Hoy en día la industria inalámbrica se está extendiendo rápidamente gracias a las nuevas tecnologías inalámbricas y a los múltiples estándares y dispositivos. En tanto que las tecnologías están convergiendo y que el consumidor se está convirtiendo en el rey, es evidente que las características de la industria inalámbrica están cambiando y están llegando a ser cada vez más complejas.
La radio definida por software (SDR) es un dispositivo de comunicación cuyo funcionamiento se define principalmente mediante software, proporcionando un marco de trabajo para permitir ese cambio. Es una tecnología que permite la aparición de nuevos sistemas de comunicación.
Sin embargo, la flexibilidad que permite SDR para soportar tecnologías y estándares dispares establece una serie de retos nunca antes vistos en el diseño de la validación y verificación del producto final. Este artículo explora estos desafíos, examina las soluciones de prueba integradas y proporciona métodos para las pruebas de los receptores y de los transmisores.

Autores: Dave Ireland, EMEA Marketing Manager, Design & Manufacturing y Juan Ojeda departamento comercial de AFC Ingenieros (jojeda@afc-ingenieros.com)



La industria inalámbrica se está extendiendo rápidamente con múltiples normas y dispositivos. Los consumidores esperan que los teléfonos móviles dispongan de multi-funcionalidad, quieren hablar, recibir e-mails y descargar vídeos utilizando un solo dispositivo portátil. El impacto de la globalización ha creado la necesidad de estos dispositivos para obtener funcionalidad y comunicación en todos los continentes. En todo momento, los diseñadores y los fabricantes se ven obligados a encontrar la manera de desarrollar una tecnología flexible y rentable.
Es evidente que el semblante de esta industria está cambiando y está llegando a ser más compleja que nunca. La radio definida por software (SDR), es un dispositivo de comunicación, cuyo funcionamiento desde la capa física al más alto nivel de las capas de protocolo se define principalmente mediante software, ofreciendo un marco para permitir este cambio. Soporta radios multibanda y multimodo, itinerancia mundial, reconfigurabilidad del entorno de ejecución y programación por medios inalámbricos, aliviando los problemas que surgen con el despliegue de las nuevas comunicaciones. Además de proporcionar flexibilidad para cambiar la capacidad operativa de la radio con sólo cambiar el código de software en el hardware de procesamiento del dispositivo.
Ahora la SDR está empezando a introducirse en el mercado de consumo, agilizando los ciclos de diseño e introduciendo una gama de nuevas aplicaciones. Sin embargo, los desarrolladores de SDR se enfrentan a un reto especial cuando tiene que realizar pruebas y validar sus proyectos. Para ello requieren herramientas de pruebas tan robustas y flexibles como la propia tecnología.

SDR & SCA: Simplificar y unificar
La SDR logra el objetivo de dar soporte a los diferentes estándares y tecnologías, proporcionando una arquitectura común de radio. Defendida por el programa JTRS (Joint Tactical Radio System), la Arquitectura de Software de Comunicaciones (SCA: Software Communications Architecture) [1], ha sido adoptada como el estándar de arquitectura de software de radio para los sistemas de comunicaciones militares. La SCA va a impactar finalmente el sector de las comunicaciones de radio comerciales porque sus arquitecturas incluirán la mayor parte de la funcionalidad ya considerada en la SCA. Los problemas y desafíos de las implementaciones de la SCA que se están superando ahora son similares a las implementaciones comerciales que se van a encontrar más adelante. Constituye la base del Foro de SDR para SRA (Software Radio Architecture) [2].
La dificultad de las pruebas sobre SDR surge del gran número de módulos diferentes que interactúan juntos. El número resultante de la combinación de los componentes hace que sea difícil verificar el correcto desempeño de cada uno de ellos sin establecer previamente un sistema flexible de prueba.


Integración del equipo de prueba en la arquitectura de comunicaciones por software (SCA)
Las implementaciones actuales de SDR son lo suficientemente flexibles para que con sólo cambiar el contenido de un archivo de configuración de una aplicación se pueda cambiar la forma de onda. El gran número de módulos diferentes de software que se pueden combinar para interactuar en un momento dado hace que surja un reto de prueba y validación para los diseñadores y fabricantes.
Después de que la simulación a nivel de sistema se ha completado y se ha validado la funcionalidad del módulo de software, es el momento de despliegue sobre el hardware real. Hay muchas fuentes de error que pueden afectar a la correcta ejecución de un dispositivo en particular. Los fallos del hardware y del software y los errores de diseño pueden hacer aparecer errores de cálculo y es necesario detectarlos durante las múltiples fases del ciclo de desarrollo de SDR. Cuanto más realista sea la prueba más fiable será el funcionamiento del producto SDR final.
La integración de los equipos de ensayo en el SCA proporciona la capacidad de crear una abstracción de los diferentes componentes del sistema, que garantizan una mayor fiabilidad en el diagnóstico general del sistema y al mismo tiempo proporcionan una transición perfecta desde el entorno de simulación al despliegue sobre el hardware. Los siguientes ejemplos esbozan dos de estos métodos.

Simulación de la prueba de un receptor: Simulación de las prestaciones de un sistema “On-air”
Los generadores de formas de onda arbitrarias (AWGs) poseen capacidades de prueba que están a tan sólo un paso de lo que es un verdadero entorno operativo OTA (over-the-air), gracias a que pueden proporcionar señales analógicas y digitales, así como ruido y modulación para la realización de pruebas en los receptores de SDR. La salida digital de los AWGs puede ser usada para estimular los circuitos digitales o para simular las prestaciones de un convertidor A/D. También se obtienen otros beneficios cuando los AWGs se integran en la aplicación de la forma de onda de un dispositivo SDR. Esta integración permite que el marco de trabajo básico controle el AWG de la misma manera que controla a cualquier otro componente de software o cualquier otro dispositivo. De esta manera, un AWG pueden estar incluido en la forma de onda de la aplicación modificando sólo un fichero XML (Extensible Markup Language).
En consecuencia, se puede desarrollar una aplicación especializada para poner a prueba un determinado conjunto de componentes. Cuando se combina un nuevo conjunto de componentes para representar una determinada aplicación, se puede utilizar una versión modificada de la misma forma de onda que incluye los módulos de prueba para probar y validar las prestaciones de los módulos originales. Además, el código utilizado en los bancos de prueba anteriores se puede reutilizar casi sin problemas copiando la funcionalidad básica del código antiguo en el nuevo módulo de prueba.
Para integrar un AWG en una aplicación de forma de onda desarrollada bajo las directrices de SCA es necesario encontrar un componente proxy que funcione como un adaptador entre el AWG, el marco de trabajo básico y los componentes de la forma de onda. El archivo de la forma de onda que se carga en la memoria de formas de onda, se puede crear utilizando las herramientas incorporadas en el AWG para la edición de las formas de onda, o incluso utilizando otras herramientas especializadas, tales como MATLAB. Con el fin de integrar el AWG dentro de una forma de onda existente, es necesario modificar el fichero SAD (Software Assembly Descriptor) de la aplicación para incluir el envoltorio como un componente y describir las conexiones necesarias. Como se muestra en la figura 3, el AWG se puede conectar en las diferentes etapas del trayecto interno de la señal dentro del receptor para aislar mejor el módulo o módulos específicos y realizar las pruebas.
Cuando se crea la forma de onda de la aplicación se lleva a cabo la inicialización y la configuración de los equipos, así como todas las funciones de prueba necesarias para verificar el correcto desempeño de la aplicación. La información registrada junto con el conocimiento de la fuente del fallo permite una depuración más precisa.

Prueba del transmisor: Determinación de la causa/efecto de las características variables con el tiempo de la señal
Junto con la reglamentación de la FCC sobre la utilización del espectro, la validación de las formas de onda SDR se convierte en una parte fundamental del ciclo de desarrollo. Al igual que con cualquier radio digital hay muchas posibles fuentes de errores operacionales, tales como componentes espurias derivadas de las no linealidades en el amplificador de potencia, de la saturación de la señal en el CAD, del truncado de la fase y del jitter periódico. En el caso de SDR el problema se magnifica, ya que cada conjunto diferente de componentes de software que construye la forma de onda de una aplicación tiene que ser validado. Así como las aplicaciones de SDR comienzan a implementar más normas y más formas de onda, las cuales pueden también ocupar diferentes bandas de frecuencia, el proceso de validación se hace más complicado y exige una mayor flexibilidad de los equipos de prueba.
Los analizadores de espectro en tiempo real (RTSA) son ideales para la realización de pruebas y para la validación de los transmisores de radio. En el caso de señales de RF que utilizan modulaciones complejas y cambios de señal es crucial mantener el paso con las señales de naturaleza variable con el tiempo. Debido a las limitaciones de arquitectura de los sistemas de disparo y de almacenado en memoria intermedia de los analizadores de espectro tradicionales y de los analizadores vectoriales de señal, estas herramientas son de baja confianza y de alta incertidumbre en cuanto a la captura de eventos variables con el tiempo. Requieren componentes de adaptación y una interfaz IDL.
Referencias
[1]. Programa JTRS http://jtrs.army.mil/
[2]. Foro de SDR http://www.sdrforum.org/