego oprzyrz膮dowania wielkich cz臋stotliwo艣ci RF Proponowane przez NI definiowane programowo podej艣cie do testowania urz膮dze艅 WLAN umo偶liwia skorzystanie z szeregu narz臋dzi urz膮dze艅 przeznaczonych do test贸w WLAN. By ukaza膰 r贸偶nice wyst臋puj膮ce pomi臋dzy tradycyjnym i wirtualnym oprzyrz膮dowaniem, niniejsza bia艂a ksi臋ga przedstawia pokr贸tce architektur臋 wirtualnego systemu pomiarowego PXI. Platforma PXI, dzi臋ki zastosowaniu wydajnego wielordzeniowego kontrolera, wysokiej pr臋dko艣ci magistrali danych oraz zoptymalizowanych algorytm贸w pomiarowych, jest w stanie zapewni膰 najlepsze pr臋dko艣ci pomiaru w bran偶y. Oprogramowaniem u偶ytym do przeprowadzenia pomiar贸w WLAN jest NI WLAN Measurement Suite, w sk艂ad kt贸rego wchodz膮 przyborniki narz臋dziowe NI WLAN Analysis i WLAN Generation. Zalecany zestaw sprz臋towy od National Instruments sk艂ada si臋 z wektorowego analizatora sygna艂贸w NI PXIe-5663 oraz wektorowego generatora sygna艂贸w NI PXIe-5673. Urz膮dzenie NI PXIe-5663 jest w stanie analizowa膰 sygna艂y o cz臋stotliwo艣ciach od 10 MHz do 6.6 GHz, przy cz臋stotliwo艣ci chwilowej do 50 MHz. Z kolei NI PXIe-5673 mo偶e generowa膰 sygna艂y o cz臋stotliwo艣ciach od 85 MHz do 6.6 GHz z cz臋stotliwo艣ci膮 chwilow膮 na poziomie 100 MHz. Istnieje r贸wnie偶 mo偶liwo艣膰 parowania urz膮dze艅 z dodatkowymi analizatorami lub generatorami w celu przeprowadzenia pomiar贸w zgodnych ze sob膮 w fazie. Ilustracja 1 przedstawia typowy system testowy WLAN, w sk艂ad kt贸rego wchodzi wektorowy generator sygna艂贸w i wektorowy analizator sygna艂贸w. Ilustracja 1. System PXI skonfigurowany do przeprowadzenia test贸w WLAN Urz膮dzenia definiowane programowo s膮 idealnym rozwi膮zaniem dla zautomatyzowanych aplikacji testowych. Z punktu widzenia architektury, najwi臋ksz膮 r贸偶nic膮 wyst臋puj膮c膮 pomi臋dzy modu艂owymi przyrz膮dami PXI a tradycyjnymi instrumentami jest jednostka obliczeniowa. Oba systemy wykorzystuj膮 wiele podobnych komponent贸w, jednak to w platformie PXI znalaz艂y zastosowanie wydajne, wielordzeniowe procesory (CPU). Ilustracja 2 pokazuje, 偶e w sk艂ad zar贸wno system贸w tradycyjnych, jak i PXI wchodz膮 podstawowe podzespo艂y, takie jak pami臋膰, dok艂adne przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) oraz elektronika analogowa RF wysokiej jako艣ci. Ilustracja 2. Definiowany przez u偶ytkownika procesor jest istotnym komponentem system贸w RF opartych o platform臋 PXI Wielordzeniowe procesory wchodz膮ce w sk艂ad modu艂owych system贸w PXI najwydajniej dostarczaj膮 moc potrzebn膮 do przetwarzania sygna艂贸w. W rezultacie, wiele opartych o platform臋 PXI system贸w pomiarowych ma znacznie lepsze osi膮gi czasowe ni偶 tradycyjne przyrz膮dy pomiarowe. Wydajno艣膰 procesor贸w pochodz膮cych od dostawc贸w, takich jak Intel oraz AMD typowo wzrasta w zgodno艣ci z prawem Moore鈥檃. Zatem do usprawnienia posiadanego systemu PXI wymagana jest jedynie zmiana kontrolera 鈥 w chwili, gdy nowszy procesor pojawi si臋 na rynku. Taka wymiana skutkuje znacz膮cym polepszeniem czasu pomiaru i stanowi jedynie cz臋艣膰 kwoty przeznaczanej na wymian臋 ca艂ego systemu. Drug膮 zalet膮 definiowanego programowo podej艣cia do oprzyrz膮dowania jest mo偶liwo艣膰 testowania wielu standard贸w komunikacji bezprzewodowej na tej samej platformie sprz臋towej. Jest to szczeg贸lnie przydatne dla in偶ynier贸w, kt贸rzy tworz膮 wielostandardowe produkty konsumenckie lub urz膮dzenia system-on-a-chip (SOC). W przesz艂o艣ci in偶ynierowie testuj膮cy urz膮dzenia z odbiornikiem GPS, modu艂em WLAN czy tunerem FM byli zmuszeni do zakupu kilku dedykowanych instrument贸w. Istnienie oprzyrz膮dowania definiowanego programowo sprawia, 偶e mog膮 kupi膰 zwyk艂y zestaw sprz臋towy i wykorzysta膰 zastawy narz臋dzi oprogramowania dedykowane dla odpowiedniego standardu. Ilustracja 3 przedstawia powy偶szy zamys艂. Ilustracja 3. Architektura definiowanego programowo instrumentu Ilustracja 3 pokazuje, i偶 do stworzenia definiowanego programowo instrumentu wystarczy elektronika analogowa RF og贸lnego przeznaczenia (generator b膮d藕 analizator) wraz z procesorem pracuj膮cym w oparciu o system Windows. Urz膮dzenia tego typu produkowane przez firm臋 National Instruments pozwalaj膮 na przeprowadzenie test贸w WLAN, GPS, GSM/EDGE/WCDMA, WiMAXTM, BluetoothTM, DVB-T/ATSC/ISDB-T, FM/RDS/IBOC oraz wielu innych standard贸w komunikacji bezprzewodowej. 3. Wprowadzenie do oprogramowania NI WLAN Measurement Suite Bior膮c pod uwag臋 programowo definiowan膮 charakterystyk臋 pracy oprzyrz膮dowania PXI, zestawy takie jak NI WLAN Measurement Suite s膮 istotnym komponentem systemu pomiarowego. W sk艂ad oprogramowania WLAN Measurement Suite wchodz膮 zestawy narz臋dzi oprogramowania NI WLAN Generation Toolkit oraz NI WLAN Analysis Toolkit. Oba narz臋dzia wyposa偶one s膮 w interfejs programistyczny aplikacji (API) w LabVIEW, LabWindows鈩/CVI oraz ANSI C/C++; oba s膮 kompatybilne z wektorowymi generatorami i analizatorami sygna艂贸w wchodz膮cymi w sk艂ad platformy PXI RF. WLAN Generation Toolkit mo偶e by膰 uto偶samiany z oprogramowaniem s艂u偶膮cym do tworzenia sygna艂贸w w standardach 802.11a/b/g/n/ac. Z kolei WLAN Analysis Toolkit dostaracza wyniki pomiarowe w oparciu o sygna艂y zebrane przez wektorowy analizator sygna艂贸w. Przedstawia to schemat blokowy na Ilustracji 4. Ilustracja 4. Architektura system testowego WLAN Poprzez u偶ycie w臋z艂贸w property nodes lub programistycznego API mo偶na skonfigurowa膰 ustawienia, takie jak konkretny standard, pr臋dko艣膰 transferu, czas przesy艂u i cz臋stotliwo艣膰 no艣nej. Ilustracje 5 oraz 6 przedstawiaj膮 spos贸b konfiguracji przy u偶yciu zar贸wno w臋z艂贸w property nodes, jak i API. Ilustracja 5. Ustawienia pomiarowe WLAN konfigurowane przy u偶yciu obiektu LabVIEW - property node鈥檃 Ilustracja 6. Ustawienia pomiarowe WLAN konfigurowane przy u偶yciu typowych dla LabVIEW funkcji Ilustracja 6a. Ustawienia pomiarowe WLAN konfigurowane przy u偶yciu interfejsu do艂膮czonego do LabWindows鈩/CVI Przyk艂adowe programy wprowadzaj膮ce s膮 艂atwym narz臋dziem do konfiguracji automatycznych aplikacji pomiarowych. Do bardziej interaktywnych zastosowa艅 mo偶na wykorzysta膰 stworzony w LabVIEW lub LabWindows鈩/CVI panel demonstracyjny, podobny do przedstawionego na Ilustracji 7. Ilustracja 7. Panel demonstracyjny w LabVIEW do przeprowadzania pomiar贸w WLAN Ilustracja 7 przedstawia podstawow膮 mask臋 widmow膮 w dziedzinie cz臋stotliwo艣ci standardu 802.11g. Warto zaznaczy膰, 偶e wszystkie pomiary w kolejnej sekcji zosta艂y przeprowadzone przy u偶yciu tej przyk艂adowej aplikacji. Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci firmy 漏 National Instruments.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 22 2019 14:26 V12.2.6-2