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Seasolve Software - LabVIEW 및 PXI 기반 RF 계측기를 사용한 ZigBee-IEEE 802.15.4 PHY 계층 테스트 시스템

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Author(s):
Narayanan P I 사원 - Seasolve Software

Industry:
RF/Communications

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, PXI/CompactPCI, Modulation Toolkit

The Challenge:
IEEE 802.15.4 – 2003(2450MHz) 표준에 부합하도록 Zigbee 장치의 PHY 계층 수신기 및 송신기 기능 테스트를 위한 효율적이고 비용 효과적인 테스트 벤치를 구현한다.

The Solution:
LabVIEW에서 NI RXI-5660 RF Signal Analyzer와 NI PXI-5670 RF Signal Generator를 사용하여 PXI 기반의 Zigbee WPAN 테스트 스위트(Test Suite) 개발.

"LabVIEW로 개발한 이 테스트 스위트는 신뢰성 있고 비용 효과적이며 시간 효율적인 테스트 솔루션으로서 설계 및 테스트 엔지니어들이 직면하는 주요 문제를 모두 해결해줄 수 있는 것으로 입증되었습니다. "

서론Zigbee WPAN은 개방형 글로벌 표준을 기반으로 하는 신뢰성 있고 비용 효과적인 저전력 무선 모니터링 및 제어 제품을 구현합니다. IEEE-802.15.4 표준에는 Zigbee 장치용 868MHz, 915MHz, 2450MHz ISM 대역에서의 물리적(PHY) 그리고 미디어 액세스 제어(MAC) 계층이 명시되어 있습니다.

제어 어플리케이션용 Zigbee 장치를 사용하는 새로운 추세는 장치 제조업체들의 관심을 사로잡았고 이는 치열한 시장 점유율 경쟁으로 이어졌습니다. 그리고 설계 엔지니어 및 장치 제조업체들에게는 상대적으로 경쟁력 있는 가격으로 최대한 빨리 제품을 테스트하고 검증하고 출시해야 하는 완전 새로운 과제를 안겨주었습니다. 따라서 대부분 표준 요건에 따른 성능 목표를 충족시키지 못하고 있습니다. 출시 시기와 관련된 기회 비용과 함께 상호운용성에 대한 요구는 사전적합성 및 적합성 테스트에 대한 필요성을 촉진하고 있어 시간 효율적이고 신뢰성 있는 비용 효과적인 테스트 솔루션이 필수사항이 되고 있습니다.

이 글에서는 IEEE 802.15.4 표준에 부합하는지를 확인하는 Zigbee 장치의 테스트 단계 중 WPAN 설계자 또는 엔지니어가 직면하는 문제점들을 기술하고 이 문제들을 해결하기 위한 효과적인 방법으로서 NI Alliance Partner인 SSI(SeaSolve Software 社)의 WPAN 테스트 스위트를 이용한 해결책을 제공합니다.

테스트 스위트 설명
WPAN 테스트 스위트는 다음 항목들로 이루어져 있습니다.

• WiPAN LVCT – 2450에서의 Zigbee 장치용 PHY 적합성 테스트 툴
• MHz 대역
• WiPAN LVSG – Zigbee 장치용 PHY 수신기 사전적합성 테스트 툴
• WiPAN LVSA – Zigbee 장치용 PHY 송신기 사전적합성 테스트 툴


그림 1.1. WiPAN LVCT 전면판 – 적합성 테스트 툴


그림 1.2. WiPAN LVSG – 수신기 성능 테스트 툴, MAC 구성 그림 1.3. WiPAN LVSA – 송신기 테스트 툴, 베이스밴트 및 RF 측정

따라서 본 테스트 스위트를 통해 Zigbee 장치의 PHY를 모든 개발 단계에서 테스트할 수 있습니다. 이 테스트 스위트는 LabVIEW로 개발했으므로 NI 제품(NI PXI-RFSG 5670 및 NI PXI-RFSA 5660)과 완벽하게 통합됩니다.


그림 2. 완전한 테스트 시스템 블록 다이어그램

비용 효과적인 NI의 플러그 앤 플레이 장치의 가용성은 LabVIEW와 쉽게 통합할 수 있어서 개발 작업이 덜 지루하고 보다 신속해질 수 있습니다. 이를 통해 Zigbee 장치의 최적화 테스트가 가능하므로 출시 시기와 비용 요소를 모두 해결할 수 있습니다.

Zigbee 장치 및 적합성 테스트에 대한 필요성
Zigbee 장치용으로 많은 어플리케이션들이 출시되면서 여러 공급업체들이 이 분야에 뛰어들었고 따라서 서로 다른 업체의 장치들이 함께 작동할 수 있어야 했습니다. 이는 표준화 및 상호운용성이 필요하도록 했고 비용 효과적이고 신뢰성 있는 시간 효율적인 테스트 솔루션이 필수 사항이 되도록 만들었습니다. 따라서 신뢰성이 있어야 하고 지정 표준에 부합하도록 장치에 있는 송신기 및 수신기의 성능을 테스트할 수 있는 테스트 시스템이 필요하게 되었습니다.

SeaSolve WPAN 테스트 스위트는 고급 PXI 기술 기반 계측기와 함께 LabVIEW로 개발한 가상 계측 기술을 효과적으로 사용하여 원하는 솔루션을 얻습니다. 따라서 이 WPAN 테스트 스위트는 자동화된 단일 클릭이며 Zigbee 장치의 설계 엔지니어와 검사자 및 공급업체들이 직면하는 문제를 완벽하게 해결하는 유연성 있는 솔루션을 감시합니다.

적합성 테스트 및 WPAN 테스트 솔루션
IEEE 802.15.4-2003에는 PSD(Power Spectral Density), EVM(Error Vector Magnitude), 전송 능력, 중심주파수 허용오차, 최대 입력 전원, 수신기 감도, 이웃 및 대체 채널 걸림 저항력, 소요시간, 영상 대역폭과 같은 여러 테스트를 명시하고 있는데, 이러한 테스트를 통해 Zigbee 장치의 성능 및 상호운용성이 표준에 부합하는지를 점검합니다.

IEEE 802.15.4에 명시되어 있는 테스트 중에서 EVM, 소요시간, 수신기 감도와 같은 수신기 테스트 및 걸림 저항력 테스트와 같은 테스트에서는 특별한 고려사항을 통해 신뢰성 있는 테스트 결과를 얻을 수 있습니다. 기존의 테스트 절차로 이러한 테스트를 수행하는 것은 힘든 일이며 테스트 유형에 따라 하드웨어/소프트웨어가 달라지므로 테스트 시간과 함께 비용이 늘어납니다. SeaSolve WPAN 테스트 스위트는 많은 주요 테스트에 대해 단일 솔루션을 제공함으로써 위에서 말한 도전과제를 모두 해결할 수 있기 때문에 신뢰성 있고 비용 효과적이며 시간 효율적이라 할 수 있습니다.

도전과제 – 사례 연구
여기서는 오늘날 테스트 기술자들이 직면하는 적합성 테스트 도전과제와 WPAN 테스트 솔루션을 통해 이러한 과제를 해결하는 방법에 대해 살펴봅니다.

[사례 1] EVM
EVM은 이상적인 비트 위치에서 벗어난 경우를 나타내는 송신기 변조 정확도의 척도입니다. 실제 RFIC 테스트에서 측정한 EVM은 실제 장치 성능과 측정에 사용하는 장비의 성능 그리고 이 둘 간의 모든 상호 연결(즉, 로드 보드, 접촉기, 케이블 등) 등의 복합 측정입니다.

[사례 2] 수신기에서 송신기까지 걸리는 소요시간(Rx-Tx 소요시간)
Rx-Tx 소요시간은 장치가 송신기 상태에서 수신기 상태로 전환하는 데 걸리는 시간을 말합니다. 기존의 테스트 방법이라면 이 테스트를 수행하기 위해 신호 발생기/분석기와 함께 추가 계측기 즉 오실로스코프가 필요했을 것입니다. 기존 방법 또한 이 목적으로 CCA 핀/신호를 제공하기 위해 DUT가 있어야 합니다. 따라서 기존 방법에서는 비용 및 스코프를 통한 프로빙/인터페이스라는 부담이 가중되었을 것입니다. 여기서의 도전과제는 동일한 PXI 모듈형 계측기(NI-RFSA 및 NI-RFSG)만을 사용하여 이 테스트를 수행하고 비용을 줄이며 절차를 자동화하여 시간을 줄이고 보다 신뢰성 있는 솔루션을 구현하는 것입니다.

[사례 3] 수신기 감도
수신기 테스트에서 중요한 매개변수는 신호 소스와 수신기 사이의 적절한 동기화로서 이러한 테스트를 수행하는 데 있어서 해결해야 할 문제가 될 수 있습니다. 이는 테스트의 유효성이 패킷 및 프레임의 오류율에 따라 좌우되기 때문입니다. 동기화가 적절치 않으면 패킷 오류 정보가 잘못되어 테스트 결과가 부정확해집니다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점LabVIEW로 개발한 WPAN 테스트 스위트는 Zigbee 장치의 실시간 고속 테스트에 사용할 수 있습니다. 이 스위트의 WiPAN LVCT 모듈을 사용하여 IEEE 802.15.4 표준에 대한 장치의 적합성을 검증하는 테스트를 수행할 수 있습니다. 사전적합성 테스트 및 성능 검증은 DUT 수신기를 테스트하기 위한 WiPAN LVSG와 DUT 송신기를 테스트하기 위한 WiPAN LVSA를 사용하여 수행할 수 있습니다.

WiPAN LVSG에는 MAC 구성과 손상 추가와 같은 기능이 추가되어 수신기 테스트에 가장 적합한 솔루션임이 입증되었습니다. 철저한 측정 및 여러 기능이 있는 WiPAN LVSA는 송신기 테스트에 매우 유용한 툴입니다. 따라서 이 테스트 위트는 신뢰성 있고 비용 효과적이며 시간 효율적인 테스트 솔루션으로서 설계 및 테스트 엔지니어들이 직면하는 주요 문제를 모두 해결해줄 수 있는 것으로 입증되었습니다. 모든 면에서 볼 때 혁신적이고 비용 효과적인 Click-and-Observe 솔루션이라 할 수 있습니다.

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