Entwickeln und Testen der nächsten Generation von Keyless-Entry-Systemen mit LabVIEW und PXI

Transkript

1 Entwickeln und Testen der nächsten Generation von Keyless-Entry-Systemen mit LabVIEW und PXI

2 SiemensVDO ( seit 2008 Teil der Continental AG ) entwickelt und liefert seit 1993 Zugangs Kontrollsysteme für Kraftfahrzeuge weltweit Continental AG verfügt über großen RF-Entwicklungsbereich in Regensburg Entwicklung neuer RF-Protokolle / Standards für alle OEM's weltweit Continental AG setzt auf LabView und PXI Systeme von National Instruments im Bereich Produktentwicklung, Erprobung, Fertigungsendtest usw.

3 Keyless Entry Systeme < % Unidirektionale RF-Systeme auf einer Frequenz in einem Band wird verwendet für Fahrzeugzugang und Motorstart Freigabe Separate Fernbedienungen für Standheizung Garagentor etc. notwendig begrenzte Reichweiten bis Meter keine Fahrzeugrückinformation Bild : typischer unidirektionaler RF-Fahrzeugschlüssel

4 Keyless Entry Systeme > 2008 Bidirektionales RF-System Multifrequenz / Multibandfähig Erhöhte Sicherheit bei der Datenübertragung Ermöglicht direkte Rückmeldung vom Fahrzeug zusätzliche direkt integrierte Bedienfunktionen in einer Komfort Fernbedienung Türen, Standheizung, Licht ect. Ablesen von Tankinhalt, Kilometerzähler, Temperaturen, Batterie, usw. Übertragen von Alarminformationen ( Alarm on Key ) Reichweiten > 1000m ( bei Verwendung von Fahrzeug Außenantennen) erste Prototypen bei der Continental AG im Einsatz

5 Erster Prototyp Erste Versuche mit LabVIEW und NI RF-Hardware eine Kommunikation herzustelllen

6 Prototyp Conti Car-Communicator Concept Key 2007

7 Aufgabenbeschreibung Erstellen eines Testsystems für die Entwicklung und Verifikation von RKE- Fernbedienungen Testsystem soll die Aufgabe des Steuergerätes im Fahrzeug simulieren können RF-Spectrum einlesen und auswerten RF-Daten einlesen, dekodieren, darstellen sämtliche Parameter sollen sich schnell ändern lassen ( LabView)

8 Aufgaben des Testsystems Testen der Funk-Signale des Schlüssles Demodulation, Dekodierung und Anzeige der vom Schlüssel übertragenen Daten Senden von Test-Signalen an den Schlüssel Werte für Reifendruck, Tankinhalt etc. in Protokoll kodieren, modulieren und an den Schlüssel senden Simulation des RF-Steuergerätes im Fahrzeug (RF-HIL) Empfangen der Kommandos vom Schlüssel Kommunikation über CAN-BUS (Lesen von daten, Kommandos senden) Senden von Antwort an den Schlüssel

9 Verwendete Hardware 1. PXI-Controller & Chassis 2. PXI-RF-Generator 3. PXI-CAN Interface 4. PXI-RF-Analysator

10 Der Trend zu softwarebasierten Systemen Software is the core of a [Synthetic Instrumentation] test system, it is the task of the software to define and control the hardware... (World Synthetic Instrumentation Test Equipment Report, Frost and Sullivan 2006)

11 Verwendeter RF-Vektor Signalanalysator: NI PXI-5661 Technische Daten Frequenzbereich: 9 khz bis 2,7 GHz Bandbreite: 20 MHz Digitalisierung: 14 Bit, 100 MHz SFDR: bis zu 80 db Frequenzstabilität: 50 ppb Trigger-Modi: Digital, Software, IQ-Power-Level Speichertiefe: 64 oder 256 MB Kontinuierliches Erfassen von Signalen (Streaming) mit bis zu 20 MHz Bandbreite / 100 MB/s PXI-5661 besteht aus PXI-5142 und PXI-5600

12 Verwendeter RF-Vektor-Signalgenerator: NI PXI-5671 Technische Daten Frequenzbereich: 250 khz bis2,7 GHz Bandbreite: 20 MHz Ausgangspegel: -145 bis +10 dbm Modulationsverfahren: analog & digital (ASK, FSK, QAM, ) Kontinuierliches Erzeugen von RF-Signalen(Streaming) Digitale Abwärtswandlung für schnellere Datenübertragung Speichertiefe: 32, 256 oder 512 MB Scripting für automatische Abläufe im Generator PXI-5671 besteht aus PXI-5441 und PXI-5610

13 Testen von RF-Signalen RF-Signalanalyse Frequenz/Frequenzhub Leistung Übersprechen, Power in band, Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) Power Spectral Density (PSD) Modulationsanalyse Modulation Error rate (MER) Error Vector Magnitude (EVM) Datenanalyse Bit Error Rate Test (BERT) Daten auswerten, Protokoll testen Funktionstest Power in Band Messung Q Instru ment Uncert ainty (3x 10x ) Ө V Q I E EVM(%) = Ideal Symbol Location E V I Power Spectral Density (PSD) Messung an einem ZigBee-Signal

14 Toolkits für Signalanalyse und Modulation Spectral Measurements Toolkit Analysen im Frequenzbereich, Leistungsspektrum Peaks finden, Leistung und Frequenz messen Leistung in Frequenzbändern (Power in band) Leistung in Frequenzbändern/Nachbarkanälen (ACPR) Benutzte Bandbreite eines Signals Für LabVIEW und LabWindows/CVI Modulation Toolkit Analoge und digitale Modulationsverfahren wie AM, FM, ASK, FSK, CPM PSK, QAM, OFDM, Anzeigeelemente (2D- und 3D-Augendiagramm, Trellis, Constellation) Modulationsanalyse (BER, MER, EVM, Frequenzabweichung, ρ (rho)) Equalization, Kanalkodierung, Kanalmodelle Für LabVIEW und LabWindows/CVI m 500m 250m m -500m -750m m m 1.00 I 1.66

15 Messaufgaben im Detail FSK-Demodulation Manchester-Dekodierung Sync-Pattern finden Übertragene Daten darstellen Messen von Frequenzen, Sendeleistung

16 FSK-Demodulation Benötigte Parameter des Prüflings Trägerfrequenz Frequenzhub Baudrate(Symbolrate) Kodierung(Manchester, Miller, ) Sync-Pattern Abgetastete Rohdaten Arbeitsschritte Erfassen des Signals (IQ-Signale) Resampling Demodulation Benötigte Software Modulation Toolkit Demodulierte Datenbits

17 Manchester-Dekodierung Jeweils zwei Eingangsbits werden durch ein Bit ersetzt Die Bitfolge 10 repräsentiert das übertragene Bit 0 Die Bitfolge 01 repräsentiert eine 1 Evtl. Fehlerüberprüfung falls 11 und 00 vorkommen, denn dies sind keine gültigen Bitfolgen

18 Sync-Pattern finden Ein Funkschlüssel nutzt meist eine Run-In-Sequenceum den Empfänger aufzuwecken Ein Sync-Pattern oder Sync-Word markiert den Beginn des übertragenen Kommandos Möglichkeiten in LabVIEW 1. Sync-Pattern in digitalen Daten suchen (mit Funktionen der Digital Waveform-Funktionen in LabVIEW) 2. Sync-Pattern während der Demodulation finden (mit Funktionen des LabVIEW-Modulation Toolkits) Run-In-Sequence Sync-Pattern und Beginn der Nutzdaten

19 Übertragene Daten darstellen Oberfläche zur Analyse der RF- Daten

20 Messen von Frequenzen, Sendeleistung Vorgehensweise IQ-Signal erfassen (Frequenz, Pegel, Trigger,..) Parameter für Leistungsspektrum errechnen Leistungsspektrum ermitteln Peaks finden Benötigte Softwarekomponenten Express-VI zur IQ-Erfassung Spectral Measurements Toolkit Performance Messzeit ~ ms Genauigkeiten Hz

21 Bedieneroberflächen Simulations VI Alle relevanten Parameter Des Schlüssels können getestet werden Demo VI Tankfüllstand Temperatur Batterieanzeige

22 Ergebnisse Kompakter Aufbau, ein PXI-Chassis ersetzt ein System bestehend aus mehreren Einzelgeräten Geeignet für Verwendung als Steuergeräte-Simulator im Fahrzeug Flexibles Testsystem, leicht an neue Protokolle anpassbar