Strumentazione per i sistemi wireless

WIRELESS TEST –

Il mercato offre una vasta gamma di strumenti appositamente realizzati per le misure e le prove sui sistemi di comunicazione in radiofrequenza. Uno sguardo ad alcuni dei prodotti rivolti alle applicazioni wireless diverse dalla telefonia cellulare.

L'industria elettronica è chiamata oggi a cimentarsi sempre più spesso con le applicazioni wireless, indispensabili in una miriade di prodotti appartenenti a tutti i settori: informatica, consumer, automazione industriale ecc. La realizzazione e l'impiego di questi sistemi - le attività di ricerca e sviluppo, progettazione, prototipazione, fabbricazione, taratura, manutenzione, riparazione - richiedono strumenti di misura adeguati. Apparati che devono essere in grado di eseguire rapidamente misure molto precise su segnali a radiofrequenza e su protocolli digitali complessi. Oltre agli strumenti general purpose, come gli analizzatori di spettro e gli analizzatori vettoriali di segnali, il mercato offre anche apparati appositamente realizzati per eseguire misure e prove su specifiche tipologie di sistemi wireless. Generalmente la specificità applicativa consente di realizzare “test set” più compatti e di aumentare la produttività tramite routine o script che automatizzano le operazioni necessarie per le diverse prove. In questo articolo passeremo in rassegna - a titolo d'esempio - alcuni di questi strumenti, prendendo in considerazione soprattutto quelli rivolti a sistemi wireless diversi dalla telefonia cellulare.

Le soluzioni Anritsu
Anritsu è presente in questo mercato con diversi prodotti. Lo strumento MT8852B Bluetooth Test Set si rivolge alla convalida dei progetti e ai collaudi in produzione per una vasta gamma di sistemi che integrano la tecnologia Bluetooth, tra cui telefoni, cuffie, computer, prodotti audiovisivi, console per videogiochi ecc. In produzione, la selezione di un singolo pulsante avvia uno script in grado di testare un dispositivo in meno di dieci secondi. MT8852B consente di effettuare otto test per il trasmettitore/ricevitore Bluetooth Basic Rate e sei test per il trasmettitore/ricevitore Bluetooth Edr. Tra questi ultimi sono comprese le misure della potenza di trasmissione relativa, stabilità della frequenza portante/precisione della modulazione, codifica della fase differenziale, sensibilità e prestazioni BER Floor. L'opzione per Bluetooth Low Energy aggiunge sei nuovi test che possono essere eseguiti nell'ambito di uno script, riducendo i tempi per la creazione del programma di prova e i tempi di collaudo. Per le misure audio, MT8852B supporta tutte e tre le interfacce aeree codec (µ-law, A-law e Cvsd) su un massimo di tre canali audio Sco. I connettori jack sul retro dello strumento offrono ingressi e uscite analogici per i tre canali audio. L'opzione Afh (Adaptive Frequency Hopping) consente l'analisi delle interferenze dovute ad esempio alla coesistenza con reti Wlan. Lo strumento MT8855A è appositamente progettato per effettuare misure audio utilizzando il Bluetooth Advanced Audio Distribution Profile (A2DP), il profilo Headset e il profilo Hands-Free. MT8855A si presta sia alla convalida dei progetti sia ai collaudi in produzione. Tra i tipici prodotti Bluetooth che possono essere testati con MT8855A sono compresi cuffie stereo e mono, cellulari, lettori musicali digitali, kit per automobili e diffusori audio desktop. I microfoni e i diffusori possono essere connessi direttamente agli ingressi e alle uscite audio di MT8855A per consentire l'allestimento di un sistema di prova completo. Il collaudo dei moduli è facilitato da un collegamento diretto ai connettori RF e audio. Dopo aver stabilito una connessione Bluetooth con il dispositivo in prova, i generatori audio e gli analizzatori integrati di MT8855A sono utilizzati per eseguire le misure su parametri quali il livello, la risposta in frequenza e il THD+N. Lo strumento opera in congiunzione con un Pc collegato tramite cavo Usb, su cui è installato il software BlueAudio, fornito in dotazione. BlueAudio, che riveste la funzione di pannello comandi di MT8855A, viene utilizzato per configurare lo strumento e visualizzare i risultati grafici e numerici delle misure. Per applicazioni di ricerca e sviluppo, la modalità Manual Test offre risultati grafici completi, mentre una modalità Auto Test è disponibile per prove rapide e ripetitive in produzione - con piani di prova configurabili dall'utente, archiviazione dei risultati e generazione di report. Lo strumento MT8860C è pensato per il test di chipset Wlan conformemente agli standard Ieee 802.11. È una soluzione di misura ad alta velocità idonea sia per i collaudi in produzione sia per la convalida dei progetti. MT8860C può sostituire sistemi di collaudo convenzionali che in genere richiedono wattmetri, analizzatori di spettro e Gold Radio con attenuatori esterni. Lo strumento offre due modalità operative: Network e Direct. La modalità “Network” impiega i segnali Wlan standard e può essere utilizzata per il collaudo sia del trasmettitore sia del ricevitore. In modalità “Direct”, MT8860C prova i ricevitori generando e trasmettendo pacchetti Wlan, mentre collauda i trasmettitori con il proprio analizzatore integrato. L'interfaccia utente è implementata tramite il pacchetto software LANLook, adatto a tutti i Pc, che impiega un'interfaccia basata su Windows per la configurazione dello strumento e per la visualizzazione dei risultati. LANLook comunica con MT8860C tramite un'interfaccia Gpib. Un cenno, infine, a uno strumento portatile per le attività “sul campo”. MT8212E Cell Master Base Station Analyzer è una soluzione compatta, leggera ed economica per il collaudo dei trasmettitori delle stazioni base 2G/3G/4G e WiMax, nonché per il collaudo dei trasmettitori ISDB-T e Dvb-T/H. Lo strumento si rivolge alle attività di installazione, messa in esercizio, manutenzione e ricerca dei guasti, ed è adatto a vari tipi di prove: test di cavi, misure di potenza, rilevamento di interferenze, verifica delle prestazioni di backhaul ecc.

Gli strumenti Rohde & Schwarz
Anche Rohde & Schwarz offre una gamma di prodotti appositamente rivolti al test di sistemi wireless. Lo strumento CBT, ad esempio, esegue test in radiofrequenza su sistemi Bluetooth a velocità molto elevate, operando su tutti i canali in modalità hopping o non-hopping. Oltre a prove di potenza, modulazione, frequenza e Ber, l'apparato è in grado di effettuare una varietà di misure di spettro su una connessione Bluetooth attiva senza richiedere l'uso di un analizzatore di spettro separato. Mentre i tester Bluetooth convenzionali eseguono le prove di potenza, modulazione, precisione di frequenza e deriva della frequenza in modo sequenziale, il CBT effettua tutte queste misure in un unico ciclo di test - con conseguenti risparmi di tempo. Per l'uso in laboratorio, lo strumento offre tracce per potenza, modulazione e spettro, che vengono visualizzate in tempo reale su un ampio display grafico. CBT, che è certificato da Bluetooth SIG per le misure RF in conformità alle specifiche Bluetooth 3.0, offre una grande varietà di monitoraggi statistici e funzioni di misura. Consente ad esempio di definire tolleranze per ogni valore misurato e di arrestare una sequenza di misura dopo un certo numero di prove, oppure quando viene violato un certo limite di tolleranza. Lo strumento è dotato del software CBTgo che supporta diciotto casi di test RF descritti dalle specifiche Ver. 1.2/2.0/2.0+EDR/2.1/2.1+EDR/3.0+HS. La gamma dei modelli disponibili comprende una versione rack per le applicazioni sulla linea produttiva e diverse opzioni: audio, Edr (Enhanced Data Rate) e Low Energy. Lo strumento CMW270 si rivolge invece al test delle soluzioni wireless incorporate in prodotti come laptop, netbook, console di giochi elettronici, schede dati, cuffie wireless. Comprende le funzioni di generatore Arb e di analizzatore per una varietà di standard wireless, tra cui Wlan, Mobile WiMax, Bluetooth, FM Stereo, oltre che per sistemi Gps e trasmissioni broadcast. L'apparato include inoltre un emulatore di stazione base WiMax (opzionale) con supporto Mimo, per lo sviluppo, la produzione e la riparazione dei dispositivi WiMax. Il CMW270 si presta in modo particolare all'allineamento dei transceiver RF in fase produttiva. Questa operazione consiste nel determinare le deviazioni che i transceiver presentano sui percorsi di trasmissione e ricezione, per le varie frequenze e livelli, rispetto alle condizioni normali di funzionamento. I risultati ottenuti vengono quindi memorizzati in apposite tabelle di correzione a bordo del prodotto collaudato e successivamente utilizzati per la compensazione degli errori quando il prodotto è in funzione, al fine di assicurare la conformità allo standard RF utilizzato. Un apposito algoritmo “Smart Alignment” di R&S consente di ridurre i tempi necessari per effettuare tutte queste misure.

Strumentazione modulare da NI
Naturalmente anche National Instruments è presente in questo settore con le proprie soluzioni di strumentazione modulare basate su schede Pxi e sull'ambiente di programmazione grafica LabView. Diverse le configurazioni utilizzabili per il test e la prototipazione dei sistemi wireless conformi ai vari standard. Una configurazione, ad esempio, è studiata per i sistemi MIMO (Multiple Input, Multiple Output) fino a 4x4 e per le e applicazioni di beamforming. Si tratta di un sistema di misura RF a coerenza di fase che permette di sincronizzare fino a quattro generatori di segnale vettoriale RF o quattro analizzatori di segnale vettoriale RF. La piattaforma impiega un oscillatore locale (LO) condiviso tra i generatori e un altro LO condiviso tra gli analizzatori. La soluzione si caratterizza per i costi contenuti e per una sincronizzazione molto precisa: il jitter canale-canale è inferiore a 0,1 gradi. National Instruments fornisce inoltre esempi di codice LabView pronto all'uso per questo tipo di applicazione. Per la progettazione e il test di ricevitori Gps, National Instruments offre una soluzione che consente di generare codici C/A (Coarse Acquisition) in banda L1 e quindi di effettuare misure di sensibilità, Ttff (Time to first fix) e precisione del tracciamento e della posizione. La piattaforma di simulazione NI Gps si caratterizza per vari aspetti: simulazione continua per 24 ore con un numero massimo di dodici satelliti simultaneamente; traiettorie di movimento personalizzate e livelli di potenza del satellite regolabili per test relativi a specifici scenari; test di molteplici protocolli wireless grazie alla strumentazione definita da software; registrazione e riproduzione di 25 ore di segnali Gps. Rientrano tra le applicazioni wireless anche i sistemi di identificazione a radiofrequenza. Per le misure su lettori e tag Rfid, la proposta NI consente di effettuare prove parametriche complete e test sui protocolli in conformità agli standard Epc e Iso. I test comprendono lo stack del protocollo e le funzioni di comunicazione in tempo reale. La soluzione consente di effettuare emulazione e misure con un unico sistema e di testare molti protocolli diversi grazie alla flessibilità della strumentazione software-defined.
La configurazione NI rivolta alle misure su Wlan (Wireless Local Area Network) permette di effettuare le più comuni misure Ieee 802,11 a/b/g/n, ad alta precisione e alta velocità. Secondo NI, se utilizzata in combinazione con processori multicore a prestazioni elevate, la piattaforma Pxi Express per Wlan consente di aumentare la velocità delle misure 802.11 da cinque a dieci volte rispetto agli strumenti “box” tradizionali. La soluzione, inoltre, è compatibile con i generatori e gli analizzatori di segnali vettoriali Pxi RF a 1/2/3/4 canali. Essendo “definiti dal software”, tutti i sistemi di test Wlan di National Instruments offrono la flessibilità necessaria per effettuare test su un'ampia gamma di standard wireless quali Gps, Gsm/Edge, Wcdma, WiMax, FM, Bluetooth e ZigBee. NI offre anche soluzioni ad alta precisione per il test di Wlan in applicazioni di ricerca e sviluppo. Le piattaforme NI possono essere utilizzate anche per il test parametrico e il test sui protocolli di dispositivi ZigBee e altri dispositivi Ieee 802.15.4. Queste soluzioni consentono di effettuare misure e analisi complete sullo strato Phy; simulare malfunzionamenti per il test di interoperabilità; convalidare il protocollo con informazioni sullo strato Mac; testare molti protocolli diversi grazie alla flessibilità della strumentazione software-defined.

Un'ampia offerta da Livingston
Livingston, società specializzata nel noleggio di apparecchiature per misura e collaudo, offre una varietà di strumenti rivolti alle applicazioni wireless. Il misuratore di irradiazione selettivo Narda SRM-3000, ad esempio, esamina l'ambiente wireless circostante (nel quale possono ovviamente essere presenti emissioni Wlan, WiMax, Umts, Cdma, Lte, Dvb-T, Tetra ecc., che si sovrappongono alle tradizionali emissioni di segnali televisivi e radiofonici) e permette di valutare accuratamente quale proporzione dell'intensità di campo provenga da ciascuna sorgente emittente. Lo strumento - che non richiedere profonde conoscenze tecniche né attività di formazione particolari - funziona su una banda di frequenze comprese tra 9 kHz e 6 GHz e consente di memorizzare routine di misura programmabili. Il misuratore SRM-3000 può essere usato per verificare i segnali continuativamente nel tempo con una larghezza di banda di risoluzione da 40 kHz a 32 MHz.  Il generatore NoiseCom UFX7000 integra una sorgente di rumore amplificata, basata su tecnologie “proprietarie”, ottimizzata per generare un'uscita a spettro piatto con una distribuzione delle ampiezze gaussiana. L'architettura flessibile dello strumento offre diverse opzioni. Un banco di filtri commutabile consente di inserire fino a quattro filtri collegati in qualunque combinazione (passabanda, passa basso, passa alto, cancella banda). Il combinatore di uscita permette di aggiungere al segnale una quantità controllata di rumore. L'attenuatore di segnale, infine, consente di regolare il livello di potenza del rumore d'uscita da 0 a 127 dB in passi di 1 dB. L'amplificatore di potenza Kalmus fornisce fino a 15 watt di potenza (con uscita continua o impulsiva) su una gamma di frequenze che arriva a 1000 MHz. Il livello di guadagno è di 46 dB, con una variazione in base alla frequenza che non supera i 2,2 dB. L'amplificatore ha una figura di rumore di 9 dB (valore tipico). Infine, il ricevitore scanner Ascom SRU (Scanning Receiver Unit) permette di effettuare scansioni in frequenza allo scopo di migliorare le prestazioni delle reti wireless. Il ricevitore ha una risoluzione di 0,01 dB con una precisione di misura di ±1,0 dB (valore tipico). Lo scanner SRU offre un tempo di acquisizione di 20 millisecondi e una gamma di misura che si estende da -117 dBm a -38 dBm. Di dimensioni compatte, (126 x 80 x 30 mm), il prodotto può essere alimentato attraverso una connessione Usb.

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