用于IIoT设备测试的sdr的好处

软件定义比率(SDR)见解

• 软件定义比率(SDR)软件使用基于软件的组件而不是硬连线组件，这使它们在工业环境中具有更大的灵活性。
• 在sdr中使用基于软件的组件允许通过主机系统API配置实现多用途且易于升级的测试解决方案。这有助于无线工业物联网(IIoT)设备和其他应用。

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传统工业使用有线通信基础设施和系统来连接各种设备。有线系统是刚性的，安装和维护它们的成本通常很高。这些缺点导致许多行业转向无线工业物联网(IIoT)系统，这需要更加灵活和通用的测试解决方案。软件定义无线电(SDR)系统适用于实施工业物联网设备的测试和测量。SDR是一种灵活的无线电通信系统，它使用基于软件的组件，而不是传统的硬连线组件。

IIoT系统

随着向无线系统的过渡，有线通信基础设施在工业环境中的主导地位正在慢慢结束。工业物联网模式用更灵活的无线系统取代有线系统，能够互连各种设备，从工厂车间传感器到自动化库存和运输系统。

物联网(IoT)是工业4.0的使能技术之一，工业4.0是一场工业革命，利用从智能传感器获取的数据来实现自动化和数据驱动的组装和生产(图1)。与传统的有线系统相比，无线工业物联网系统允许快速可重构，并可以提高行业的整体生产力。它们的安装、维护和规模也更便宜。

物联网的快速发展加速了工业环境中无线传感器网络(WSNs)的采用。这些网络被用于许多应用，如电信、远程控制、环境监测和灾害检测。无线传感器网络连接各种各样的小型传感器元件，收集数据并将其传输到接入点，随后对其进行处理以生成有意义且可操作的输出。

用工业物联网系统取代工业有线系统需要设计和部署混合无线传感器网络。这些网络连接传感设备，收集实现自动化和人工智能(AI)驱动的工业流程所需的数据。该过程还涉及将传感器网络与现有基础设施集成，以实现各种工业设备之间的无线通信，包括执行器、传感器和可编程逻辑控制器(plc)。

当今工业中使用的IIoT设备使用广泛的不可互操作无线标准和协议，包括Wi-Fi、Long range (LoRa)、2G、3G、LTE MTC Cat M1、ZigBee、蓝牙低能耗(BLE)、Ingenu、NB-IoT、WirelessHART和失重。IEEE 802.15.4k标准定义了低能耗关键基础设施监控(LECIM)网络的规范，该标准还定义了物理和多媒体访问(MAC)层协议。

使用机器学习(ML)和人工智能的物联网设备的数量也在迅速增长。随着对全自动工业系统需求的不断增长，这一趋势预计将继续下去。人工智能和机器学习允许系统在不需要人工干预的情况下执行复杂的任务，并有望减少人为错误。

用无线工业物联网解决方案取代传统的有线通信基础设施有很多好处。除了降低安装和维护的总体成本以及简化配置外，工业物联网系统还增强了工业系统的移动性。测试许多物联网设备以确保正确的连接和运行是非常重要的，特别是在非常大规模的运行时。

IIoT设备测试挑战

工业物联网生态系统中使用的标准和协议的多样性给测试和测量(T&M)工程师带来了巨大的挑战，因为这些协议和标准的发展速度远远超过了测试解决方案的更新速度，往往使工程师测试一些工业物联网设备的手段有限。此外，这个挑战也增加了采购用于自动化测试的解决方案的总体成本。

测试IIoT设备通常涉及使用不同的解决方案来测试设备的各种元素，如安全性、性能、连接性和兼容性。由于大多数系统包含许多设备，手动测试会消耗额外的时间和精力。因此，自动化测试过程已经实现，因为它们提高了整体效率并提高了生产力。

这些挑战使得使用传统设备测试工业物联网设备既昂贵又耗时。这项任务需要稳健、通用和灵活的解决方案。SDR平台提供了适合为工业物联网设备实施灵活测试解决方案的性能特征。

SDR系统的要素和好处

SDR中实现的一些元素包括滤波器、调制器、混频器和检测器。与硬连接组件不同，基于软件的组件在一段时间后就会过时，可以重新配置，可以升级。高性能SDR平台提供高带宽、宽调谐范围和多输入多输出(MIMO)能力，这在处理需要不同频率的测试时非常重要。图2显示了一个典型SDR系统的主要部分。

典型的SDR系统具有发射和接收功能，并包含多个由软件控制的独立通道。这些无线电信道具有专用的模数转换器(adc)和数模转换器(dac)，可用于实现不同的测试功能。此外，高性能sdr提供非常宽的调谐范围和高瞬时带宽，通常为1至3 GHz。

大多数高性能SDR系统的后端都具有现场可编程门阵列(FPGA)。这些fpga提供各种板载数字信号处理(DSP)功能，并允许实现自定义DSP解决方案和IP核的利用。

用于测试工业物联网设备的sdr

SDR平台的功能使其成为当今行业中各种T&M应用的理想选择。在sdr中使用基于软件的组件允许通过主机系统API配置实现多用途且易于升级的测试解决方案。与传统的测试解决方案相比，基于sdr的解决方案还提供了增强的灵活性和能力。

大多数传统的测试解决方案都是专门化的，不能用于多个功能。例如，对一台设备的安全性、性能和协议进行测试时，需要使用不同的工具。SDR平台允许一台设备用于多种目的，可以独立使用，也可以与其他基于SDR的解决方案结合使用。此外，与传统的T&M解决方案不同，基于sdr的解决方案的各个方面，如处理需求、软件需求和接口，都可以定制。

在当今的工业物联网生态系统中使用了各种各样的波形和传输方案，需要适应性强的测试解决方案。SDR平台的可重构性允许它们支持广泛的波形和传输方案。sdr还提供多个MIMO(多进多出)通道，可用于发送或接收功能。MIMO SDR平台适用于实施T&M解决方案，能够在各种天线系统的不同工作频率上执行测试。

工业物联网生态系统正在发生变化，需要易于更新的测试解决方案。SDR平台的可重构性允许通过改变软件来实现新的协议和算法。此外，这些平台的可重构性使得测试解决方案的实现能够适应不断变化的测试条件。例如，通过对要传输的数据进行处理，可以模拟噪声环境、干扰或其他传输障碍，以了解接收机的鲁棒性。

SDR平台的软件可控性允许实现适用于执行端到端测试的高级独立解决方案。这种能力意味着可以在被测设备(DUT)上执行测试，而不需要额外的设备。基于特别提款权的解决方案还允许在没有人为干预的情况下进行测试。这种自动化测试具有最小的人为错误，并产生高可靠性和一致性。

SDR平台支持广泛的开源开发工具包，如GNU无线电，并提供基于UHD API开发自定义程序的能力。此属性允许为广泛的应用程序实现测试解决方案，包括网络测试、设备测试和模拟。基于sdr的解决方案还可以集成到现有的实验室服务器中，供T&M工程师远程访问，从而实现全球协作。

额外的好处来自SDR先进的网络能力。大多数传统的测试解决方案存储容量有限，无法存储大量的数据。相比之下，最高吞吐量的SDR平台具有高性能网络接口，允许它们将大量数据传输到主机或存储系统。这允许实时传输信息以进行进一步分析，并有空间捕获更多参数。

优化工业无线应用

与任何新的技术进步一样，必须进行广泛的测试，以确保无线通信按计划工作，因为如此多的流程和业务依赖于持续的功能。目前的挑战包括工业物联网生态系统中使用的协议的多样性，这使得很难用传统的T&M设备进行自动化测试。

由于需要许多测试，可伸缩性和快速发展的技术使得常规的测试与测试不切实际和过时。软件定义无线电现在正被集成到测试解决方案中，因为其先进的功能为目前困扰工业物联网设备测试的许多问题提供了灵活可靠的解决方案。与传统设备相比，基于sdr的解决方案更容易安装、维护、升级和扩展，并提供广泛的调优范围、高瞬时带宽、MIMO通道和FPGA资源，这是高性能测试场景中不可或缺的一部分。

布兰登麦克休是现场应用工程师和技术作家;西蒙Ndiritu电气工程师和技术作家在哪里每一个恶习．由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:软件定义比(SDR)， SDR，工业物联网(IIoT)

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