Tüm modern iletişim ağları ve tüketici cihazları, işletmelerin ve tüketicilerin yüksek hız ve yüksek bant genişliği taleplerini karşılamak için karmaşık dijital arayüzler veya radyo iletişimleri içerir.
Böylesine hızlı ve güvenilir bir iletişim ancak kablosuz veya dijital sinyalleri almak ve anlamak için her cihazda bulunan sağlam alıcılar sayesinde mümkündür. Karmaşık performans ve uyumluluk gereksinimleri, sistematik ve özel alıcı testleri gerektirir.
Bu makalede, alıcı testlerinin ne olduğunu, hangi yönleri test ettiklerini ve hangi sektörlerin bunları kullandığını öğrenin.
Alıcı testi nedir?
Vericilerin ve alıcıların tasarımı, özellikle radarlar gibi radyo frekansı (RF) sistemlerinde olmak üzere birçok elektronik ve iletişim teknolojisinin kritik bir yönüdür:
- radarlar gibi radyo frekansı (RF) sistemleri
- 5G/6G mobil ağlar, karasal olmayan ağlar ve Wi-Fi gibi RF telekomünikasyon sistemleri
- evrensel seri veri yolu (USB) ve yüksek çözünürlüklü multimedya arayüzü (HDMI) gibi dijital arayüzler
- fiber optik ağlar gibi fotonik sistemler
Alıcı testi, çeşitli test sinyalleri ve çalışma koşulları altında bir alıcının performansını titizlikle değerlendirme sürecidir. Hedefleri şunlardır
- Alıcının sinyalleri doğru bir şekilde algılama, alma, işleme ve yorumlama yeteneğini değerlendirmek
- Farklı iletişim hızlarında, sinyal türlerinde, modülasyon modellerinde ve parazit seviyelerinde sinyal bütünlüğünü sağlamak
- Bir alıcının çalışma aralığı boyunca işlevselliğini ve güvenilirliğini doğrulamak
- İlgili düzenleyici ve endüstriyel standartlara uygunluğun sağlanması
- Diğer donanım ve yazılım sistemleriyle birlikte çalışabilirliği garanti etmek
Alıcı testinin kapsamı aşağıda gösterilmiştir.
Şekil 1. Farklı alanlardaki alıcı testleri
Alıcı testleri tarafından değerlendirilen temel parametreler nelerdir?
Farklı alanlardaki alıcı testleri yukarıda listelenen aynı hedefleri paylaşır ve alıcı performansını karakterize etmek için ortak bir dizi metrik ve parametre kullanır. Aşağıdaki bölümlerde, bu ölçümleri ve parametreleri daha ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.
Sinyal-gürültü oranı (SNR)
SNR, bir sinyaldeki sinyal gücünün gürültü gücüne oranıdır. Analog RF alıcıları ve optik alıcılar için önemli bir ölçüttür. Aynı zamanda demodülasyon ve kod çözme aşamalarından önce dijital alıcılar için de önemli bir metriktir.
Alıcı testlerinde sinyal-gürültü oranının önemi nedir ve nasıl ölçülür?
SNR, arka plan gürültüsüne kıyasla istenen sinyalin seviyesini ölçer. Hassasiyet ve seçicilik gibi diğer özellikleri belirlemek için kullanılan bir metrik olmasının yanı sıra sinyal bütünlüğünün önemli bir ölçüsüdür.
SNR testi, rastgele veya eklemeli beyaz Gauss gürültüsünü (AWGN) bir sinyalle karıştıran bir sinyal jeneratörünü içerir. Ardından bir spektrum analizörü SNR'yi belirlemek için sinyalin ve gürültünün gücünü ölçer.
Doğru SNR testi için voltaj dalgalanmalarına veya diğer anormalliklere eğilimli olmayan, bozulmamış bir güç kaynağı çok önemlidir.
Bit hata oranı (BER), paket hata oranı (PER), çerçeve hata oranı (FER) ve sembol hata oranı (SER)
Bu hata oranları, dijital RF alıcıları ve dijital arayüz alıcıları da dahil olmak üzere her türden dijital alıcı için önemli ölçütlerdir. Alıcının demodülasyon ve işleme devresinin doğruluğunu karakterize ederler.
BER, hatalı bit sayısının belirli bir zaman aralığında dijital bir iletişim kanalı üzerinden gönderilen toplam bit sayısına oranıdır.
FER, en az bir hatalı bit içeren çerçeve sayısının gönderilen toplam çerçeve sayısına oranıdır. Genellikle verilerin çerçeveler halinde iletildiği iletişimlerde kullanılır.
PER, yanlış alınan paketlerin sayısının gönderilen toplam paket sayısına oranıdır. Paket tabanlı iletişim sistemleri için kullanılır.
SER, PAM-4 veya diğer PAM-N gibi darbe genlik modülasyonu (PAM) teknikleriyle dijital iletişimde kullanılanlar gibi sembollerin hata oranıdır. SER metriği özellikle fiziksel katman (PHY) testi için kullanışlıdır.
Hata oranları bir iletişim alıcısının genel performansının değerlendirilmesinde nasıl bir rol oynar?
Bu üç hata oranı ölçütü, hassasiyet ve seçicilik gibi diğer alıcı özelliklerini ölçmek için kritik öneme sahiptir. Düşük bir BER, alıcının iletilen verileri çeşitli koşullar altında doğru bir şekilde demodüle ettiği anlamına gelir; bu da veri depolama arayüzleri gibi hataya duyarlı uygulamalar için kritik öneme sahiptir.
Dijital iletişimde ileri hata düzeltme (FEC)
FEC algoritmaları, iletilen verilere fazlalık ekleyerek veri güvenilirliğini önemli ölçüde artırır ve alıcının hatalı çerçeveleri yeniden iletim olmadan kurtarmasını sağlar. Bu aynı zamanda FER'i de azaltır. Ancak, patlama hataları FEC'i alt edebilir ve çerçeveleri tamamen kullanılamaz hale getirebilir.
Alıcı testi sırasında, FEC'in esnekliğini kontrol etmek ve optimize etmek için hata çerçeveleri ve patlama hataları simüle edilir.
Hassasiyet
Hassasiyet, alıcının girişte işleyerek kullanılabilir bir çıkışa dönüştürebileceği minimum fark edilebilir sinyal seviyesidir. Alıcının arka plandaki gürültüden bir sinyali doğru bir şekilde alıp demodüle edebileceği alt eşiği belirler.
RF ve optik alıcılar için hassasiyet desibel-milliwatt (dBm) cinsinden belirtilir:
- Analog RF alıcıları için hassasiyet, alıcının minimum SNR elde etmek için ihtiyaç duyduğu minimum sinyal gücüdür.
- Dijital RF ve optik alıcılar için hassasiyet, alıcının hata oranı ölçümlerini (BER, PER ve FER) maksimum eşiklerin altında tutarken sinyali demodüle etmek için ihtiyaç duyduğu minimum sinyal gücüdür.
Dijital arayüz alıcıları için hassasiyet, BER'i bir eşiğin altında tutarken hala güvenilir bir şekilde algılanabilen dijital sinyalin en düşük giriş genliğidir. Hassasiyet, bu tür alıcılar için tipik olarak mikrovolt veya milivolt cinsinden belirtilir.
Hassasiyet neden önemlidir?
Hassasiyetin ölçülmesi kritiktir çünkü alıcının kullanışlılığını, menzilini ve düşük sinyal koşullarındaki performansını belirlemeye yardımcı olur. Yüksek hassasiyete sahip bir alıcı daha zayıf sinyalleri alabilir, bu da sinyal gücünün tehlikeye girebileceği veya uzun mesafeli iletimler veya kalabalık frekans aralıkları gibi zayıflamaya eğilimli koşullarda değerlidir.
Hassasiyet nasıl ölçülür?
Şekil 2. Hassasiyet testi kurulumu
Hassasiyet sinyal jeneratörleri, bit hata oranı ölçerler ve spektrum veya vektör analizörleri kullanılarak ölçülür. Test düzeneği, bir sinyalin üretilen gürültü ile karıştırılmasını ve alıcının SNR'si bir eşiğin altına düşene veya BER'si bir eşiğin üzerine çıkana kadar sinyal seviyesinin kontrollü adımlarla azaltılmasını içerir.
Dinamik aralık
Bir alıcının dinamik aralığı, üzerinde etkili bir şekilde çalışabileceği sinyal gücü seviyeleri aralığıdır ve dBm cinsinden belirtilir.
Analog alıcılarda, hassasiyet seviyesinden amplifikatörün aşırı yüklenmesi gibi faktörler nedeniyle sinyalin bozulduğu seviyeye kadar uzanır.
Dijital alıcılar için, hassasiyet seviyesinden, analogdan dijitale dönüştürücünün doygunluğu gibi çeşitli etkiler nedeniyle hata oranlarının bir eşiğin üzerine çıktığı maksimum seviyeye kadar uzanır.
Seçicilik
Seçicilik, yakın aralıklı bitişik kanallarda istenen sinyali diğer sinyallerden ayırt etme yeteneğidir.
Seçicilik nasıl ölçülür?
Seçiciliği ölçmek için kullanılan yaygın bir metrik, bitişik kanal reddi (ACR) veya bitişik kanal seçiciliğidir (ACS). Bu, alıcının minimum kabul edilebilir SNR veya BER değerini koruduğu istenen sinyal gücü ile SNR veya BER değerinin kabul edilemez bir seviyeye düşmesine neden olan bitişik sinyal gücü arasındaki desibel cinsinden farktır.
Engelleme performansı
Seçicilikle yakından ilişkili olan şey engelleme performansıdır. Bitişik kanal frekansından hafifçe kaymış bir frekansta güçlü bir engelleyici sinyal üretilir. Engelleyicinin güç seviyesi daha sonra SNR veya BER ile ölçüldüğü şekilde alıcının performansını düşürene kadar artırılır. İstenen sinyal ile engelleyici sinyal arasındaki güç seviyelerindeki fark, engelleme performansının bir ölçüsüdür.
Gerçek dünya senaryolarında neden önemlidir?
Engelleme performansı, alıcıların birden fazla güçlü sinyalin bulunduğu ortamlarda etkili bir şekilde çalışabilmesini sağlamak açısından çok önemlidir. Örneğin, mobil ağ alıcıları yoğun nüfuslu alanlarda birden fazla güçlü sinyal arasında ayrım yapmalıdır.
Stres sinyali testi
Şekil 3. Dahili sinyal üreteci, osiloskop ve optik test ekipmanına sahip bir bit hata oranı test cihazı (BERT) kullanarak IEEE uyumlu yüksek hızlı ethernet alıcı testi için kurulum
Dijital, optik ve RF alıcıların gürültü, parazit, bozulma ve diğer alana özgü gerçek dünya bozuklukları altında sinyalleri güvenilir bir şekilde çözebilmesini sağlamak için stres sinyali testi gereklidir. Bu koşullar arasında düşük SNR, titreşim, faz gürültüsü, semboller arası girişim, yansımalar, sönümlenme, çok yollu, frekans ofsetleri, çapraz konuşma ve frekans kaymaları yer alır.
Ekleme kaybı
Bir alıcının ekleme kaybı, sinyal bileşenlerinden geçerken giriş ve çıkış arasında kaybolan sinyal gücü miktarıdır. dBm cinsinden ölçülür. Ekleme kaybı ideal olarak çok düşük olmalıdır.
Alıcılar için hangi temel standartlar geçerlidir?
Yukarıdaki parametrelerin eşikleri farklı alıcı türleri için farklıdır ve teknik, endüstri veya düzenleyici standartlar tarafından belirlenir.
Alıcıların uyması gereken bazı önemli standartlar şunlardır:
- CISPR 16-1-1: Ticari alıcıların elektromanyetik uyumluluğu (EMC) ve elektromanyetik paraziti (EMI) için uluslararası bir standarttır. Uluslararası Radyo Paraziti Özel Komitesi (CISPR) tarafından oluşturulmuştur.
- MIL-STD-461: EMC, EMI ve elektromanyetik emisyonları doğrulamak için bir ABD askeri standardıdır.
- 3GPP: 5G ve 6G alıcıları 3GPP standartlarına uygun olmalıdır.
- Optical Internetworking Forum (OIF) standartları: Bu standartlar optik alıcılar için davranışları ve uyumluluk gereksinimlerini belirtir.
- IEEE 802.3bs/cd/df/dj: Bu standartlar yüksek hızlı ethernet elektrik alıcıları içindir.
Diğer önemli standartlar arasında USB test spesifikasyonları, peripheral component interconnect express (PCIe) standartları ve ABD Federal İletişim Komisyonu (FCC) ve Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) tarafından belirlenen çeşitli standartlar yer almaktadır.
Alıcı testlerinin endüstri uygulamaları
Aşağıdaki bölümlerde, güvenilirliği artırmak ve standartlara uymak için alıcı testlerinin farklı alanlarda nasıl kullanıldığını inceleyeceğiz.
Telekomünikasyon
Alıcı testi, mobil ağlar, Wi-Fi ve Bluetooth dahil olmak üzere her türlü kablosuz iletişim sisteminde kritik bir alandır.
Telekomünikasyonda alıcı testlerinin amacı nedir?
Alıcı testleri şunları sağlar:
- cihazların zorlu RF ortamlarında bile istenen sinyalleri doğru bir şekilde tanımlayabilmesini ve izole edebilmesini
- alıcılar, yoğun RF ortamlarında ölçeklenebilirlik ve verim için bu teknolojiler tarafından kullanılan karmaşık modülasyon şemalarını idare edebilir
- uçtan uca iletişim sistemindeki tüm ekipmanlar birlikte çalışabilir
- tüm cihazlar tüm zorunlu endüstri ve düzenleyici standartlara uygundur
- uygunluk testi için kullanılan cihazların doğrulama sürecini geçmesi
Farklı iletişim standartları (örn. GSM, LTE, Wi-Fi) için alıcı testlerinin bazı temel zorlukları ve dikkat edilmesi gereken hususlar nelerdir?
Bu iletişim standartlarının temel zorlukları şunları içerir:
- Sinyallerini doğru frekans bantları ile üretmek
- Alıcıların tüm frekans aralıklarında test edilmesi
- Karmaşık modülasyon şemalarını ve kodlama tekniklerini doğru bir şekilde üretme
- Bu sinyallerin yoğun RF ortamlarında karşılaştığı gerçek dünyadaki parazit ve çok yollu koşulların simülasyonu
Alıcı testleri 5G gibi gelişmekte olan teknolojilerin geliştirilmesine ve iyileştirilmesine nasıl katkıda bulunur?
5G ve 6G gibi teknolojiler için alıcı testleri aşağıdaki gibi zorluklar içerir:
- 24-110 GHz mmWave bandında çok yüksek frekanslar
- cihazların daha geniş frekans aralıklarını işleyebilmesini sağlamak için geniş bant testi
- daha yüksek bant genişlikleri ve yüksek veri hızları
- karesel genlik modülasyonu gibi gelişmiş modülasyon şemaları
- radyo emisyonlarının yasal sınırlar içinde olmasını sağlamak
Yüksek hızlı ethernet ve optik iletişim ağları
Alıcı testleri, genellikle veri merkezlerinde kullanılan yüksek hızlı 400G, 800G ve daha hızlı ethernet ağları için Optical Internetworking Forum Common Electrical Interface (OIF-CEI) ve IEEE 802.3bs/cd/df/dj uyumluluğunu karakterize etmek için kullanılır.
Veri merkezi altyapısı 400G, 800G ve 1.6T'ye doğru geliştikçe, alıcıların titiz optik ve elektriksel testleri verimli ve hatasız veri iletimi için çok önemlidir.
Yüksek hızlı dijital alıcı testindeki temel adımlar şunlardır:
- Sinyal kalibrasyonu: Bu işlem, alıcının çeşitli gerçek dünya parazitlerinden ve bozulmalarından etkilenen sinyalleri doğru bir şekilde çözme yeteneğini ayarlar.
- Stres sinyali testi: Bu, alıcının esnekliğini, veri bütünlüğünü ve performansını en kötü durum senaryoları altında test eder.
Bu hususlar OIF-CEI ve IEEE 802.3 spesifikasyon ailesi temel alınarak test edilir.
Dijital ve bilgisayar arayüzleri
Şekil 4. Bir BERT ve gerçek zamanlı osiloskop kullanarak dijital arayüzler için alıcı test kurulumu
Alıcı testleri, dijital ve bilgi işlem arayüzleri için yaygın olarak kullanılmaktadır:
- Her türlü tüketici cihazını birbirine bağlamak için USB
- Video ve ses için HDMI ve DisplayPort alıcıları
- uçucu olmayan bellek ekspres (NVMe) veri depolama sürücüleri tarafından kullanılan çevresel bileşen ara bağlantı ekspresi (PCIe)
- Yüksek hızlı kameraları anakartlara bağlamak için mobil endüstri işlemci arayüzü (MIPI) alıcıları
Aviyonik ve savunma
Alıcı testleri, savunma radarlarını ve aviyonik dijital arayüzleri karakterize etmek için kullanılır.
Otomotiv uygulamaları
Alıcı testleri, gelişmiş sürücü destek sistemlerinde kullanılan otomotiv kameralarını ve radarlarını test etmek için kullanılır.
Alıcıları test etmek için yaygın olarak kullanılan belirli test ekipmanları veya kurulumları var mı?
Alıcı karakterizasyonu aşağıdaki test sistemlerini içerir:
- Sinyal üreteçleri ve bit hata oranı ölçerler, test edilen belirli alan veya standartların gerektirdiği karmaşık sinyalleri üretmek için kullanılır.
- Spektrum analizörleri, ağ analizörleri, gerçek zamanlı osiloskoplar veya dijital iletişim analiz osiloskopları, kritik olmaları halinde dalga biçimlerini incelemek için kullanılır. Örneğin, alıcı test sinyali kalibrasyonu için UXR gerçek zamanlı osiloskoplar önerilir. Bununla birlikte, birçok dijital iletişim testi için dalga biçimleri kritik değildir ve BERT'in görselleştirmeleri yeterlidir.
- M8070B sistem yazılımı ve alıcı test yazılımı gibi özel alıcı test çözümleri, tam otomatik ve tekrarlanabilir uyumluluk test paketleri sağlar. Testleri otomatik olarak kalibre eder ve çalıştırır, test sonuçlarını kaydeder, SNR ve BER gibi temel metrikleri ölçer ve kullanıcıların sonuçları görselleştirmesine olanak tanır.
Tüm bu cihazlar, ölçümlerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için dikkatli bir kalibrasyon ve izlenebilirlik sertifikasyonundan geçmelidir.
İletişim ekipmanınızı sağlam alıcı testleri ile kalifiye edin
Bu makalede, alıcı testlerinin modern yüksek hızlı iletişim ağları ve dijital arayüzler için ne kadar önemli olduğunu öğrendik.
Alıcı testleri, hedef endüstrinin ve standartlarının derinlemesine anlaşılmasını gerektiren karmaşık bir alandır. Tüm işlevsel ve uyumluluk alıcı testleriniz için ihtiyacınız olan doğru donanım ve yazılımı seçme konusunda uzmanlık için bizimle iletişime geçin.
