Técnicas de ensayos para comunicaciones inalámbricas

La demanda de comunicaciones inalámbricas continúa acelerándose con el cambio aplicaciones intensivas en datos tales como surfing web y video. Los consumidores esperan un ancho de banda más alto y los proporcionadores de servicios desean vender servicios de mayor valor añadido además de la voz.

Para suportar estas nuevas demandas del consumidor, se está desarrollando la tecnología fundamental que proporciona servicios de voz y datos. Estas aplicaciones requieren mayores tasas de transmisión que están creando nuevas aproximaciones al uso de un espectro de frecuencia limitada.

Actualmente están siendo usados tipos de modulación espectralmente más eficientes junto con un ancho de banda de señales incrementadas. Actualmente están siendo implementados nuevos métodos de transmisión tales como multiplexión de división de frecuencia ortogonal (OFDM) y múltiple-entrada, múltiple-salida (MIMO) para incrementar las tasas de transmisión.

Estos métodos desafían a los ingenieros al añadir más capas de complejidad. Como consecuencia de ello, hay un énfasis progresivo que demanda ensayos RF y los desafíos asociados con él.

El formato de modulación denominado portador simple transmite símbolos de un dato en un portador de frecuencia simple.

Con la tecnología de señales OFDM el ratio de potencia pico/promedio se incrementa espectacularmente.

El ensayo de compresión de ganancia usando equipos RF puede ser insuficiente para determinar con exactitud los errores. Keitthley ha desarrollado una técnica de medición que discierne el nivel de compresión de ganancia en un amplificador RF DUTs empleando señales OFDM. La modulación OFDM requiere mucho mayor nivel de procesado de señales digitales en los dispositivos móviles. Sin embargo, con el avance de la tecnología DSP, este nivel de rendimiento puede incluirse en un dispositivo móvil a un coste y consumo energético razonable. La modulación OFDM se usa en Wi-Fi, WiMAX, y en standardar emergente para teléfonos móviles Long Term Evolution (LTE).

Los fabricantes de dispositivos inalámbricos se enfrentan a un gran número de desafíos en los ensayos RF. Uno de los desafíos más significativos es la transición de configuraciones SISO con un transmisor y un receptor con información enviadas sobre un canal de datos única. Una configuración típica que podemos mencionar como ejemplo es la Wi-Fi que con una antena usamos en cualquier lugar. Las antenas se orientan continuament buscando la mejor trayectoria de la señal, y en un momento determinado hay solamente un flujo de datos y un canal de datos únicos.

MIMO dramáticamente mejora la eficiencia espectral, pero con mejor eficiencia espectral llega también un mayor nivel de complejidad. MIMO emplea más portadores de radio para transmitir más información, mejorando la eficiencia espectral transmitiendo todas las señales en el mismo canal y ocupando el mismo ancho de banda. Esta tecnología puede ser usada en un amplio rango de dispositivos de comunicaciones comerciales incluyendo teléfonos móviles, PDAs y laptops.

Hay varios desafíos claves cuando se ensaya MIMO. Uno es la cantidad haces espaciales que pueden ser soportados. Por ejemplo, tanto WLAN como LTE soportan cuatro configuraciones de haces; las tecnologías WiMAX con configuración de matriz A y B soportan dos haces. Otra cuestión clave es mantener bajos los costes por haces sin sacrificar rendimiento. Los costes de los equipos de ensayos, particularmente de los sistemas MIMO, pueden multiplicarse rápidamente.

El cambio de las tecnologías de SISO a MIMO permiten que se transmitan múltiples haces de datos al mismo tiempo, usando el mismo espectro de frecuencia. Estos haces de datos paralelos pueden usarse ya sea para incrementar la cantidad de transferencia de datos transfiriendo diferentes datos en cada antena o incrementando la cobertura enviando el mismo dato a todas las antenas.

Los ensayos de la siguiente generación dependerán de numerosas innovaciones industriales. Por ejemplo, la arquitectura SDR se adapta rápidamente a los requerimientos cambiantes del mercado inalámbrico, dándole longevidad añadida. Los instrumentos basados en SDR pueden generar o demodular virtualmente cualquier señal con un ancho de banda de modulación de hasta 40 MHz., importante para muchos de los dispositivos de hoy y para muchas nuevas señales standard del mañana tales como 4G LTE (Ultra mobile broadband) con una simple actualización del software.

La tecnología DSP contribuye también a aumentar el rendimiento. Permite un ajuste más rápido, con un cambio de frecuencia en menos de 1 milisegundo para la mayoría de los pasos de frecuencia. Una plataforma DSP se complementa típicamente con una memoria de forma de onda relativamente grande. Junto con los beneficios del ancho de banda incrementado, la transmisión y recepción multi-señal añade más capas de complejidad. Por ejemplo, la transmisión de múltiples señales requiere una sincronización y recepción altamente exacta. Uno de los mayores desafíos de los ensayos implica la sincronización. La transmisión de señales múltiples requiere sincronización exacta de múltiples canales en fase y alineación de muestreo. Esto asignifica que los analizadores y generadores de señales deben tener alineación precisa en orden de hacer mediciones exactas y repetibles.

Bibliografía: Meeting the challenges of wireless communications test. Industrial & Test Focus. EE Times Europe April 2009.

Palabras clave: Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), Multiple-input, multiple-output (MIMO), DSP technology, DSP-based software software-defined radio (SDR) architecture