WisyMAX: una soluzione completa per il test di apparati WiMAX

Author(s):
G. Primolevo - WYSITECH

Industry:
Telecommunications

Products:
LabWindows/CVI, TestStand, LabVIEW, PXI/CompactPCI, Spectral Measurements Toolkit

The Challenge:
Sviluppare una soluzione efficiente e di facile utilizzo, che permetta la generazione e l’analisi di segnali WiMAX OFDM (standard 802.16 2004) ed OFDMA (802.16e – 2005).

The Solution:
Implementare la generazione e l’analisi dei segnali WiMAX sotto forma di una libreria LabVIEW, dotata di interfacce verso la strumentazione RF National Instruments.

Breve riassunto
L’articolo descrive le scelte architetturali ed implementative effettuate nello sviluppo di una libreria per la generazione e l’analisi di segnali OFDM ed OFDMA WiMAX.
La soluzione prevede l’utilizzo dei moduli RF PXI-5661/ 5671, unitamente agli ambienti di sviluppo LabVIEW e LabWindows/CVI, ed all’ambiente di test executive TestStand.
Il cuore della soluzione è costituito da una libreria, sviluppata internamente a WisyTech e fornita di opportune interfacce di programmazione per LabVIEW ed Ansi C, che implementa in modo completo ed efficiente il livello fisico dello standard WiMAX.
La libreria e le relative applicazioni fornite a corredo costituiscono un valido punto di riferimento per system integrators e manufacturers, interessati al test su linea di produzione di apparati WiMAX.

Articolo
Lo standard IEEE 802.16/WiMAX rappresenta attualmente uno dei migliori candidati sia per la realizzazione di reti metropolitane per la trasmisisone wireless di dati, nell’ incarnazione 802.16–2004, sia per ricoprire il ruolo di standard mobile di quarta generazione, nella versione 802.16-2005.
Accanto a funzionalità avanzate per la gestione del traffico e della qualità di servizio, la particolarità dello standard è quella di adottare per il livello fisico del protocollo una modulazione di tipo OFDM, nella quale i dati di uno o più utenti vengono trasmessi in parallelo su una serie di sottocanali, situati in un gruppo di frequenze adiacenti. Sebbene tale tipo di modulazione permetta di migliorare le prestazioni del sistema in presenza dei canali dispersivi tipicamente presenti in applicazioni cellulari, l’ analisi e la generazione di segnali OFDM implicano un forte carico computazionale, e l’utilizzo di know-how specialistico per lo sviluppo di applicazioni ed algoritmi per il signal processing necessario.
L’ obiettivo dello sviluppo di WisyMAX è stato quello di fornire una soluzione completa ed efficiente per la generazione e l’analisi di segnali WiMAX. Inoltre, ci si è posto l’ulteriore obiettivo di realizzare un’ applicazione adatta all’ utilizzo per il test di produzione: questo ha stimolato la necessità di ottimizzare aspetti dell’ applicazione, in particolare velocità di esecuzione ed integrabilità in sistemi di terze parti, generalmente secondari in prodotti orientati all’ ambito della ricerca e sviluppo.
L’architettura scelta è raffigurata in Figura 1.
L’ hardware RF utilizzato è costituito dai moduli PXI-5661 (RF Signal Analyzer) e PXI-5671 (RF Signal Generator). La scelta è stata dettata tanto dal favorevole rapporto prezzo/prestazioni dei moduli, quanto dalla facilità di integrazione degli stessi mediante i driver RFSA ed RFSG. Inoltre, l’utilizzo degli stessi driver permette di mantenere la compatibilità verso future famiglie di generatori ed analizzatori RF di National Instruments.
Riguardo alla parte software della soluzione, si è favorito un approccio a layers:
- il primo strato è costituito da una libreria che implementa il livello fisico dello standard, ovvero gli algoritmi richiesti per la modulazione/demodulazione del segnale. A tale strato competono anche la raccolta di misurazioni sui segnali analizzati, e la creazione e modifica di trame WiMAX di struttura arbitraria. La necessità di implementare una catena completa di processing in banda base è stata dettata dalla complessità delle misurazioni richieste tipicamente per la qualifica di apparati WiMAX. A titolo di esempio, si consideri la misurazione della distorsione del segnale trasmesso da un apparato sotto test (EVM, Error Vector Magnitude). Tale valore è rappresentativo della qualità globale del trasmettitore, e permette di individuare esemplari fuori specifica con rapidità e precisione, ma per misurarlo è necessario implementare un ricevitore completo, che sia in grado di sincronizzarsi sul segnale trasmesso, equalizzarlo, demodularlo e misurarne lo scostamento dall’ idealità. In aggiunta alla modulazione/demodulazione, è implementata anche la catena di codifica/decodifica del payload del segnale. Questa funzionalità permette di eseguire analisi sul Bit Error Rate di trasmettitori. Inoltre, essendo potenzialmente time consuming e non richiesta in tutte le tipologie di test, è disattivabile a scelta dall’ utente.
- Lo strato superiore, accessibile ad utenti evoluti quali system integrators o software di terze parti, è costituito da un API (Application Programming Interface) verso gli ambienti di sviluppo LabVIEW (per entrambe le versioni WisyMAX 2004 e 2005), e LabWindows CVI / Ansi C (solo WisyMAX 2005). Tale API (Figura 2), semplifica anche L’interfacciamento verso i drivers RFSA/G, e verso lo Spectral Measurements Toolkit, utilizzato per l’analisi spettrale del segnale.
- A tale API si appoggiano infine delle interfacce grafiche per la generazione e l’analisi interattiva di segnali, utili in fase di setup dell’ ambiente di test, ed una collezione di step types TestStand, pensati per l’utilizzo in applicazioni di test automatizzato (Figura 3). Tanto le applicazioni quanto gli step types sono concepite per essere di immediato utilizzo per utenti base, ed al contempo liberamente modificabili da utenti evoluti.
Riguardo alla parte di analisi, le misurazioni disponibili sono:
- EVM medio per sottoportante, per simbolo e complessivo
- Offset di frequenza di portante e di simbolo
- Piattezza spettrale
- Profilo di potenza del segnale e potenze media/di picco
- Payload decodificato (disattivabile)
- Spettro del segnale
Per quanto riguarda la parte di generazione, sono previste:
- Una versione light, che permette di variare parametri quali numero di portanti attive, posizione, modulazione e payload dei data burst di un segnale di riferimento. Questa versione permette di coprire la maggior parte delle esigenze di test di utenti di base
- Una versione full, che permette la creazione e modifica di segnali di complessità e strttura arbitrarie, per necessità più evolute.

La compatibilità della libreria e delle applicazioni con il protocollo 802.16 è stata validata mediante il confronto con implementazioni di terze parti. WisyMAX è progettato per l’ utilizzo in ambiente Windows, su controller integrati, quali i PXI 8105/6, o su PC collegati tramite interfaccia MXI.

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G. Primolevo
WYSITECH
giuseppe.primolevo@wisytech.com

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