Техническая реализация (II-PT-IIoT)
Техническая реализация Тестера IIoT основывается на следующих базовых требованиях:
- Модульность: разделение составных частей изделия на плату-носитель и платы функциональных узлов (мезонины).
- Возможность минимальной модификации с учетом использования линейки разработанных мезонинных плат[1] , размеры ПП мезонинов в соответствии с [5].
- Возможность подключения поверенного специализированного оборудования для настройки и калибровки функциональных узлов в составе изделия.
- Возможность применения в качестве SDK, как бюджетный вариант анализатора сигналов, без потери точности измерений.
- Масштабируемость, количество устройств не зависит от общего алгоритма работы, а именно на протяжения всей трассы распространения сигналов допустимо разместить по портативному тестеру IIoT.
- Количество тестеров ограничивается только необходимой точностью оценки качества передачи в составе сети IIoT.
[1] Мезонинная плата, мезонин — плата, устанавливается в основную плату (носитель) и располагается параллельно плате-носителю.
Применение Тестера IIoT для оценки качества тракта передачи сетей IIoT
На рисунке (Рисунок 1) представлена структура распределенной системы оценки качества сетей IIoT состоящая из N штук портативных тестеров.
Техническое предложение базируется на испытаниях качества тракта передачи устройств IoT без использования специализированного анализатора сигналов (например, анализатора сигналов Keysight наименование N9020 MXA).
Основное назначение Тестера — это сбор данных по качеству сигнала передатчиков для планирования сети IIoT на объекте (производство, предприятие, подземный гараж, …).
Основные технические возможности:
- Автоматизированный сбор и обработка измеренных данных по качеству сигнала (испытание тракта передачи) в соответствии с требованиями стандартов LoRa и NB IoT [2,3] министерства связи [4];
- Основные измерения (Выходная мощность, Spectrum Mask, Качество модуляции, Мощность соседнего канала, Внеполосные излучения).
- Хранение результатов испытаний.
- Представление информации в вариантах, унифицированных для сертифицирующих организаций (например, ОАО «Связь-Сертификат»).
Достоинства:
- Минимальная цена по сравнению с любым анализатором сигналов, оценивающим качества тракта передачи.
- Оптимизация встроенной измерительной программы для оценки заданных параметров.
Недостатки:
- Оценка только тракта передачи.
- Необходимость использование проверенной измерительной антенны на специализированные диапазоны работы устройств IIoT.
Структурно-функциональная схема технического предложения
Описание технического предложения
Тестер IIoT представляет собой изделие в состав, которого должны входить:
- Базовая плата (носитель) тестера c преобразователями AC-DC и гальванически изолированным интерфейсом для 2-х плат мезонинов, управление на основе SoC (FPGA+HPS), ОЗУ, ПЗУ и FLASH(microSD);
- Измерительная антенна на диапазон работы устройств LoRa (LPWAN);
- Измерительная антенна на диапазон работы устройств NB-IoT;
- Плата мезонин №1 – Измерительная плата с унифицированным интерфейсом для управления 2-х канальным АЦП, схемой предусиления и разъемами для подключения измерительных антенн по коаксиальными кабелями;
- Плата мезонин №2 – плата с ПЛИС, ОЗУ, ПЗУ и FLASH;
- Кабель питания от сети переменного тока 220 В;
- Кабель настройки (кабель USB-B);
- Пластиковый бокс для РЭА.
Базовая плата (носитель) модуля должна обеспечивать преобразование питающего напряжения переменного тока/постоянного тока в линейку напряжений питания тестера, информационный обмен c ПК по интерфейсу USB, схему подключения разъемов стандарта FMC (для установки плат мезонинов №1, №2).
В таблице (Таблица 1) указаны дополнительные технические требования к базовой плате (носитель) модуля.
Таблица 1 – Основные технические требования к базовой плате Тестера IoT
| Параметр | Значение | Примечание |
| Интерфейс FMC | ||
| Количество интерфейсов | 3 | |
| Тип разъема FMC№1 | HPC | XS1(Мезонин №1) |
| Тип разъема FMC№2 | HPC | XS2(Мезонин №2) |
| Тип разъема FMC№3 | LPC | XS3(Мезонин №2) |
| ПЛИС (FPGA) | 200K LE, не менее | SoC (FPGA+HPS) |
| ОЗУ | 2 Gb | |
| ПЗУ | 15Kb | сервисная |
| micro SD | 16 Gb | Запись информации |
| Интерфейсы управления ФУ | ||
| Ethernet 100/1000 | 1 | |
| Micro USB | 1 | |
| Serial lite II | 8 | |
| SPI | 4 | |
| I2C | 2 | |
| GPIO | 24 | |
| Электропитание изделия | ||
| Напряжение, В | От 48 до 310 | Переменного/постоянного тока |
| Потребляемая мощность, Вт | 5, не более | |
| Габариты | ||
| ДхШхВ, мм | 180 х 240 х1.6 | Размеры ПП |
| Рабочая температура окружающей среды, град | От 0 до 35 | Температура внутри корпуса |
| Охлаждение | без принудительного воздушного охлаждения | |
Плата мезонин №1 должна устанавливаться в базовую плату (носитель) тестера IIoT и должна обеспечивать функционал в соответствии с таблицей (Таблица 2).
Выбраны основные комплектующие для обеспечения требуемых характеристик:
- Limiter , входная цепь должна быть реализована как single-stage limiter, основной элемент CLA4608, в соответствии с AN SKYWORKS[6] в указанном диапазоне частот.
- Preamp/LNA (Малошумящий усилитель) должен быть выбран в соответствии с указанным диапазоном частот, особенность NF не более 4 Дб.
- Mixer I/Q (Смеситель) должен быть выбран в соответствии с указанным диапазоном частот.
- Для обеспечения требований по обработке полосы анализируемого сигнала не хуже, чем 120 МГц выбран АЦП полное наименование ADC16DV160CILQ/NOPB.
- Подключение через буферный усилитель
Таблица 2 – Основные технические требования к плате мезонину №1
| Параметр | Значение | Примечание |
| Количество интерфейсов | 1 | |
| Тип разъема FMC№1 | HPC | XS1(Мезонин №1) |
| Количество аналоговых входов измерения | 2 | 2-х канальный АЦП |
| АЦП (ADC16DV160CILQ/NOPB , Texas Instrument) | ||
| Разрядность, бит | 16 | |
| Полоса пропускания, МГц | 120, не менее | |
| Динамический диапазон, Дб | 80, не менее | |
| Conversion Rate, MSPS | 150, не менее | |
| Интерфейс с базовой платой | LVDS/SPI | |
| Приемник (RX) | ||
| Разъем подключения к измерительной антенне | SMA1 — SMA2 — | |
| Центральная частота, МГц | 800 | |
| Полоса частот перестройки, ГГц | 1 | Тип измерительной антенны — Вивальди |
| Допустимая входная мощность, Дбм | +6, не более | На входе лимиттера |
| Коэффициент усиления, Дб | 12, не менее | |
| Точность коэффициента усиления, Дб | ± 2, не более | |
| Коэффициент шума, Дб | 4, не более | |
| Электропитание изделия | ||
| Напряжение питания, В | от 5 до 15 | Постоянный ток |
| Потребляемая мощность, Вт | 1,5, не более | |
| Габариты | ||
| ДхШхВ, мм | 160 х 100 х1.6 | Размеры ПП |
| Рабочая температура окружающей среды, град | От 0 до 35 | Температура внутри корпуса |
| Охлаждение | без принудительного воздушного охлаждения | |
Плата мезонин №2 должна устанавливаться в базовую плату (носитель) тестера IIoT и должна обеспечивать функционал в соответствии с таблицей (Таблица 3).
Таблица 3 – Основные технические требования к плате мезонину №2
| Параметр | Значение | Примечание |
| Интерфейс FMC | ||
| Количество интерфейсов | 2 | |
| Тип разъема FMC№2 | HPC | XS2(Мезонин №2) |
| Тип разъема FMC№3 | LPC | XS3(Мезонин №2) |
| ОЗУ | 6 Gb | DDR3 |
| Интерфейсы управления | — LVDS — Serial Lite II — SPI — I2C — GPIO 32 | |
| Электропитание изделия | ||
| Напряжение питания, В | от 5 до 15 | Постоянный ток |
| Потребляемая мощность, Вт | 1,5, не более | |
| Габариты | ||
| ДхШхВ, мм | 160 х 100 х1.6 | Размеры ПП |
| Рабочая температура окружающей среды, град | От 0 до 35 | Температура внутри корпуса |
| Охлаждение | без принудительного воздушного охлаждения | |
Выводы
Данная разработка имеет следующие преимущества:
- использование стандартизированной элементной баз комплектующих для оценки работы в разращённых диапазонах частот.
- на базе данного решения возможна оптимизация базовой платы и мезонинов 1,2 под применение унифицированных решений от сторонних производителей;
- в рамках развития линейки мезонинных модулей предусмотрена/остается возможность увеличения тестового диапазона;
- предлагается унифицированное решение для проверки передатчиков на соответствие требованиям [2,3,4]
- оптимальная стоимость технического решения в сравнении с затратами на сертификационные испытания.
Технические документы
- [1] – Datasheet ADC16DV160 Dual Channel, 16-Bit, 160 MSPS Analog-to-Digital Converter with DDR LVDS.
- [2] – Datasheet RN2483 Low-Power Long Range LoRa® Technology Transceiver Module.
- [3] — Datasheet Quectel BG96 NB-IoT.
- [4] — Приказ МКСвязи 128-2011
- [5] — ANSI/VITA 57.1 FPGA Mezzanine Card (FMC) Standard
- [6] – AN PIN Limiter Diodes in Receiver Protectors SKYWORKS