Ultra Large Band avec DAA : les défis liés aux essais

L’Ultra Large Band avec DAA pourrait résoudre les problèmes d’harmonisation des fréquences mondiales. Mais il faut d’abord lever les défis liés aux essais de cette technologie. Contraintes et premiers résultats du projet européen Walter.

Comme nous l’expliquions dans un précédent article (lire L’avenir de l’Ultra Large Bande passera par DAA), la nouvelle technique DAA (Detect And Avoid) pourrait résoudre les problèmes d’harmonisation des fréquences mondiales. Ce qui permettrait aux régulateurs d’ouvrir de nouvelles bandes de fréquences pour le bénéfice de l’industrie cherchant un marché toujours plus global.Toutefois, au même moment, certains déclarent qu’il pourrait être impossible de tester cette nouvelle technique qui présente des propriétés de radio-cognitives. Une affirmation que contredisent les essais DAA tels qu’étudiés et mis en œuvre dans le projet européen Walter [1]. Retour sur les résultats et contraintes de ce projet de recherche.

Les contraintes des essais

Les essais du » DAA » dans des dispositifs d’UWB présentent un certain nombre de défis spécifiques par rapport à des essais de services de communications conventionnels :Niveau de puissance faible : un problème de dynamique peut surgir en raison des niveaux de puissance faible à détecter et à éviter, aussi bien que des niveaux de puissance à mettre en œuvre (- dBm 80 dans la zone 1) en mode de non-intervention (NIM), car ces niveaux sont proches du seuil de bruit de la plupart des analyseurs de spectre conventionnels (- dBm 70). Cette contrainte est plus dure pour les tests rayonnés. En outre l’émission de puissance faible d’UWB doit être détectée et distinguée en présence du » signal victime « . Par conséquent, l’équipement de test doit avoir une sensibilité élevée pour détecter avec précision le » signal victime » de liaison montante comme défini par les régulateurs.Changements environnementaux : comme pour d’autres bancs d’essai de radio cognitive, le banc d’essai d’UWB doit pouvoir simuler et détecter les changements environnementaux qui pourraient affecter le niveau de puissance du signal RF. Ceci inclut le mouvement d’un ou des deux dispositifs (victime ou dispositif d’UWB), le changement de l’environnement de propagation, le changement de canal, etc.Scénarios réalistes : le comportement du dispositif du service victime et du dispositif d’UWB doit être recréé dans l’environnement d’essai. Par exemple, des services de BWA (Broadband Wireless Access) tels que l’accès Internet, mode de sommeil et diffusion multimédia doivent être disponibles ou simulés.Synchronisation : les méthodes d’essai manuel rendent les mesures de temps difficiles et imprécises. Les analyseurs doivent, par exemple, commencer à capturer le signal au même moment où le dispositif est mis sous tension, ce qui est difficile avec des méthodes manuelles. Les méthodes automatiques peuvent employer le signal de mise en marche d’UWB DAA pour déclencher les analyseurs.Probabilité de détection : la probabilité de détection oscille entre 95 % et 99 % [3]. Pour obtenir une mesure fiable, il faut donc répéter les mesures. Des méthodes doivent être étudiées pour réduire les temps de mesure tout en assurant une bonne fiabilité.Essais rayonnés : dans les environnements d’essais rayonnés, des problèmes peuvent surgir en mesurant des niveaux de puissance, en particulier ceux de l’interférence et ceux transmis par le DUT (dispositif sous test), puisque les positions d’essais et celles des antennes de l’interférence sont différentes. Des techniques doivent donc être mises au point afin de rechercher les maximums d’émissions et réceptions à différentes positions.

Définition et mise en œuvre d’un banc d’essais DAA

Les essais en conduit ont l’avantage d’avoir une immunité plus élevée à l’interférence d’autres sources. Pour vérifier la conformité d’un DAA UWB avec un masque donné d’émission, l’approche en conduit est la plus commode, à condition qu’un raccordement conduit avec le DUT puisse être établi. Le schéma 1 montre un exemple de banc d’essai DAA pour des mesures en conduit.

Dans le schéma ci dessus, un signal WiMax est généré en coexistence avec une liaison établie entre un dispositif UWB DAA (DUT) et un dispositif UWB générique. Les signaux dans le domaine de fréquence sont amplifiés et enregistrés par un analyseur de spectre. Diverses distances entre les dispositifs UWB sont simulées par un atténuateur variable. Cette installation peut valider les dispositifs UWB DAA dans la majorité des cas.Malheureusement, il y a également beaucoup de cas où des essais effectués ne peuvent pas être réalisés parce que les DUTs n’ont pas d’antennes détachables. En outre, une activité de validation complète doit examiner un scénario réaliste avec tout un ensemble d’émissions UWB parasites, de sources multiples d’interférences et de services » victime « . Pour toutes ces raisons, des mesures rayonnées sont également nécessaires.

Les contraintes significatives aux deux bancs d’essais sont les suivantes :

l’analyseur de spectre utilisé pour capturer les signaux doit avoir un seuil de bruit très faible (par exemple -150 dBm/Hz à 2 gigahertz) ;

en raison des niveaux de puissance d’émission très faible demandés, un amplificateur à faible bruit (LNA) est utilisé. La configuration demande au LNA des caractéristiques de faible bruit mais avec à gain élevé, ce qui est généralement contradictoire. Les modèles de LNAs utilisés dans le banc d’essai ont un gain de 39db et un niveau de bruit de 1,2 à 3,5 gigahertz. Le projet étudie actuellement l’utilisation de LNAs cryogénique, qui fonctionne aux températures très basses (- 80 Celsius ou en-dessous).

Les essais rayonnés demandent des conditions supplémentaires comme la nécessité d’utiliser une chambre anéchoïque afin d’éviter les interférences de sources externes, ceci étant d’autant plus important que les signaux UWB sont très faibles.Enfin, le temps est un paramètre important dans les mesures des dispositifs d’UWB DAA. Les normes et les règlements exigent que la détection et le mouvement dans une bande adjacente soit exécutée dans un temps maximum spécifique. Des instruments très performants doivent être utilisés afin de dépister l’évolution du signal d’UWB dans le temps. Dans ce domaine, les défis principaux sont :

comment définir et identifier où prendre les signaux de déclenchement ?

comment définir les niveaux de puissance appropriés où le signal devrait être enregistré ?

Comme le DAA est une forme simple de technique de radio cognitive, un système d’essai pour évaluer les dispositifs DAA UWB pourrait être une première étape pour définir un banc d’essai plus générique pour les dispositifs de radio cognitives et la gestion dynamique de spectre. Les réseaux radio cognitifs se caractérisent par des systèmes de communication qui changent leurs paramètres de transmission et utilisent le spectre de fréquence d’une manière plus complexe que le DAA.Les défis liés aux faibles niveaux de puissance et aux problèmes de synchronisation sont bien plus critiques dans un banc d’essai pour des dispositifs de radio cognitives, où le risque d’interférences radios est plus important que dans les réseaux sans fil conventionnels.Un certain nombre de campagnes de mesure est actuellement en cours avec trois bancs d’essai en Chine, en Espagne et en Italie. Tous participent au projet FP7 WALTER. Des prototypes de dispositifs UWB DAA sont en cours de validation par rapport aux exigences réglementaires. Les résultats des campagnes de mesures fourniront un retour d’expérience important pour la conception du banc d’essai et de son évolution. Par Philippe Cousin, ETSI (Institut Européen de Normalisation des Télécommunications), chef du projet de recherche européen WALTER

Notes

[1] Sur FP7 WALTER project.[2] ETSI EN 302 065 v1.1.1, “Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Ultra WideBand (UWB) technologies for communication purposes ; Harmonized EN covering the essential requirements of article 3.2 of the R&TTE Directive”. European Standard Telecommunication Institute (ETSI), February 2008.[3] ETSI Technical Specification ETSI TS 102 754.