Los hornos de microondas no son las únicas cosas cocinando en el espectro de 2.4 GHz. Las señales de RF que vienen de dispositivos WiFi, dispositivos Bluetooth, ZigBee, teléfonos inalámbricos, juegos inalámbricos, juguetes, periféricos de PC, dispositivos de audio inalámbricos, y más hacen la banda de frecuencia de 2.4 GHz una cocina muy concurrida. Diseñar dispositivos que funcionen en este espectro trae muchos retos. Un dispositivo Bluetooth, por ejemplo, no solo tiene que pelear por detección contra WiFi y ZigBee, sino también presenta problemas tales como alto consumo de potencia y requerimientos de más alto rendimiento de datos. La Figura 1 muestra el espectro de 2.4 GHz con canales de Bluetooh, ZigBee y WiFi.
Bluetooth Baja Energía
Bluetooth de baja energía ( BLE )
Considere la historia de Bluetooth y su pelea por reconocimiento en este espectro. Desde su comienzo, el estándar ha intentado evitar interferencia de otras señales utilizando las tácticas siguientes:
• 2003-Se lanza Bluetooth 1.2 con salto de frecuencia adaptiva (AFH) para que los canales Bluetooth puedan evitar interferencia de otros estándares en la banda de 2.4 GHz.
• 2004-Se lanza Bluetooth con tasas de datos mejoradas (EDR) y logra tasas de datos de 2.1 Mbit/s.
• 2007-Se lanza Bluetooth 2.1 + EDR que permite sincronización simple segura. Un billón de chips Bluetooth son vendidos.
• 2009-Se lanza Bluetooth HS (3.0) y resulta en 24 Mbit/s, haciéndolo útil para transmisión de datos de alta velocidad.
Esta versión también abre el uso de radios 802.11b/g para mayor velocidad de datos.
Con la versión más reciente de Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), 4.0, ó Wibree, como se llamó originalmente, se espera que los dispositivos consuman una fracción de la energía que los productos Bluetooth clásicos consumen. Debido a que los chips BLE pasan la mayor parte del tiempo dormidos, los dispositivos BLE deberían durar más de un año en una celda de batería de botón sin recargarse. Incluso enviar datos solo toma unos cuantos milisegundos – comparado con los cientos de milisegundos tomados por Bluetooth clásico.
BLE utiliza ciclos de trabajo bajos y está optimizado para operar en pequeñas ráfagas de datos para que los dispositivos consuman menos energía. Ofrece las siguientes ventajas sobre Bluetooth clásico:
• Más controladores inteligentes que pueden mantener los dispositivos dormidos por periodos más largos de tiempo
• Ciclos de trabajo ultrabajos que pueden ser ajustados a 0.1 por ciento (comparado a 1 por ciento en Bluetooth clásico)
• Interoperabilidad multifabricante
• Bajo coste y tamaño pequeño
Figura 1. WLAN, BLE, y ZigBee, entre otros estándares, ocupan el espectro de 2.4 GHz.
Canales para Coexistencia en el Espectro de 2.4 GHz
Canales para coexistencia en el espectro de 2.4 GHz
Otro cambio importante es que BLE utiliza solo 40 canales, mientras que Bluetooth clásico utiliza 79. Cada canal BLE es de 2 MHz comparado a 1 MHz para el clásico. Como puede imaginarse, Bluetooth necesita ser capaz de diferenciar sus señales de otras en la misma banda. Tres de los 40 canales están localizados exactamente entre los canales WLAN, lo cual permite descubrimiento y conexión de dispositivo más fácil. Los dispositivos Bluetooth utilizan estos canales, también conocidos como “canales de promoción,” para transmitir su presencia y buscar otros dispositivos Bluetooth. Esto permite que las señales Bluetooth coexistan con señales WLAN.
Nuevos Requerimientos de Prueba
Nuevos requerimientos de test
BLE tiene nuevos requerimientos de test tales como “paquetes sucios” para prueba de sensibilidad test y prueba PER en lugar de la clásica prueba BER. El concepto de paquete sucio crea paquetes no ideales cada 50 paquetes, donde la frecuencia de la portadora, índice de modulación, y error de temporización de símbolo son cambiados a específicas combinaciones de valor descritas en la especificación de prueba. Además, también se agrega un desvío de frecuencia a la característica de la señal. Los paquetes sucios atribuyen una diferencia de 1 dB a 2 dB en la entrada de potencia del receptor, lo cual resulta en una diferencia en el número de dispositivos pasa/falla durante la prueba del receptor.
Figura 2. Canales de promoción permiten que los dispositivos Bluetooth se conecten incluso en la presencia de señales WLAN.
El requerimiento de prueba PER para BLE es menos de 30.8 por ciento después de al menos 1,500 paquetes. Esto equivale a un VER de 0.1 por ciento (tal como se usa en el escenario de Bluetooth clásico).
Instrumentos de Prueba Basados en Software
Instrumentos de Prueba Basados en Software
NI ofrece toolkits para Bluetooth, WLAN, y hasta estándares celulares que puede utilizar con cualquier analizador RF de señal vectorial (VSA) de NI, generador de señal vectorial ( VSG), o transceptor de señal vectorial (VST). La flexibilidad para utilizar o actualizar hardware independientemente del entorno de software es algo muy valioso para los ingenieros de test que se ocupan de las cambiantes necesidades de estos protocolos RF. Además, los ingenieros pueden actualizar su equipo de test para acomodar anchos de banda más altos, rangos de frecuencia, o rendimiento, manteniendo su pila de software. La Figura 2 muestra el VST NI PXIe-5644R utilizando con el NI Bluetooth Toolkit, el cual tiene una API que funciona con LabVIEW, NI LabWindows™/CVI,NI Measurement Studio, y Microsoft Visual Studio.
Equipo de Prueba para Señales RF de Baja Potencia
Equipo de Prueba para Señales RF de Baja Potencia
Los diseñadores de receptores RF de baja potencia y equipo de prueba deben estar conscientes de las señales interferentes. Cuando se selecciona un equipo de prueba, especificaciones tales como rechazo de canal adyacente deberían ser cuidadosamente consideradas. Usted puede utilizar preselectores y bancos de filtros IF para asegurar que sus receptores pueden detectar pequeñas señales en la presencia de una más grande. Puede utilizar un banco de filtros IF con amplificadores y atenuadores en la cadena IF para rechazar de manera eficiente señales grandes y ajustar la potencia de la señal alcanzando el convertidor A/D. Esto hace posible detectar y demodular la señal de interés. Sin los filtros IF, una señal grande no deseada saturaría el convertidor A/D.
Una Solución Definida en Software
Una Solución Definida en Software
NI no solo proporciona software listo para utilizarse para probar estándares en el espectro de 2.4 GHz, la compañía también proporciona hardware optimizado para detectar señales RF de baja potencia en la presencia de señales de saturación de alta potencia. Con la naturaleza definida en software de la solución de NI, usted puede probar sus dispositivos a las especificaciones requeridas definidas por el estándar, así como ajustar las pruebas para ver cómo su dispositivo reacciona a las señales del mundo real.
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