La radio definida por software (SDR) está revolucionando la forma en que se diseñan y prueban los dispositivos inalámbricos. En comparación con los enfoques de radio tradicionales, SDR integra la mayoría de las funciones de radio y los bloques de procesamiento de señales en componentes de software, lo que ofrece un alto grado de flexibilidad y capacidad de configuración. Por lo tanto, es muy adecuado para adaptarse a los dispositivos complejos y diversos que se requieren en un entorno inalámbrico en constante cambio.
Este artículo explora cómo se puede usar SDR para simular diferentes entornos inalámbricos y probar el rendimiento de diferentes dispositivos en diferentes condiciones. El SDR de gama alta ofrece un front-end de radio con un amplio rango de sintonización de CC a 18 GHz, alto ancho de banda instantáneo de hasta 1-3 GHz, operación de múltiples entradas, múltiples salidas (MIMO) con hasta 16 canales, y un back-end digital basado en FPGA con capacidades DSP integradas totalmente reconfigurables sobre la marcha. El backend digital también proporciona interfaces de host integradas y capacidades de red, lo que permite una rápida integración, automatización y expansión del sistema de prueba.
Figura 1: Cyan SDR para Per Vices
Las pruebas automatizadas (AT) son un paso fundamental en el desarrollo y la producción a gran escala de dispositivos de RF modernos, ya que garantizan el funcionamiento adecuado del sistema y cumplen los requisitos reglamentarios y de rendimiento antes del lanzamiento. Uno de los principales desafíos que enfrentan los ingenieros de pruebas en esta área es que los equipos de prueba inalámbricos analógicos tradicionales no se actualizan tan rápido como el dispositivo bajo prueba (DUT), especialmente considerando la era 5G e IoT. Reemplazar los instrumentos para mantenerse al día con la tecnología actual puede llevar mucho tiempo y ser costoso, lo que crea una brecha técnica entre los dispositivos y los equipos de prueba. Además, a medida que aumenta la demanda del mercado de pruebas de RF, la cantidad de DUT puede crecer significativamente, lo que hace que la TA sea más eficiente y efectiva que los enfoques manuales.
En este escenario, SDR es la solución perfecta, ya que combina potentes funciones de RF, como un amplio rango de sintonización, alto ancho de banda y operación MIMO con funciones basadas en software totalmente reconfigurables con interfaces de red integradas que el sistema host puede controlar de forma remota y automática. SDR puede adaptarse fácilmente a medida que surgen nuevas tecnologías y protocolos, lo que le permite probar diferentes aspectos de su dispositivo sin tener que cambiar su equipo. Se pueden implementar simultáneamente múltiples funciones, como la generación de señales y el monitoreo del espectro, lo que reduce significativamente la cantidad de componentes. La figura 2 muestra cómo se puede integrar el SDR en la solución de prueba.
Figura 2: Dispositivo Per Vices SDR integrado en la aplicación ATE
Ventajas y desventajas de la TA
No es sorprendente que la TA tenga muchas ventajas sobre los enfoques manuales. Un beneficio clave es la eliminación parcial o completa del trabajo manual en el proceso de prueba, lo que reduce significativamente el tiempo y el costo del protocolo de prueba, lo que da como resultado dispositivos de RF a precios más competitivos, un tiempo de comercialización más rápido y más espacio para mejorar el rendimiento y la seguridad del dispositivo bajo prueba. Además, con menos iteraciones, los ingenieros pueden dedicar más tiempo y energía a desarrollar casos de prueba para mejorar el producto. El protocolo AT también se puede ejecutar de forma automática y remota sin interrupción, lo que brinda la flexibilidad para seleccionar múltiples escenarios de prueba sin intervención humana, minimizando el potencial de error humano y aumentando la confiabilidad del proceso de prueba. Finalmente, AT le permite probar múltiples entradas y salidas en una secuencia programada, aumentando sus posibilidades de capturar todos los modos operativos en todas las condiciones de prueba, aumentando la confiabilidad de su dispositivo probado.
A pesar de estas muchas ventajas, existen algunos inconvenientes a considerar cuando se utiliza AT. Uno de los principales desafíos es la selección de dispositivos, que puede limitar significativamente la funcionalidad y la confiabilidad de las pruebas en comparación con las pruebas manuales. Por ejemplo, un ingeniero de pruebas experimentado puede detectar rápidamente fallas en los equipos o mediciones poco realistas y volver a verificar la configuración, mientras que los AT pueden descubrir estos errores solo después de pasar tiempo probando varios dispositivos. Además, si el equipo de prueba automatizado (ATE) no se puede reconfigurar y adaptar para adaptarse a nuevas tecnologías y diferentes casos de prueba, toda la configuración puede volverse obsoleta rápidamente. Otra limitación es la carga de la integración. Los AT requieren el uso de software y equipos especializados para albergar, monitorear y controlar el ATE, lo que puede resultar costoso y llevar mucho tiempo si la instrumentación se basa en radios analógicas tradicionales.
Usando SDR para ATE
Las radios definidas por software son cada vez más populares para las mediciones ATE debido a su reconfigurabilidad y alto rendimiento. Ser capaz de probar receptores, transmisores e incluso transceptores completos utilizando un solo instrumento elimina la necesidad de hardware especializado, lo que aumenta en gran medida la flexibilidad y la rentabilidad. Se puede adaptar un solo SDR comercial listo para usar (COTS) para cumplir con los requisitos de cualquier caso de prueba, incluso casos de prueba aún desconocidos, simplemente modificando el software. Una interfaz de red de gama alta integrada en un backend digital de radio definido por software de última generación permite una transferencia de datos más rápida hacia y desde el sistema host, lo que facilita la integración en las arquitecturas AT. Como tal, se pueden conectar múltiples SDR a la red principal y trabajar juntos para realizar pruebas complejas, realizar evaluaciones simultáneas y almacenar grandes cantidades de datos sin mucho esfuerzo de ingeniería. A medida que cambian las condiciones de prueba, los operadores de prueba pueden reconfigurar cadenas de radio específicas para manejar cambios en la banda de frecuencia, el protocolo de modulación, la amplitud, la potencia y la velocidad.
MIMO SDR se usa en AT para reemplazar completamente el laboratorio completo en términos de equipo. Por ejemplo, un MIMO SDR con 16 canales de RF puede realizar hasta 16 funciones independientes en paralelo utilizando solo un equipo, mientras que el hardware dedicado independiente requiere 16 o más dispositivos. Teniendo en cuenta que cada uno de los canales MIMO se puede reconfigurar por completo para realizar una función diferente al final de la medición, el impacto en el recuento total de componentes es aún mayor. SDR también proporciona un comportamiento a prueba de futuro. Esto significa que se puede reprogramar para agregar o cambiar casos de prueba y criterios de aprobación/rechazo sin conocimiento previo, lo que permite a los ingenieros de pruebas adaptar los escenarios de prueba a los últimos protocolos, algoritmos y otros requisitos.
Para cumplir con una variedad de requisitos de prueba y medición, los SDR se pueden personalizar para cumplir con los requisitos específicos de tamaño, peso y potencia (SWaP), interfaces de red personalizadas, capacidades de almacenamiento y compatibilidad de software, lo que abre un nuevo mundo de posibilidades de caso de prueba y protocolo. Por ejemplo, los SDR modulares se pueden personalizar para la portabilidad. Esto es importante para probar a bordo durante el funcionamiento normal y en grandes sistemas fijos que no se pueden llevar al laboratorio. Y debido a que el SDR se puede controlar mediante software, el DUT se puede conectar directamente al SDR para alternar entre diferentes frecuencias, protocolos y rendimiento de RF sin intervención humana y generar un informe automático de éxito/fallo al final del proceso. El SDR también ofrece capacidades de acceso remoto, por lo que puede integrarse en servidores de laboratorio y acceder de forma remota a través de conexiones IP y VPN. Luego, las pruebas se pueden programar para cumplir con los umbrales de potencia y completar las tareas en el orden correcto, minimizando el riesgo de dañar el DUT durante la secuencia de AT.
En general, SDR es una herramienta poderosa para AT que ofrece un enfoque de dispositivo de prueba que se adapta a una variedad de escenarios de prueba, se integra fácilmente en sistemas automatizados, es rentable y está preparado para el futuro.
Elegir el mejor SDR para ATE
Al considerar un SDR como un ATE, se deben buscar varias características clave para garantizar que el equipo sea adecuado para un caso de uso particular. Una de las características clave a considerar es la capacidad del canal de RF, incluida la capacidad completa de Tx/Rx, alto rango dinámico, figura de ruido baja y amplio rango de sintonización. Esto permite que el dispositivo procese múltiples señales sin saturación ni distorsión. Otra característica importante a buscar es un número suficiente de canales independientes. Esto limita la cantidad de funciones o pruebas que el SDR puede ejecutar simultáneamente. En los sistemas ATE complejos, la cantidad de canales significa menos equipo, lo que reduce el costo y la complejidad. Por lo tanto, elegir MIMO SDR puede mejorar significativamente su diseño.
Además, es importante asegurarse de que la frecuencia operativa del SDR esté dentro del rango del DUT. Esto garantiza que el SDR pueda probar con precisión el dispositivo bajo prueba en todos los modos de funcionamiento posibles. Con su amplio rango de sintonización y alto ancho de banda instantáneo, el SDR permite a los ingenieros de pruebas diseñar sistemas versátiles que pueden funcionar con una amplia gama de dispositivos. Otra característica importante de ATE es su facilidad de integración. Elegir un SDR que se integre fácilmente en los sistemas y ATE existentes es fundamental no solo para ahorrar tiempo y costos de ingeniería durante la instalación y el mantenimiento, sino también para reducir la complejidad del sistema y minimizar la posibilidad de errores de integración y comunicación entre el SDR y el host. Además, SDR, que es compatible con herramientas de software de código abierto como GNU Radio, permite un desarrollo rápido y flexible de secuencias de prueba a través del host. Finalmente, es importante considerar el soporte corporativo para aplicaciones y diseños personalizados. Tener una empresa con la que pueda trabajar para crear una solución personalizada que satisfaga sus necesidades de prueba específicas es fundamental para una implementación rápida y una operación confiable.