A National Instruments PXI platformon az NI RF eszközök felhasználásával létrehoztunk egy - a követelményeknek mindenben megfelelő - robosztus és megbízható felvevő és visszajátszó rendszert, amely terepi viszonyok között is használható. Az Averna URTTM (Universal Receiver Tester) RF Record & Playback System (rádiófrekvenciás jelrögzítő és visszajátszó rendszer) a PXI Express technológiát használja. A végeredmény egy kulcsrakész megoldás, amely rádiófrekvenciás jelek - rádió, videó, GPS, vezeték nélküli és egyéb rendszerek - rögzítésére alkalmas.
"Amikor a világ legtekintélyesebb autógyártóival állunk kapcsolatban, az egyik legnagyobb követelmény a minőség."- mondta Hans-Joachim Tepper, az IAV Tesztmérnöke és egyben az Averna ügyfele (az IAV egy világszerte elismert németországi székhellyel rendelkező, vezető mérnöki megoldásokat szolgáltató autóipari vállalat.)
"Az NI PXI technológián alapuló nagy adatátviteli sebességgel rendelkező rádiófrekvenciás eszközök lehetővé tették számunkra, hogy hatékonyan rögzítsük és visszajátsszuk a napjainkban leggyakrabban használt analóg és sugárzott jeleket, beleértve az AM/FM, GPS és HD Radio(tm) (IBOC) jeleket, a modulációs paraméterek romlásával együtt. Az Averna Rádiófrekvenciás jelrögzítő és visszajátszó rendszere (URT Record and Playback System) nagy mértékben hozzájárult ezeknek a jellemzőknek az egyetlen rendszerbe való integrálásához és megteremtette számunkra a megismételhetőség lehetőségét, amely szükséges volt az ügyfelünk által felálított követelmények teljesítéséhez. Biztosak vagyunk abban, hogy ez a megoldás segíteni fog bennünket, hogy hosszútávon jelentősen továbbfejlesszük tesztjeink hatékonyságát."- mondta Etienne Frenette, az Averna URT Fejlesztési osztályának vezetője.
A jelenlegi trendek szerint egyre több rádiófrekvenciás alkalmazást építenek be a vevőkészülékekbe, ami viszont minden eddiginél fontosabbá teszi a berendezés terepi viszonyokhoz hasonló körülmények közötti tesztelését, hiszen, így lehetséges az eszköz változó körülmények közötti validálása.
A változó körülmények jelenthetnek fizikailag sérült jelet, interferencia zavart, mozgó vevőt, nem várt tartalmat, valamelyik RF szabvány részleges megvalósulását egy adott országban, a világ egyik részén érvényes tervezési követelményektől eltérő követelményeket, amelyek a tervezés helyén nem, de a világ más részén, azaz a felhasználás helyén, érvényesek. A terepi tesztelés azt is lehetővé teszi, hogy a vevőkészüléket a való világ okozta hatásoknak - nagymértékű jelerősség változás (fading), többutas Rayleight fading, tükör és szomszédos csatornák közötti interferencia és impulzus típusú zaj - tegyék ki.
Néhány példa ezekre a "minden-az-egyben" RF vevőkészülékekre: járművekbe felszerelt, beépített tévével, rádióval, GPS forgalmi információs szolgáltatással felszerelt navigációs rendszerek; okos telefonok beépített GPS-szel és rádióval; többféle sugárzási szabványt is kezelni képes rádiók.
Minden előnye ellenére, sajnos, a terepi tesztelés még mindig nagyon költséges, időigényes és nem ismételhető. Így aztán az RF vevők gyártói gyakran mindössze néhány földrajzi területre és rövididejű mérésre korlátozzák a terepi teszteket.
Matematikai modellekkel felépített csatorna szimulátor alkalmazása és órákig tartó terepi mérések mellett lehetséges alternatíva lehet egy felvevő és lejátszó rendszer használata valódi terepi jelek rögzítésére, majd laboratóriumi körülmények közötti - ismételhető - visszajátszására.
Megfontolások - a fejlesztő környezet kiválasztása
A tervezett rendszer felépítéséhez szükséges fejlesztő környezet kiválasztásakor figyelembe kellett venni azokat a követelményeket, amelyeket a felvevő, illetve lejátszó rendszernek ki kell elégítenie. Ilyen követelmények: nagy sávszélességgel kell speciális jeleket rögzíteni, úgy mint a teljes FM sáv (20 MHz), DVB jelek (8 MHz) és GPS jelek (5 MHz); jó dinamika is szükséges, hogy interferencia jeleket, nagy jelek melletti gyenge jeleket is lehessen rögzíteni; stb. Szintén követelmény, hogy a rendszer hosszúidejű adatgyűjtésre is képes legyen (3 óra, az adat mennyisége függ a mintavételi frekvenciától). Hosszabb idejű felvétellel biztosítani lehet, hogy a rögzített minta minél jobban hasonlítson a való világban fennálló körülményekre. Mindezeken túl, olyan attribútumok, mint a jelek minimális romlása vagy több jel egyidejű rögzítésének és lejátszásának képessége szintén fontos követelmények. A rögzítendő és feldolgozandó jelek frekvenciatartománya 3.3 GHz-ig terjed.
A létrehozott rendszer egyszerű kezelhetősége szintén fontos követelmény, mivel akkor technikusok is végrehajthatják a teszteket, nincs szükség tapasztalt mérnökök közreműködésére.
Mindezek figyelembe vételével az NI PXI platformot és a moduláris RF eszközkészletet választottuk rendszerünk fejlesztéséhez. Az új PXI Express busz szolgáltatja a ma elérhető legnagyobb sávszélességet, ami lehetővé teszi a rádiófrekvenciás jelek 200 Mib/s sebességgel való merevlemezre írását és visszaolvasását. A PXI rendszerben az eszközökhöz fix sávszélességet lehet rendelni, továbbá megoldott az eszközök szinkronizálása is, így többféle RF jel szimultán rögzítése és lejátszása is könnyen megvalósítható. A National Instruments moduláris RF eszközkészlete 50 MHz sávszélességet biztosít 6.6 GHz-ig. A külső RF modulok és más PXI eszközök közötti kiváló együttműködés, valamint az NI PXI platformok robusztussága voltak a további döntést segítő tényezők.
Az alkalmazás fejlesztéséhez az NI LabVIEW grafikus fejlesztői környezetet használtuk. A LabVIEW könnyű használata, beépített eszközei és a további eszközkészletek (NI Modulation Toolkit) segítségével sikerült jelentősen csökkentenünk a fejlesztési időt.
Az Averna RF Record & Playback System (Rádiófrekvenciás Jelrögzítő és Visszajátszó Rendszer) kivitelezése
A felvevő és rögzítő rendszer elemeit egy 8 vagy 18 kártyahelyes NI PXI keretbe lehet illeszteni. Abban az esetben, ha a felvevő rendszert egy normál személyautóban vagy egyterűben - aminek nincs speciális árnyékolása - használjuk, akkor a PXI keretet árnyékolt dobozban kell elhelyezni. Az árnyékolt dobozt speciálisan mobil felvevőkhöz alakították ki, DC/AC tápegységgel, és azzal a céllal, hogy a rendszerzajok ne szennyezzék a felvételt.
A felvételt egy NI RF downconverter segítségével végezzük, amely rögzíti a valódi RF jeleket az átvitel romlással együtt, majd az alapsávba konvertálja azokat. Egy NI vektor-jelanalizátort is használunk, ami a rögzített és alapsávba transzformált jeleket 16 bájtos IQ (Inphase Quadrature) mintákba transzformálja.
Végül ezek a minták vagy egy külső adattárolóra kerülnek, SATA kapcsolaton keresztül, vagy a rendszer belső adattárolójára a PXI Express buszon keresztül. A rendszerrel az 500 kHz és a 3.3 GHz tartományban bárhol előfordulható, legfeljebb 20 MHz sávszélességű mintákat lehet rögzíteni későbbi visszajátszás vagy utófeldolgozás céljából.
A felvevő rendszerhez kézi vagy automatikus (AGC, automatic gain control) beállítású előerősítő is tartozik, ami lehetővé teszi a dinamika tartomány aktuális bemenő jelszinthez való optimalizálását. Az előerősítő tartalmaz egy alacsony zajú erősítőt többféleképpen konfigurálható aktív és passzív antennákhoz, valamint külső komponensekhez. Az RF felvételeket kiegészítjük a GPS koordinátákkal és a felvétel helyéről készült videó felvételekkel, amelyeket egy multimédiás laptoppal rögzítünk. Ezeket a járulékos információkat NMEA szabványú* üzenetként és tömörített MPEG2 streamként tároljuk.
Visszajátszáshoz egy NI vektor-jelgenerátort használunk. A tárolt IQ mintákból visszaállítjuk az alapsávi jeleket, majd egy NI upconverter kimenetén visszakapjuk az eredeti RF jeleket. A multimédiás laptop közben folyamatosan mutatja a helyszínt a tárolt NMEA üzenetek és a tárolt videó jelek segítségével.
A több csatornán történő felvétel és lejátszás fontossága növekszik, különösen olyan alkalmazások estében, mint például az elhalkulásmentes antennák (antenna diversity), GPS és TCM jelek kombinációja. Az Averna RF Record & Playback rendszerrel több csatorna precíz felvétele és lejátszása megoldható, köszönhetően a vektor-jelanalizátorok és -generátorok közötti feszes szinkronizációt biztosító technológiának.
Következtetések:
Az Averna RF Record & Playback System egy új, megbízható és felhasználóbarát alternatíva RF vevők terepi tesztelésére, tekintettel arra, hogy a berendezés valódi RF jeleket rögzít. A tesztelésre fordítandó idő lényegesen csökken, hiszen csak az összes - az adott feladathoz szükséges - jelnek a kívánt helyszíneken és útvonalakon történő összegyűjtéséhez szükséges idővel kell számolni. A könnyen elérhető rögzített jelek, mint referencia lehetővé teszik, hogy a laborban elvégzendő elemzés nagyobb figyelmet kapjon. Mindez előnyös a gyártók számára, hiszen a teszt költségei csökkennek, az időtartama lerövidül, ugyanakkor pontosabb, megbízhatóbb és ismételhető képességteszteket tudnak elvégezni.
A rendszer az NI PXI és NI LabVIEW biztosította nyitott és rugalmas platformon működik, ami lehetővé teszi az új szabványok, protokollok támasztotta jövőbeli követelményeknek megfelelő frissítést és módosítást.
*Az NMEA szabvány egy nemzetközi hajózási elektronikai szabvány, melyet a National Marine Electronics Association nevű nonprofit szervezet ad ki és gondoz. A szabványt GPS, radar, valamint más a hajózásnál használatos elektronikai berendezések PC-hez, PDA-hoz és egyéb számítástechnikai berendezéshez, valamint ezek egymáshoz való kapcsolására fejlesztették ki.
