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1. dulos adquiridos y lo que se puede realizar con ayuda de los kits de herramientas virtuales Toolkits que a nivel de software extienden la capacidad propia del lenguaje de programaci n LabVIEW 123 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira proveyendo instrumentos virtuales VIs listos para su uso y ejecutando tareas apoyadas en el hardware o sin l Para el caso de la configuraci n tratada se destaca el Modulation Toolkit MT que provee VI s que desarrollan todo tipo de modulaciones an logas y digitales y el Spectral Measurement Toolkit SMT que incrementa las capacidades de an lisis y visualizaci n A El generador de se ales El generador de se ales cuya referencia comercial es NI PXle 5673 est formado a su vez por tres m dulos con funciones definidas e interconectados f sicamente Cada uno de los m dulos que lo conforman tiene tambi n su referencia que para el caso son NI PXIe 5450 generador de se al I Q in Phase amp Quadrature NI PXI 5652 generador de se al de RF y microondas con capacidad de modulaci n y NI PXIe 5611 modulador de se ales I Q El conjunto de m dulos interconectados f sicamente se muestra en la Fig 10 Estos tres m dulos interact an comandados por la programaci n establecida por el usuario por medio del uso de LabVIEW y los kits de herramientas virtuales disponibles Aunque cada m dulo cumple funciones espec ficas y en algunas aplic2. 3U 100mm x 160mm o 6U 233 33mm x 160mm U Unidad de rack 3 PXI est basado en CompactPCI cPCI que es el m s reciente est ndar para computadores industriales basados en PCI y sus aspectos mec nicos se encuentran establecidos por especificaciones Eurocard ANSI 310 C IEC 297 IEEE 1101 1 IEEE 1101 10 y P1101 11 Eurocard como formato est ndar para tarjetas de circuito impreso es quien establece el sub rack sub bastidor o chasis y la forma en que ste recibe las tarjetas o m dulos en sus ranuras vi ndose stas como libros en un estante que se deslizan hasta alinearse con la parte frontal En la parte trasera de las tarjetas se encuentra un conector que se adapta a un backplane plano trasero que es quien cierra el sub bastidor Eurocard no define el tipo de conector ni las se ales presentes en el plano trasero o en las tarjetas solo se encarga de especificar los aspectos mec nicos En la actualidad existe un consorcio internacional independiente denominado PXI System Alliance PXISA que se encarga de promover y mantener el est ndar y su especificaci n as como asegurar la compatibilidad entre los diversos fabricantes que aportan a ste sus desarrollos El crecimiento ha sido r pido desde la adopci n del est ndar y seg n la web de la organizaci n hoy se encuentran m s de 1150 productos PXI disponibles y m s de 56 compa as de todo el mundo son miembros de PXISA entre los que se destacan National
3. Instruments Pickering Gigatronics y muchas otras que enriquecen constantemente el est ndar con productos y plataformas orientadas a diversos campos como son las comunicaciones medidas basadas en equipos de c mputo ciencias de la vida an lisis qu mico automatizaci n y muchos otros La especificaci n PXI incluye descripci n de los m dulos especificaci n de hardware y de software Constantemente se est sometiendo a revisiones para hacerlo m s compatible con tecnolog as ya existentes y nuevos desarrollos 4 La plataforma PXI para prueba y medida debe ser entendida como un conjunto operacional en el que interact an los m dulos el chasis el controlador y el software A continuaci n se describen las generalidades de cada una de estas partes constitutivas A Los M dulos Estos son las tarjetas que ofrecen el hardware espec fico para la aplicaci n a desarrollar que se acomodan de forma deslizante en las ranuras del chasis dejando hacia la parte externa los conectores que corresponden a entradas y salidas dependiendo de cada m dulo El aspecto f sico de los m dulos se aprecia en la Fig 1 Mec nicamente los m dulos pueden obtenerse con factor de forma de 3U o 6U dependiendo de la plataforma a la que se vayan a asociar Actualmente se consiguen en el mercado m dulos con conectores que permiten su uso en chasis PXI y PXI express que es la ltima adici n tecnol gica a la plataforma y que ha supuesto mejoras en
4. National Instruments explica Para llevar a cabo esta acci n el Trigger Star est dise ado de tal manera que las longitudes de los cables que conectan la ranura controladora a cada una de las ranuras son id nticas El Trigger Star ha sido probado con se ales TTL de hasta 105MHz 10 El plano trasero aloja tambi n los conectores por medio de los cuales se integran los m dulos al bus A este punto debe recordarse que PXI es una tecnolog a basada en CompactPCI de quien adopt el conector de alta densidad de 2mm de paso que cumple con la norma IEC 1076 IEC International Electrotechnical Commission est ndar internacional y es fabricado por m ltiples proveedores incluyendo AMP Framatome Burndy y ERNI Con la llegada de la tecnolog a CompactPCI express base de PXI express se adoptaron algunos cambios en el conector del plano trasero y los m dulos Los primeros modelos de chasis express mantuvieron ranuras para compatibilidad con m dulos perif ricos PXI caracter stica conocida como LEGACY pero en la actualidad solo mantienen ranuras PXI express e h bridas Las ranuras PXI perif ricas h bridas que se muestran a continuaci n en la Fig 6 pueden aceptar m dulos perif ricos PXI Express tarjetas CompatPCI de 32 bits o m dulos PXI compatibles con ranura h brida 13 La configuraci n general de un plano trasero de un chasis PXI express actual puede verse en la Fig 7 Se aprecian 1 ranura para controlador
5. de observar los fen menos a ese nivel es lo que hace la diferencia en investigar con una plataforma modular de este tipo El gran ancho de banda asociado a su desempe o en prueba y medida su velocidad de respuesta y la posibilidad de desplegar diagramas para el an lisis de las se ales como el diagrama de ojo para observar interferencia inter simb lica y medir el desempe o de un enlace de comunicaciones en 3D llevan a este tipo de instrumentos a la gama de los vectoriales IV PROPUESTA DE APLICACI N Como se ha explicado antes el sistema de generaci n y an lisis puede utilizarse para caracterizar cualquiera de los est ndares de comunicaci n actuales En el campo acad mico esto resulta de gran utilidad con una herramienta de este tipo ya que su amplia versatilidad en visualizaci n permite la apropiaci n del conocimiento a un profundo nivel observando fen menos a alta frecuencia en espectro y tiempo Con los VI s de modulaci n que vienen listos con el MT es posible generar esquemas para transmitir informaci n al tenor de los est ndares y tecnolog as de la actualidad Desde este punto de vista resulta interesante proponer la generaci n y an lisis de una se al de televisi n digital terrestre m s exactamente la correspondiente al est ndar DVB T elegido por los entes encargados para el establecimiento del sistema en Colombia En t rminos globales con el generador de se ales se debe desarrollar el esquema de mod
6. embebido 8 ranuras h bridas 9 ranuras PXI express y 1 ranura para temporizaci n de sistema Una de las ranuras PXI express en este caso la 10 tiene una extensi n en el conector del backplane que permite su uso para temporizaci n de sistema System Timing Slot por lo que se tienen en total 121 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira 18 ranuras 3U en este chasis Esta temporizaci n de sistema se describir m s adelante Siguiendo con este plano trasero que resulta de los m s actuales y corresponde al adquirido por la instituci n referida por lo que se tomar de ejemplo para el contenido del presente se observa claramente en el diagrama cuatro conmutadores PCI express para suministrar el ancho de banda adecuado a cada ranura y dos puentes para el soporte PCI express a PCI necesario para atender los dispositivos vinculados a esas ranuras que son compatibles con perif ricos PXI Debe recordarse que PXI es basado en CompactPCI que a su vez no es m s que la versi n industrial de PCI con la notable diferencia de permitir m s n mero de ranuras de expansi n compatible desde el punto de vista el ctrico y a nivel de protocolos con su auspiciador Para comprender mejor el significado de las especificaciones x1 y x4 se cita al fabricante National Instruments que de forma muy clara explica en su web Con PCI Express los datos son enviados de manera serial a trav
7. real a diferencia de uno de prop sito general multitarea como Windows o MAC OS est dise ado t picamente para atender una sola tarea con alta confiabilidad y precisi n 21 Como se habr podido notar por la lectura la herramienta adquirida no se comporta conceptualmente como los cl sicos instrumentos de medida su car cter modular la vuelve muy flexible y vers til pero para su correcta utilizaci n es necesario comprenderla como una completa plataforma de desarrollo en la que se requieren conocimientos tanto de hardware como de software Este es el reto de los investigadores de GIACUC el grupo de investigaciones en automatizaci n y comunicaciones del programa de ingenier a electr nica de la CUC pues sin el conocimiento exacto del funcionamiento conjunto de la plataforma sta se convierte en un obst culo para el desarrollo de las m s sencillas operaciones dando al traste con la intenci n final asociada a su adquisici n que es facilitar la ejecuci n de pruebas y medidas de la forma m s automatizada posible IIl GENERADOR Y ANALIZADOR DE SE ALES La configuraci n con que se cuenta en la CUC permite la generaci n y an lisis de se ales de RF hasta 6 6 GHz esto hace muy til al equipo para la caracterizaci n de los sistemas de comunicaciones actuales e introduce al investigador al campo del dise o desarrollo y expansi n de est ndares de la rama A continuaci n se presenta la descripci n t cnica de los m
8. se utiliz una secuencia pseudo aleatoria de bits de orden 16 con filtro de coseno alzado y potencia de RF de 5 dB Para la visualizaci n se utiliz un trazador virtual que admite eliminar las l neas correspondientes a las transiciones de s mbolo a s mbolo permitiendo observar mejor el fen meno NI PXle 5450 Fig 11 Diagrama de bloques del NI PXIe 5673 23 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira 124 Algunos VIs del MT permiten la inclusi n de deficiencias en la se al modulada para verificar el comportamiento de la misma y permitir la comprobaci n te rica De la ltima versi n del MT resaltan los siguientes MT Add AWGN este VI genera ruido blanco Gaussiano aditivo complejo de media cero AWGN y lo suma a la forma de onda modulada entregando la forma de onda de la se al m s ruido con Eb NO especificada por el usuario MT Add MultiTone genera m ltiples tonos y los suma a la forma de onda modulada entregando la forma de onda de la se al m s los tonos MT Apply Fading Profile aplica un perfil de Rice o Rayleigh para desvanecer la forma de onda modulada MT Apply I Q Impairments aplica varias deficiencias I Q a la forma de onda modulada incluyendo DC offset desequilibrio de ganancia IQ inclinaci n de cuadratura y desplazamiento de frecuencias Las se ales generadas pueden ser radiadas con antenas o guiadas por medio de conductores especiales mini coaxia
9. APTER Fig 16 Diagrama de bloques funcionales de un sistema DVB T Para lograr generar una se al estandarizada como DVB T es necesario cumplir con los procedimientos anteriormente mencionados 26 Con ayuda del MT y sus instrumentos virtuales es posible estandarizar la se al mediante el uso del generador NI PXIe 5773 para realizar la modulaci n final y el esquema OFDM El primer procedimiento descrito busca que las caracter sticas de la informaci n se conviertan en totalmente aleatorias mediante la realizaci n de una suma or exclusiva de los bits de la trama MPEG 2 con una secuencia pseudo aleatoria de bits definida en la especificaci n Para esta operaci n las herramientas de LabVIEW pueden ser de mucha ayuda habi ndose combinado previamente con el software apropiado para la captura de las tramas La codificaci n Reed Solomon RS busca permitir la correcci n de datos alterados en el receptor como lo establece el est ndar 27 En este sentido el MT ofrece el VI MT Reed Solomon Encoder que entrega una cadena de bits codificada simplemente partiendo de una cadena de entrada Aqu la importancia de contar con el MT pues los VI S ya vienen listos y es solo cuesti n de combinarlos de la forma adecuada en este caso la especificada por el est ndar El entrelazado convolucional finalmente lo que busca es que en caso de desvanecimiento los errores se dispersen en m ltiples paquetes atenuando su efecto y llev ndo
10. PXISA WWW pXISa Org 2011 http www pxisa org PXI 20Express 20Specificatio n 20Tutorial pdf ltimo acceso 20 de Abril de 2011 15 National Instruments www ni com 2011 http zone ni com devzone cda tut p 1d 11482 ltimo acceso 20 de Abril de 2011 16 National Instruments www n1 com http sie n1 com ds app doc pAd ds 335 lang es ltimo acceso 20 de Abril de 2011 17 GEOTEST WWwWw geotestinc com 2011 http www geotestinc com magepreview aspx p1d 7 16 amp size lg amp img GX7944 jpg amp model GX7944 ltimo acceso 20 de Abril de 2011 18 PXISA WWW pxisa org 2011 http www pxisa org Spec PXISWSPEC_R2DOT3 pd f ltimo acceso 2 de Mayo de 2011 19 National Instruments www ni com 2011 http sme n com np app mam p ap global lang es pg 1 sn n24 PXI FSLASH CompactPCI fmid 358 ltimo acceso 2 de Abril de 2011 20 National Instruments labviewrealtime com 27 de Abril de 2010 http NAabviewrealtime com ltimo acceso 2 de Mayo de 2011 21 Tanenbaum Andrew S Sistemas modernos M xico Prentice Hall 2003 22 National Instruments www ni com 2011 http sine n1 com gallery app ul page nodeld 207905 Sam Title NI 20PXIe 5673E8mGallery set_pxie 5673e ltimo acceso 20 de Abril de 2011 23 National Instruments www ni com 2011 http www n1 com pdf products us cat_PXle_5673 pd f ltimo acceso 20 de Abril de 2011 24 National Instrum
11. Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de A o 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira ISSN 0122 1701 118 Plataforma NI PXI para pruebas y medidas en RF hasta 6 6 GHz acercamiento inicial Farid Mel ndez Pertuz Ingenier a electr nica Corporaci n Universitaria de la Costa Barranquilla Colombia fmelendelfcuc edu co faridmelendezplegmail com Resumen El presente muestra la descripci n t cnica de la plataforma NI PXI para pruebas y medidas automatizadas deteni ndose en el an lisis de la configuraci n de generador y analizador vectorial de se ales adquirida por la Corporaci n Universitaria de la Costa CUC como punto de partida que propicie un acercamiento de la comunidad acad mica al complejo equipo A primeras puede parecer sencillo operar un instrumento para generar se ales y su posterior an lisis pero a medida que se avanza en la lectura es notoria la complejidad asociada al mismo por ser un conjunto que opera a nivel de software y hardware si se quiere Se presenta la descripci n de forma que pueda ser entendida por lectores no tan avezados en la tem tica de las comunicaciones entendiendo que la plataforma puede ser asociada a cualquier otro campo de la investigaci n Se ales Palabras claves Est ndar Modulaci n Investigaci n Prueba Medida Abstract This shows the technical description of the NI PXI platform for automated test and measurement stopping on the analysis of the configuratio
12. aciones puede que se requiera su uso de manera aislada el sistema puede visualizarlos como un conjunto generador gracias a la ayuda que presta el programa de configuraci n de hardware de National Instruments Measurement and Automation Explorer MAX Es en esta herramienta de configuraci n en donde una vez detectado el chasis y los m dulos conectados se asocian entre s por medio del acceso a las propiedades del modulador de se ales 1 Q NI PXle 5611 Al ingresar a este apartado la interfaz genera la opci n de asociar a ste un generador de forma de onda arbitraria AWG para lo cual se debe seleccionar el m dulo NI PXIe 5450 y la opci n de asociar un oscilador local LO en donde se debe seleccionar el m dulo NI PXI 5652 De esta manera se ha configurado el conjunto generador de se ales formado por los tres m dulos anteriormente relacionados Esta parte no reviste la m s m nima dificultad y el MAX es totalmente amigable en este sentido La arquitectura de esta configuraci n define que en el generador de se ales I Q se forma la se al bandabase a transmitir con tasas de hasta 200 millones de muestras por segundo MS s el generador de se ales de RF entrega la portadora en frecuencias de hasta 6 6 GHz y el modulador de se ales 1 Q se encarga de hacer la modulaci n an loga o digital de acuerdo a lo establecido en el programa que se est ejecutando Todo este hardware es totalmente configurable y sus par metros son f
13. ampo pues el compromiso con la sociedad es impactar positivamente contribuyendo de alguna manera a mejorar su calidad de vida Aunque actualmente la plataforma se encuentra orientada a las comunicaciones el car cter modular de la misma permite su incorporaci n a cualquier otro campo de la investigaci n El presente cobra importancia en la medida en que se entienda que el instrumento adquirido no es de conecte y selo o lea la gu a del usuario lejos de eso es un complejo conjunto de componentes que van a interactuar de la forma deseada siempre que se tenga claro el concepto de cada una de sus partes constitutivas No existe un manual que describa la operaci n del conjunto aunque s se suministran ejemplos a nivel de software para ejecuci n de algunas funciones b sicas en este caso de los procesos de las comunicaciones que resultan de suma utilidad y que combinados pueden facilitar la realizaci n de operaciones m s avanzadas IL DESCRIPCI N DE LA PLATAFORMA Y SU ESTANDARIZACI N La sigla PXI hace referencia a PCI eXtensions for Instrumentation PCI Peripheral Component Interface que es un est ndar introducido en 1998 desarrollado por National Instruments esencialmente para pruebas y medidas automatizadas implementado en una robusta plataforma modular De esta manera el est ndar resulta muy vers til y abierto a recibir m dulos de m ltiples fabricantes en las carcasas asociadas en factor de forma de
14. ancho de banda y caracter sticas de tiempo y sincronizaci n M s adelante se aclarar mejor este punto En la parte delantera inferior de los m dulos se encuentra una manija que sirve para eyecci n e inserci n de los mismos definida por el est ndar IEEE 1101 10 La Fig 2 muestra la forma f sica de un m dulo PXI 3U y la variaci n del conector para el paso a tecnolog a express Las primeras especificaciones del est ndar establec an dos conectores Jl y J2 para ranuras PXI perif ricas pero posteriores revisiones determinaron el cambio a tecnolog a PXI express mediante la inclusi n de un conector m s peque o como reemplazo al J2 tradicional llamado eHM express Hard Metric y la creaci n de una ranura para m dulos conocida como h brida La adopci n de esta tecnolog a ha permitido la integraci n de se ales PCI express al bus PXI lo cual trajo de la mano el sustancial aumento del ancho de banda del plano trasero de la plataforma de los pasados 132 Mbps a 6 Gbps 7 00 00 00 00 bu Fig 1 M dulos PXI 5 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira 120 Term gt Fig 2 Modificaci n del conector de un M dulo PXI basado en PCI para compatibilidad con ranura h brida 6 Fabricantes como National Instruments garantizan a sus consumidores que se mantendr a n la plataforma PXI tradicional y que se seguir invirtiendo en el desarrol
15. asa de errores de bit BER desplazamiento DC magnitud del error error de fase magnitud del vector error EVM y la relaci n de error de modulaci n MER para una se al demodulada Para verificar la funcionalidad del instrumento y su visualizaci n se produjo un barrido de frecuencia con ayuda del generador de se ales y apoyado en un VI ejemplo suministrado por el fabricante en que una se al de 20 dB recorre un rango de frecuencias de 990 MHz a 1 05 GHz Para este prop sito el VI sugiere la utilizaci n de un n mero determinado de pasos y se permite asignarle un tiempo de duraci n a cada uno de ellos de esta manera se tiene control sobre la duraci n total del barrido completo La Fig 15 muestra la secuencia del recorrido de la se al en el espectro desde el momento inicial al llegar a la mitad del recorrido y al momento final Para expandir la capacidad de an lisis del instrumento el fabricante National Instruments suministra el kit de herramientas virtuales SMT que en combinaci n con el NI PXIe 5663 permite la visualizaci n de espectrogramas en 3D ofreciendo funciones de medidas espectrales comunes como potencia en banda y potencia de canal adyacente 125 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira NI PXle 5601 NI PXI 5652 Fig 13 Diagrama de bloques del NI PXIe 5663 24 jo 1030 ojo Fig 14 Analizador de se ales NI PXIe 5663 25 La posibilidad
16. cilmente modificables gracias a lo amigable de la interfaz gr fica que provee el entorno de programaci n LabVIEW Es posible variar la tasa de muestras por segundo de la se al 1 Q la frecuencia de la portadora y el tipo de modulaci n a realizar con simples clic del mouse La arquitectura anteriormente descrita es coherente con el diagrama de bloques mostrado en la Fig 11 O ajoe 510 M5 Fig 10 Generador de se ales NI PXle 5673 22 El rango de operaci n de este generador es de 85 MHz hasta 6 6 GHz con un ancho de banda que puede superar los 100 MHz y potencia de RF de hasta 10 dBm Sus caracter sticas resultan sumamente amplias si se compara con sus equivalentes en la instrumentaci n tradicional Al combinarse con el MT este generador es capaz de desarrollar los esquemas de modulaci n AM FM CPM ASK FSK MSK PSK QAM 4 16 64 and 236 y ajustado con el software est ndar espec fico puede generar las se ales de GPS GSM EDGE WCDMA WLAN WiMAX pDVB C H T ISDB T ZigBee y otros est ndares de comunicaci n actuales A partir de la comprensi n de la arquitectura y sus ventajas el sistema completo ofrece facilidades en la generaci n de cualquier esquema de modulaci n para el investigador permitiendo visualizar de mejor manera los fen menos y lograr la aprehensi n del conocimiento al m s alto nivel La Fig 12 muestra la constelaci n para una modulaci n 16 QPSK realizada con el instrumento Como mensaje
17. de aplicaciones est ndares en la industria tales como NI LabVIEW LabWindows M CVI y Measurement Studio de National Instruments Visual Basic y Visual C C de Microsoft y ATEasy de Geotest Marvin Test Systems Inc 18 Por medio de la interfaz de programaci n se configura el hardware asociado para desarrollar la funci n requerida En cuanto a sistema operativo es posible que se pueda ejecutar una opci n de tiempo real El fabricante National Instruments en su web explica Como una alternativa a sistemas basados en Windows usted puede utilizar una arquitectura de software en tiempo real para aplicaciones de tiempo cr tico que requieren velocidad determinista y operaci n sin interfaz sin teclado mouse o monitor Los sistemas operativos en tiempo real le ayudan a priorizar tareas para que las tareas m s cr ticas siempre tomen control del procesador cuando sea necesario Con esta caracter stica usted puede programar una aplicaci n con resultados predecibles y fluctuaci n reducida 19 Este fabricante ofrece la suite denominada LabVIEW Real Time que permite a los usuarios crear sistemas robustos en tiempo real capaces de resolver una amplia variedad de problemas en actividades industriales control cient fico y supervisi n por su excelente velocidad de respuesta a las interrupciones con bajas latencias brindando altos niveles de precisi n y sincronizaci n al sistema en ejecuci n 20 Un sistema operativo en tiempo
18. ents www ni com 2011 http www n1 com pdf products us cat_PXle_5663 pd f ltimo acceso 20 de Abril de 2011 25 National Instruments www ni com 2011 http sine n1 com nips cds pages image 1magepath 1 mages products us px1ie 5663e_1 pgStitle NI 20PXIe 5663E4oracleLang esa ltimo acceso 20 de Abril de 2011 26 ETSI www etsi org Enero de 2009 http www ets1 org deliver ets1_en 300700_300799 30 0744 01 06 01_60 en_300744v010601p pdf ltimo acceso 15 de Mayo de 2011 27 Wolfgang Rankl Wolfgang Effing Smart card handbook Singapur Wiley 2010 28 Benoit Herv Digital television MPEG 1 MPEG 2 and principles of the DVB system Oxford Focal Press 2002 2011 Operativos
19. erramientas virtuales con que se cuenta La escalabilidad que garantizan los fabricantes y que se deduce por las amplias caracter sticas y rangos de generaci n y an lisis hacen suponer que ser un equipo vigente por mucho tiempo y para futuras generaciones de tecnolog as La propuesta de an lisis planteada busca incentivar la apropiaci n de conocimientos a ese nivel y el desarrollo del esquema OFDM es un reto trazado a los investigadores aunque en la web se consiguen avances previos de VI s que pueden servir de base A nivel acad mico como soporte a programas de especializaci n y maestr a resulta ideal el equipo por el nivel de desarrollo que permite para el planteamiento de interesantes y hasta revolucionarios proyectos de grado que justifiquen su adquisici n por el esfuerzo que a nivel econ mico esto representa aspecto que en el contexto local y regional no se puede desconocer REFERENCIAS 1 Catalinas E Q Sistemas operativos y lenguajes de programaci n Primera Madrid Paraninfo 2003 2 Choe T C Hong J Park y T Yoon Implementation of a time frequency domain reflectometry system with PXI platform for a coaxial cable fault location Instrumentation and Measurement Technology Conference 2004 3 PXISA www pxisa org Septiembre de 2004 http www pxisa org Spec PXIHWSPEC22 pdf ltimo acceso 15 de Marzo de 2011 4 PXISA www pxisa org 2011 http www pxisa org index htm ltimo acce
20. esquema de modulaci n utilizado es la facilidad que ofrecen los VI s anteriormente descritos para ingresarle deficiencias al sistema Esto permite modelar tipos de canal como por ejemplo con desvanecimiento de Rayleigh o Rice y mediante el analizador se puede visualizar el comportamiento real de la se al Esto puede resultar de mucha utilidad en estos momentos en que el sistema a n no ha entrado en funcionamiento y no se descarta la aparici n de fen menos que puedan resultar de dif cil interpretaci n Surge una pregunta c mo se sabr si la se al generada es la estandarizada DVB T Existe suficiente informaci n sobre la forma de onda y su visualizaci n lo que se ejecutar con el analizador apoyado en el SMT pero sin lugar a dudas la prueba final ser ver el video que se quiera transmitir en un receptor cuyo sintonizador sea estandarizado DVB T V CONCLUSIONES La plataforma descrita para pruebas y medidas puede llevar al programa de ingenier a electr nica de cualquier instituci n que la posea a hacer significativos aportes a cualquier rama de la investigaci n En cuanto a las comunicaciones es posible hacer propuestas de variaci n de par metros de est ndares habiendo recorrido el previo camino de la caracterizaci n de algunos de los ya existentes para familiarizarse con el entorno de 127 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira programaci n y los kits de h
21. fferential Star z Triggers l po PXI Trigger Bus 8 TTL Triggers Fig 5 Buses de temporizaci n y disparo PXI Express 12 C El Controlador Los chasis PXI por lo general cuentan con una ranura para controlador de sistema embebido esta es la ranura que se encuentra m s a la izquierda y diversos fabricantes ofrecen controladores que permiten hacer al sistema m s manejable en caso de transporte reduci ndolo todo a un solo paquete Aparte de esta opci n tambi n se puede controlar el sistema por PC externa o PC port til dependiendo de las necesidades del usuario Un controlador embebido integra todo los componentes est ndar de un computador en un solo m dulo acomodable en el chasis ofreciendo todas las prestaciones que un PC de escritorio o port til esto es salida de video puertos USB Ethernet teclado mouse y todo aquello con lo que se puede contar en un PC normal Generalmente tambi n permite la instalaci n de sistema operativo Microsoft Windows en sus ltimas versiones o sistemas en tiempo real ofrecidos por algunos desarrolladores como LabVIEW Real Time de National Instruments La Fig 8 muestra un controlador embebido para PXI del fabricante GEOTEST En la Fig 7 se aprecia que la ranura para el controlador de sistema ranura 1 es quien suministra el ancho de banda para cada uno de los conmutadores PCle que seg n especificaci n CompactPCI es de 1GBps por conmutador Estos kits de interfaz e
22. ha de Aceptaci n 26 de Abril de 2012 de c mputo permiten la verificaci n experimental de todo tipo de variables con interfaces gr ficas propias de los sistemas operativos actuales y lenguajes de programaci n de alto nivel para hacer funcionar el hardware asociado que permiten el acercamiento al fen meno a medir o comprobar sin la complejidad asociada a la proximidad al concepto ejecutorio del n cleo de procesamiento de la m quina computacional como ocurrir a en caso de utilizarse lenguajes de bajo nivel 1 A nivel acad mico estas plataformas de medida han permitido la caracterizaci n de todo tipo de se ales presentes en sistemas comerciales de variados campos automatizaci n control comunicaciones bioingenier a llevando a los investigadores a hacer significativos aportes como expansi n de par metros de est ndares o prototipos flexibles dada la facilidad de cambios de configuraci n y desempe o por la utilizaci n de amigables interfaces gr ficas En el dise o tambi n se han conseguido valiosos avances por parte de la academia teni ndose informes de soluciones a problemas de la industria apoyados en estas plataformas y desarrolladas en los laboratorios de prestigiosas universidades de todo el mundo 2 En Colombia a nivel educativo es poco lo que se ha podido avanzar en este campo debido a la escasez de equipos de este nivel dado lo costosa que resulta su adquisici n Los laboratorios de la mayor a de la
23. isparo La Fig 3 muestra tres ejemplos de planos traseros para plataformas PXI En el plano trasero se encuentran el bus PCI un reloj de referencia de sistema dedicado de 10 MHz un bus de disparo PXI un bus Star Trigger y un bus local encargado de la interconexi n de todas las ranuras cumpliendo funciones de temporizaci n sincronizaci n y comunicaci n En el diagrama de bloques de la Fig 4 se aprecia esta configuraci n A mam J i paii ij Fig 3 Planos traseros para plataformas PXI 8 Star Trigger Bus LUU Module Star Trigger Controller g2 Se 25S oO lt 132 Mbytes s 33 MHz 32 bit PCI Bus gt lt PXI Trigger Bus D Fig 4 Buses de Temporizaci n y Disparo PXI 11 El advenimiento de PXI express trajo de la mano la utilizaci n de un reloj de sistema diferencial de 100 MHz se alizaci n diferencial y se al diferencial Star Trigger La se al Star Trigger PXI DSTAR agrega alto desempe o a la sincronizaci n tambi n puede hacerse con el bus Trigger tradicional garantizando un retardo de propagaci n no mayor de 5 nanosegundos ns y retardo inter modular inferior a 1 ns El diagrama de bloques de esta configuraci n puede observarse en la Fig 5 La utilizaci n de se ales diferenciales trae como ventaja principal la alta inmunidad al ruido y a interferencias electromagn ticas lo cual facilita la transmisi n de datos a m s alta velocidad 9 El fabricante miembro de PXISA
24. ital de 16 bits que recibe la se al de frecuencia intermedia y la digitaliza a 16 bits con tasa de muestreo de 150 MS s De igual forma el programa MAX permite la asociaci n de los m dulos para formar el conjunto analizador mediante el ingreso al apartado de propiedades del m dulo NI PXlIe 5601 en donde se deben asignar como digitalizador el NI PXIe 5622 y como LO el NI PXI 5652 De esta manera las tres tarjetas arriba referenciadas ahora son visualizadas por el sistema como un conjunto analizador de se ales La arquitectura del instrumento conjunto se muestra en el diagrama de bloques de la Fig 13 Los m dulos interconectados f sicamente formando el analizador de se ales NI PXle 5663 se muestran en la Fig 14 A nivel de usuario e interfaz gr fica este instrumento ofrece un panel frontal de un analizador de espectro totalmente amigable NI REFSA Soft Front Panel que permite visualizar se ales en espectro y a nivel de constelaciones para el caso de las modulaciones permitiendo realizar variaciones de la tasa de muestreo y escalas de los ejes X y Y para mostrar potencia vs tiempo amplitud vs tiempo I vs Q e IQ vs tiempo El rango de operaci n de este instrumento es de 10 MHz a 6 6 GHz con un ancho de banda instant neo de 50 MHz Combinado con el MT el sistema es capaz de permitir medidas en varios esquemas de modulaci n tales como AM FM ASK FSK PSK CPM MSK y QAM entregando con gran exactitud valores como la t
25. l SMA SMA como en este caso al analizador tambi n presente en el mismo chasis pero a distancia de 20 cms de separaci n A estas alturas debe recordarse que en el caso de la configuraci n que ocupa el objetivo del presente se cuenta en el mismo sub bastidor con los dos instrumentos el de prueba para generar las se ales y el de medida que permite el an lisis de las mismas a n no descrito B El Analizador de se ales Las se ales generadas por el NI PXI 5673 con sus amplios rangos de operaci n y caracter sticas avanzadas resultan dif ciles de detectar por instrumentos cl sicos Se ales del orden de los GHz y con amplios anchos de banda no resultan de f cil visualizaci n con herramientas que no est n apoyadas en equipos de c mputo La visualizaci n y el an lisis que permite el NI PXI 5663 analizador de se ales lo sit an en el mercado como uno de los m s avanzados instrumentos para este tipo de funciones y con grandes expectativas de escalabilidad lo que supone que ser compatible con futuros desarrollos y esquemas de modulaci n utilizados por tecnolog as emergentes Fig 12 Constelaci n para modulaci n 16QPSK Al igual que el generador ste tambi n est formado por tres m dulos que operan de manera conjunta NI PXIe 5601 que recibe la se al modulada y la lleva a frecuencia intermedia sintonizado por NI PXI 5652 generador de se al de RF y microondas y NI PXIe 5622 convertidor an logo a dig
26. lo de nuevos productos para desarrollo de aplicaciones futuras Tambi n es posible el cambio de conector J2 por eHM los fabricantes ofrecen este servicio y aunque algunos fabricantes aseguren que en la mayor a de los casos resulta innecesario pues se dice que en el proceso de fabricaci n de los chasis PXI express actuales a n se mantienen ranuras PXI perif ricas compatibles con el conector J2 esto no resulta tan acertado pues se observa que en ltimos modelos como el chasis PXIe 1075 no se conservaron ranuras compatibles con J2 y hacen obligatorio el cambio al conector eHM Actualmente se ofrecen en el mercado por parte de los miembros de PXISA m dulos para diversas aplicaciones entre las que se destacan procesamiento digital de se ales adquisici n de im genes entradas y salidas an logas conmutaci n generaci n de se ales an lisis de se ales y muchas m s que permiten ampliar el campo de acci n del est ndar y sus plataformas B El Chasis El sub bastidor o chasis es parte fundamental del sistema puesto que aloja los m dulos y el plano trasero que conforman el hardware de la plataforma y responde a las especificaciones Eurocard antes mencionadas El plano trasero es la tarjeta que aloja los conectores donde se acoplar n los m dulos al ser deslizados hasta el final en las ranuras de ampliaci n del sub bastidor e incluye seg n la especificaci n y tecnolog a el bus PCI as como buses de temporizaci n y d
27. los a niveles que permitan que los mecanismos de correcci n de errores como RS puedan ser capaces de recuperar la informaci n 28 Para este prop sito el MT propone VI s que desarrollan el entrelazado convolucional y por bloques de la misma forma que ofrece un VI gen rico para el ordenamiento de los bits o s mbolos como requiera el investigador El est ndar propone la inserci n de una segunda codificaci n convolucional para correcci n de errores para lo que el MT propone el VI MT Convolutional Encoder que genera una cadena de bits codificada a partir de una tasa de datos espec fica O definida por el usuario Para la transmisi n en OFDM Multiplexaci n por Divisi n de Frecuencias Ortogonales los bits deben ser mapeados a s mbolos complejos IQ con las respectivas variaciones de fase y amplitud que se decidan en la modulaci n El MT ofrece VI s de mapeo para QAM y PSK OFDM es una t cnica de multiplexaci n de portadoras moduladas que seg n el est ndar DVB T opera en dos modos modo 2K 1704 portadoras y modo 8K 6816 portadoras moduladas 26 Este complejo esquema de modulaci n requiere m s desarrollo pues el MT ofrece todos los VI s para su ejecuci n pero es necesario valorar muchos factores teniendo en cuenta la gran cantidad de portadoras en los dos modos de Operaci n Lo m s interesante de generar esta se al estandarizada aparte del conocimiento que se obtendr por el alto nivel de complejidad del
28. n los dos casos anteriores b sicamente constan de una tarjeta que se aloja en la ranura 1 del chasis donde tambi n se puede instalar el controlador embebido y otra tarjeta para el PC para el caso de PXI express conectada al bus PCI express interconectando chasis y PC o port til Para este ltimo caso se cuenta con tarjetas que conectan al bus PCI del sistema utilizando tecnolog a PCMCIA Card Bus Para la conexi n f sica entre las dos entidades se utiliza un cable interfaz conocido como MXI express Hybrid Slot Compatible PXI Module PXI Express 32 bit CompactPCI Peripheral Module Module Fig 6 Una ranura PXI express h brida acepta m dulos PX express perif ricos tarjetas CompactPCI de 32 bits y m dulos PXI compatibles con ranura h brida 14 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira 122 PCle 8 Switch 1 4 OO OOOO Oo Link 4 PCile 8 Switch 3 i PCle PCI Bridge D UD Oo lt O p 0 XL LDPO Fig 7 Plano trasero del chasis PXIe 1075 16 Fig 8 Controlador embebido para PXI del fabricante GEOTEST 17 D El Software Por estar basado en la tecnolog a del bus PCI PXI es totalmente compatible con sistemas operativos Windows en sus ltimas versiones esto se corrobora en su ltima especificaci n de software lo que lo hace totalmente compatible con interfaces de programaci n
29. n of the generator and vector signal analyzer purchased by the Corporaci n Universitaria de la Costa CUC as starting point foster an academic community approach to the complex equipment At first it may seem simple to operate a tool for generating signals and further analysis but as you progress in reading it is obvious complexity associated with it being a set that operates at the level of software and hardware if you will Descriptions are given so that it can be understood by readers not as savvy on the subject of communications meaning that the platform can be associated with any other field of research Keywords Standard Modulation Signals Research Test Measure L INTRODUCCI N El desarrollo cient fico de la sociedad actual y el ritmo vertiginoso que se ha impuesto en los avances tecnol gicos destac ndose el campo de las comunicaciones en gran parte ha sido consecuencia del progreso de la instrumentaci n de medida que ha permitido visualizar de mejor manera los fen menos a todo nivel llevando a los ingenieros a acceder de forma clara y precisa a la comprobaci n te rica que ha permitido dar los saltos conceptuales que se reflejan en los productos ofrecidos en el campo hoy d a que para generaciones pasadas resultaban impensables En este panorama de furor tecnol gico resalta la aparici n de plataformas para pruebas y medidas automatizadas que asociadas a equipos Fecha de Recepci n 26 de Agosto de 2011 Fec
30. ra el caso espec fico de transmisi n terrestre los c digos de detecci n y correcci n de errores y los mecanismos de acceso condicional que permiten dado el caso controlar el acceso de los usuarios s lo a los canales que tengan contratados 26 Seg n la especificaci n ETSI a la secuencia de datos MPEG 2 es necesario aplicarle los siguientes procesos e Adaptaci n de la trama transporte y aleatorizaci n para dispersi n de la energ a e Codificaci n exterior c digo Reed Solomon e Entrelazado exterior entrelazado convolucional e Codificaci n interior c digo convolucional perforado e Entrelazado interior ya sea nativo o en profundidad e Mapeo y modulaci n e Transmisi n por Division Multiplexing OFDM Orthogonal Frequency Fig 15 Barrido de frecuencia utilizando NI RESA Soft Front Panel para visualizaci n Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira 126 MUX adaptation Energy dispersal Encoder _f r l ia i a PQ e e a Encoder Puri MP EG 2 source coding and multiplexing i E Inner Frame E interleaver As adaptation aos Pilots amp TPS signals MUX E i adaptation i i Energy E H Jgisgeersal_ i Outer Outer Inner coder interleaver coder Inner coder i H i E Outer 4 coder Z Outer interleaver r i A a al To aerialf p Guard interval insertion TERRESTRIAL CHANNEL AD
31. s de pares de conexiones de transmisi n y recepci n llamadas l neas la cuales permiten la transferencia de datos a 250 MB s por direcci n Se pueden agrupar m ltiples l neas juntas en enlaces x1 por uno x2 x4 x8 x12 x16 y x32 para aumentar el ancho de banda de la ranura Por ejemplo una ranura x16 podr a tener ancho de banda de 4 GB s por direcci n 250 MB s 16 7 De esta manera se observa que este chasis dedica 4 GBps para atender las 17 ranuras PXI express e h bridas y por medio de los puentes PClIe PCT puede atender las necesidades de 8 perif ricos PXI a su m xima velocidad de transmisi n seg n especificaci n CompactPCI o sea 132 MBps en bus de 32 bits que como se vio anteriormente es el ancho de bus de los perif ricos que se podr an conectar a una ranura h brida En una ranura para temporizaci n se puede conectar un m dulo que mejora la capacidad de sincronizaci n del sistema generando y encaminando se ales de tiempo y disparo a los dispositivos en el chasis a la vez que permite exportar stas a otros chasis PXI Multichassis Synchronization Puede incluir relojes de referencia de alta estabilidad y permite aprovechar al m ximo las capacidades de los buses Trigger y Star Trigger de la plataforma 100 MHz Differential CLK SYNC100 CLK Y 2 5 2 3 e E 2 z SES 2E A 2 Sot Sss Less ciezs 34 fi lzl des Log EFS RES TE gt lt x E a a Di
32. s universidades mantienen su instrumentaci n f sica convencional que aunque v lida a n hoy d a limita el avance en investigaci n pues en el caso de las comunicaciones para citar un ejemplo con equipos de prueba y medida avanzada se pueden generar se ales de altas frecuencias ni siquiera detectables por muchos de los instrumentos de uso com n en la academia local Para empezar a superar este rezago tecnol gico el programa de Ingenier a Electr nica de la Corporaci n Universitaria de la Costa CUC adquiri en el a o inmediatamente anterior una de estas avanzadas plataformas de instrumentaci n para pruebas y medidas del fabricante National Instruments la PXI La plataforma obtenida por la CUC est orientada por los m dulos asociados al campo de las comunicaciones robusta en cuanto a generaci n y an lisis de se ales con un amplio rango de operaci n y medida Con esta adquisici n la CUC entra a figurar en el panorama nacional entre las pocas instituciones que cuentan en sus laboratorios con una herramienta de este tipo y los investigadores del programa de ingenier a electr nica deben prepararse en la puesta en marcha de la misma y el inicio de sencillos proyectos de 119 Scientia et Technica A o XVII No 50 Abril de 2012 Universidad Tecnol gica de Pereira generaci n y an lisis de se ales que sean el punto de partida en cuanto a su utilizaci n para llegar a la realizaci n de significativos aportes al c
33. so 15 de Marzo de 2011 5 National Instruments www ni com 2011 http sine ni com nips cds view p lang es nid 203217 ltimo acceso 1 de Marzo de 2011 6 National Instruments www ni com 2011 http zone ni com devzone jsp largeImage jsp imagen ame cms images devzone tut a 3cf1dcae1775 gif amp la nguage es ltimo acceso 1 de Marzo de 2011 7 PCI Industrial Manufacturers Group CompactPCI Express PICMG EXP 0 R1 0 Specification 27 de June de 2005 8 National Instruments www ni com 2011 http sine ni com nips cds pages image imagepath i mages products us pxi backplanes_l jpg amp title Planos 20Traseros 20PXI 20Express CompactPCI 20Express amp oracleLang esa ltimo acceso 1 de Marzo de 2011 9 Joan Domingo Pe a Juan G miz caro Antonio Grau 1 Saldes Herminio Mart nez Garc a Comunicaciones en el entorno industrial Arag n UOC 2011 10 National Instruments www ni com 2011 http digital ni com public nsf allkb 36C85640D7F91 6B186256A8B007742DA ltimo acceso 20 de Abril de 2011 11 National Instruments www ni com http zone ni com devzone cda tut p 1d 4811 acceso 20 de Abril de 2011 2011 ltimo 12 National Instruments www ni com 2011 http zone ni com devzone cda tut p id 4811 ltimo acceso 20 de Abril de 2011 13 National Instruments www ni com 2011 http zone ni com devzone cda tut p 1d 11482 ltimo acceso 15 de Marzo de 2011 14
34. ulaci n correspondiente a la tecnolog a mencionada para transmitirla con los l mites de potencia del equipo y la se al producida se debe capturar con el analizador para su visualizaci n y an lisis Con los VI s anteriormente descritos es posible ingresarle deficiencias a la se al como desfases o perfiles de desvanecimiento para verificar el comportamiento y hacer comprobaciones te ricas Este equipo no est orientado a cursos de laboratorio y con propuestas como esta lo que se busca es acercar a los investigadores a la generaci n de se ales estandarizadas que muestren el camino a la producci n de aportes en expansi n o por qu no pensarlo la creaci n de nuevos est ndares del campo de las comunicaciones y las tecnolog as inal mbricas En la Fig 16 se muestra el diagrama de bloques funcionales de un sistema de transmisi n de televisi n est ndar DVB T Seg n la especificaci n ETSI EN 300 744 V1 6 1 ETSI European Telecommunications Standards Institute se establece como formato de codificaci n de la se al de audio y video a transmitir el MPEG 2 Moving Pictures Experts Group 2 seg n est ndar ISO IEC 13818 Este est ndar solamente define los aspectos de compresi n del audio y video as como la multiplexaci n y sincronizaci n de estas se ales para convertirlas en tramas de transporte Una vez definidas las tramas lo que sigue para otras especificaciones es determinar el tipo de modulaci n a utilizar pa
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