Betrek complexe RF-omgeving bij draadloze coëxistentie testen

Met het alsmaar toenemende gebruik van IoT-apparaten wordt ook de RF-omgeving een stuk drukker en uitdagender. Naseef Mahmud, Solution Manager for Wireless Coexistence Testing bij Rohde & Schwarz, gaat in de 40-pagina’s tellende whitepaper ‘Wireless coexistence testing based on IoT device application use cases – Keeping pace with the times’ uitgebreid in op de uitdagingen die dat met zich meebrengt voor het testen van apparaten. Advies: zorg er voor dat bij draadloze coëxistentie testen de testomstandigheden de operationele RF-omgeving weerspiegelen waarin het apparaat bedoeld is om te werken. Waar dit jaar de teller de 30 miljard nog net niet aantikt, ligt de verwachting voor 2030 op 50 miljard op het IoT aangesloten apparaten, die gebruik maken van zowel gelicentieerde en niet-gelicentieerde frequentiebanden. In combinatie met de daarmee gepaard gaande explosieve stijging van het draadloze dataverkeer resulteert dit in een veel drukkere en uitdagendere RF-omgeving dan die we vandaag de dag hebben. De bevolkingsdichtheid in stedelijke gebieden neemt daarbij relatief nog sneller toe, en dus ook het aantal aangesloten RF-zendende apparaten. Naarmate meer en meer RF-apparaten in dezelfde ruimte zenden met een relatief beperkt frequentiespectrum, zal het door RF-spectrumverdringing voor RF-ontvangers steeds moeilijker worden om radiogegevens adequaat te ontvangen.

www.rohde-schwarz.com/nl info.bnl@rohde-schwarz.com (030) 600 17 00

Volgens de norm

Ontwerpers van IoT-apparaten houden hier uiteraard rekening mee en testen aan de hand van draadloze coëxistentie testen in hoeverre interferentie van aangrenzende kanalen wordt opgepikt en de functionaliteit beïnvloedt. ANSI C63.27 beschrijft vier verschillende testmethoden voor draadloze coëxistentie: ‘conducted’, ‘radiated anechoic chamber’ (RAC), ‘multiple chamber’ en ‘radiated open environment’. De norm biedt op basis van het gezondheidsrisico dat samenhangt met een storing veroorzaakt door een of meer stoorsignalen de flexibiliteit om de testmethode en testcomplexiteit te kiezen die relevant is voor het te testen apparaat (DUT).

De norm geeft apparatuur-fabrikanten hiervoor richtlijnen met betrekking tot testopstellingen, meetomgevingen, typen interferentiesignalen en strategie, meetparameters voor de prestatiekwaliteits in de fysieke laag met behulp van key performance indicators (KPI) en applicatielaagparameters voor end-to-end functionele draadloze prestaties (FWP). Naast de ANSI-norm moeten in de EU alle radioproducten voor consumenten voldoen aan de relevante

RED-eisen. De in de EN-normen beschreven specificaties voor de conformiteit van radio-ontvangers zijn ondergebracht in de zogenaamde ‘blocking’ testen en zijn meestal niet zo streng als de ANSI C63.27-norm. Zo wordt er voor deze testen momenteel nog zelden het gebruik van een RF-zender voorgeschreven. Vanwege de toenemende RF-complexiteit zal dit binnen afzienbare tijd echter wel het geval zijn. Aangezien IoT-producten vaak een lange operationele levensduur hebben, is het sowieso zinvol om nu al draadloze coëxistentie-testtechnieken toe te passen die rekening houden met die toekomstige RF-complexiteit.

Omgevingsspecifiek

Dat die RF-complexiteit sterk omgevingsafhankelijk is blijkt uit een in de whitepaper gedetailleerd uitgewerkt onderzoek waarin op drie locaties (het hoofdkantoor van Rohde & Schwarz in München, de Rohde & Schwarz fabriek in Teisnach en de woonwijk Planegg in München) RF-metingen zijn uitgevoerd. In de kantooromgeving zag je niet alleen tijdens kantooruren verhoogde RF-activiteit in de 5 GHz-band, maar ook soms midden in nacht, wat kon worden verklaard door systeemupdates die routinematig over het netwerk lopen. Dit was ook het geval bij de fabriek, al zag je daar ook een hogere draadloze activiteit op 2,4 GHz, wat weer samenhangt met de industriële machines met draadloze verbindingen. In de woonwijk was het altijd druk, met een hoge spectrumbezetting in elke frequentieband.

Testscenario’s

Als fabrikant weet je nooit voor 100% zeker in wat voor RF-omgeving een IoT-apparaat zal komen te staan, en die zekerheid neemt door de toegenomen RF-complexiteit feitelijk alleen maar af. De prestaties van een IoTapparaat moeten echter wel constant zijn, ongeacht of die zich bevindt in een grote stad of op een landelijke locatie, op een fabrieksterrein of in een ziekenhuis.

Op basis van testen als die voor draadloze coëxistentie moet je dus een uitspraak kunnen doen hoe een IoT-product zich in verschillende omgevingsscenario’s zal gedragen. Daarbij moet je ook nog rekening hou-

Productnieuws

den met de mate van risico voor de gezondheid van de gebruiker in geval van bedrijfsstoringen als gevolg van coëxistentieproblemen. Hoe groter dat risico, des te stringenter de testvereisten.

Anechoïsche kamer

In de whitepaper wordt een tweetal testconfiguraties uitgewerkt op basis van de RAC-methode. Met deze anechoïsche kamer kunnen de metingen gemakkelijk worden herhaald omdat de RF-omgeving in de kamer kan worden gecontroleerd ten opzichte van externe RF-invloeden. De positie van de antenne en de padverliezen zijn gemakkelijker consistent te kalibreren en te compenseren. Er is een testopstelling voor producten die, gebaseerd op de ISO 14971norm, een verwaarloosbaar of laag risico hebben bij falen ten gevolge van coëxistentieproblemen; de impact reikt niet verder dan een verslechtering van de gebruikerservaring. De andere testopstelling is voor producten met matig en hoog risico, waarbij gebruikers nadelige gevolgen voor hun gezondheid kunnen ondervinden. Beide meetopstellingen bestaan in de basis uit een radiocommunicatietester, een spectrumanalyzer, realtime audio- en video-inspectiesoftware en een optionele vermogensversterker. De metingen worden uitgevoerd in een volledig reflectievrije, elektromagnetisch afgeschermde anechoïsche kamer. Het grootste verschil tussen de twee opstellingen is de mogelijkheid om stoorsignalen te genereren. Het aantal stoorsignalen moet aanzienlijk worden verhoogd voor producten met een hoog risico. Dit wordt bereikt door extra vectorsignaalgeneratoren en antennes toe te voegen om complexe signaalscenario's te simuleren.

Meetopstelling voor het testen op draadloze coëxistentie van producten met matig en hoog risico, waarbij gebruikers nadelige gevolgen voor hun gezondheid kunnen ondervinden.

Scenario’s

genereren

De whitepaper beschrijft hoe je com- plexe signaalscenario's kunt genereren voor het testen van draadloze coëxistentie. Dit type test kan volledig geautomatiseerd of handmatig worden uitgevoerd, afhankelijk van de gebruiker en het totale volume. Op R&D-niveau wordt de voorkeur gegeven aan handmatige testmethoden, omdat de gebruikers dan meer controle hebben. Maar voor fabrikanten, die na productie een kortere versie van de coëxistentietests willen uitvoeren als een vorm van kwaliteitsborging, zal de geautomatiseerde versie de voorkeur hebben.

Thermische mass flow regelaar Vermogensversterker voor testen 5G

Sensirion breidt haar productassortiment uit met de SFC6000 serie prijscompetitieve mass flow controllers De multigas selecteerbare regelaar heeft een settling time van minder dan 100 ms en een dynamisch bereik van 500:1. De SFC6000 wordt standaard geleverd met push-in fittingen en is op dit moment beschikbaar met bereiken van 5, 20 en 50 slm. Hij is standaard voorzien van een I²C en RS485 bus. De mass flow regelaar is gebaseerd op de gepatenteerde CMOSens technologie, waarbij zowel het sensorelement als de signaalverwerking volledig geïntegreerd zijn in één CMOS-chip. Dit resulteert in een ultranauwkeurig systeem en een hoge reproduceerbaarheid. Hierdoor is geen herkalibratie nodig.

De SFC6000-serie is geschikt voor toepassingen als gasmenging in medische en analytische instrumenten, debietregeling in bioreactor- en halfgeleidertoepassingen en procesregeling in industriële automatisering.

Om toepassingen in 5G-technologie te ontwikkelen en te testen zijn nieuwe krachtige vermogensversterkers nodig om signalen te versterken en te verzenden over grote afstanden met minimale verstoring. De AMP2087-1 van Exodus Advanced

Communications is een desktop vermogensversterker in het 1 tot 18 GHz gebied.

Deze biedt een verzadigd uitgangsvermogen van 4 W en een versterking van meer dan 36 dB (±4 dB p-p). De staandegolfverhouding (SWR) is minder dan 5:1. De AMP2087-1 heeft een ultrabreedband hybride MMIC-ontwerp en is geschikt voor alle eenkanaalsmodulatiestandaarden. Deze solid state vermogensversterker is bedoeld voor gebruik in testlaboratoria en ontwikkelingscentra.