Geräteinnovationen für den mmWave-Test

​Im Kern kombiniert der VST einen Breitband-Vektorsignalgenerator, einen Vektorsignalanalysator, eine schnelle digitale Schnittstelle und einen leistungsstarken FPGA in einem einzigen PXI-Gerät. Der VST PXIe-5842 von NI erweitert die VST-Architektur um Innovationen, die auf die zunehmende Komplexität – und Unsicherheit – von Standards, Protokollen und Technologien für drahtlose Netzwerke ausgerichtet sind.

​Abbildung 1: VST PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung – Detailansicht

​Der VST PXIe-5842 besteht aus dem PXIe-5842-Modul und dem erforderlichen Doppel-Lokaloszillator(LO)-Synthesizer PXIe-5655. Der PXIe-5842 belegt nur vier PXI-Express-Slots und bietet eine stetige Frequenzabdeckung von bis zu 23 GHz und eine RF-Momentanbandbreite von bis zu 2 GHz bei hervorragender RF-Leistung.

​Für den PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung ist ein zweiter Doppel-LO-Synthesizer (PXIe-5655) enthalten, der zwei zusätzliche unabhängige LOs für die beiden bidirektionalen RF-Schnittstellen im Remote-Messmodul RMM-5585 bereitstellt. Ein zusätzlicher PXIe-5443-RF-Schnittstellen-Switch ist ebenfalls enthalten, um Verbindungen zu und von den mmWave-Schnittstellen des Prüflings und den ZF-Schnittstellen des Prüflings herzustellen. Insgesamt belegt die mmWave-Konfiguration sechs PXI-Express-Slots und umfasst zusätzlich das Remote-Messmodul RMM-5585.

^{Abbildung 2: PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung – Blockdiagramm}

​Mit dem Remote-Messmodul RMM-5585 kann der PXIe-5842 die Frequenzabdeckung auf bis zu 54 GHz mit 2 GHz RF-Momentanbandbreite erweitern. Das RMM-5585 ermöglicht die Frequenzumwandlung von und in mmWave-Frequenzen und ist mit dem PXI-basierten ZF-Subsystem verkabelt. Bei dieser Architektur kann die mmWave-Schnittstelle so nah wie möglich am Prüfling bleiben. Dies ist entscheidend, da die Verluste bei Zwischenfrequenzen erheblich geringer sein können als bei mmWave. Die Verlagerung der Leistungsanforderungen auf niedrigere Frequenzen bedeutet mehr Leistung dort, wo es darauf ankommt: an den mmWave-Prüfschnittstellen.

​Diese Architektur ermöglicht neben der unabhängigen Frequenzabstimmung auch gleichzeitiges Senden und Empfangen mit einem einzigen RMM-5585, wodurch viele verschiedene Testkonfigurationen auf einem einzigen Gerät möglich sind. Ein Blockdiagramm ist in Abbildung 2 dargestellt.

^{Tabelle 1: PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung – Spezifikationen}

​Der PXIe-5842 bietet eine Vielzahl von Funktionen, die mmWave-Testkonfigurationen vereinfachen und eine flexiblere Testabdeckung sowie leistungsstarke RF-Messungen in einem einzigen, präzise synchronisierten PXIe-Gerät ermöglichen.  

​​Breite Frequenzabdeckung

​Die Zuweisungen des Funkspektrums ändern sich ständig, da verschiedene Bänder für die drahtlose, Mobilfunk-, Satellitenkommunikation, Navigation und Radioastronomie reserviert sind. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Frequenzabdeckung sicherzustellen, die für die Entwicklung zukunftssicherer mmWave-Anwendungen erforderlich ist.

​Mit einer Frequenzabdeckung von bis zu 54 GHz bietet der VST PXIe-5842 eine vollständige Spektrumabdeckung für WLAN, UWB, 5G FR-1 und vor allem für alle 5G FR-2-Frequenzbänder (24,25 GHz bis 52,6 GHz), sodass nur ein Gerät zum Testen über alle diese verschiedenen Standards hinweg benötigt wird. Die Hochfrequenzabdeckung bedeutet auch, dass Sie den PXIe-5842 für verschiedene Anwendungen in Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor einsetzen können – vom UHF- bis ins V-Band. Zu den Anwendungen gehören die Simulation von Radarzielen, die Spektrumsüberwachung in der elektronischen Kriegsführung und der Satellitenkommunikation oder der parametrische Test von ESA-Komponenten (Electronically Scanned Arrays), die häufig in Radar- und Satellitenkommunikationssystemen verwendet werden.

​Abbildung 3: Kommerzielle Anwendungen im Bereich RF-Spektrum und SATCOM-Verbreitung

​Zuvor waren zwei VSTs erforderlich, um das gesamte Spektrum von niedrigen Frequenzen bis hin zu mmWave abzudecken. Der PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung kann die Abdeckung auf einem Gerät konsolidieren, wobei die maximale Frequenz von 44 GHz auf 54 GHz erhöht wird, während gleichzeitig die Abdeckung von WLAN-, Mobilfunk-, IoT- und anderen Frequenzbändern unter 6 GHz mit demselben Gerät ermöglicht wird. Die geringere Komplexität der Instrumentierung bedeutet, dass Sie einen einzigen Prüfstand erstellen können, der die Entwicklung von integrierten mmWave-Hochfrequenzschaltungen (RFICs) optimiert und die Koexistenz mehrerer unterschiedlicher Anwendungen und Frequenzbänder ermöglicht.

​Multiband-Abdeckung mit ZF- und mmWave-Prüfschnittstellen

​mmWave-RFICs ergänzen die RF-Signalketten heutiger Designs um zusätzliche Arbeitsschritte für Frequenzumwandlung, Beamforming und Phased-Array-Strahlung. Bei einem idealen Testansatz müssen diese Testpunkte mit ausreichender Flexibilität abgebildet werden können, um sich an die Entwicklung von Designs und Anforderungen anpassen zu können, während gleichzeitig eine Skalierung in Bezug auf Geschwindigkeit und Kosten möglich sein muss, um den Mengenanforderungen gerecht zu werden.

​^{Abbildung 4: Bidirektionaler RF-RF-Testaufbau mit einem Remote-Messmodul}

​Der VST PXIe-5842 verfügt über bidirektionale Prüfschnittstellen für intermediäre und mmWave-Frequenzen, sodass er sich flexibel an die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Arbeitsschritte in der Signalkette anpassen kann. Bidirektionale Prüfschnittstellen machen eine zusätzliche Signalaufbereitung und Schaltmodule außerhalb des Geräts überflüssig und verbessern die Messqualität bei gleichzeitiger Reduzierung der Gesamtkomplexität des Systems.

^{Abbildung 5: Bidirektionaler RF-ZF-Testaufbau mit einem Remote-Messmodul}

​Der PXIe-5842 verfügt über zwei ZF-Prüfschnittstellen, die unabhängig voneinander oder in Verbindung mit dem mmWave-Remote-Messmodul verwendet werden können. Diese Schnittstellen bieten eine Frequenzabdeckung von 200 GHz bis 23 GHz und eine direkte Schnittstelle für Multifrequenzgeräte wie Frequenzauf- und -abwärtswandler oder Beamformer-ICs mit integrierter Frequenzumwandlung. Dank dieser Schnittstellen kann der PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung auch ohne zusätzliche Instrumentierung oder externe Signalaufbereitung mit Multiband-Geräten verbunden werden.

​Bis zu 2 GHz Momentanbandbreite

​Von Drahtlostechnologien der nächsten Generation wie 5G NR und 802.11be (Wi-Fi 7) bis hin zu fortschrittlichen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor wie Radartests und Spektrumsüberwachung – die Nachfrage nach einer größeren Signalbandbreite zum Erreichen höherer Spitzendatenraten steigt. Dank schneller Abtastung, hochlinearer D/A-Wandler (DACs) und A/D-Wandler (ADCs) sowie interner Breitband-Kalibrierungsmechanismen bietet der PXIe-5842 eine RF-Momentanbandbreite von 2 GHz bei ausgezeichneter Messgenauigkeit.

Abbildung 6: Momentanbandbreite von PXI-Vektorsignal-Transceivern

​Die hohe Momentanbandbreite und die kalibrierten Frontends der VSTs von NI ermöglichen den effektiven Einsatz für anspruchsvolle Anwendungen wie Radar-Zielsimulationen, Multicarrier-Aggregation, Implementierung von Algorithmen zur digitalen Vorverzerrung (DPD), 5G-Forschung und -Prototypenerstellung sowie Echtzeit-Spektrumanalyse. Darüber hinaus sind in den VSTs patentierte Algorithmen zur Amplituden- und Phasenkorrektur integriert, die eine hohe absolute Amplitudengenauigkeit und eine geringe Abweichung von der linearen Phase über den gesamten Bereich der großen Momentanbandbreite gewährleisten.

​EVM-Messleistung

​Im VST kommen fortschrittliche, patentierte IQ-Kalibrierungstechniken zum Einsatz, um die branchenweit beste EVM-Leistung (Error Vector Magnitude) für Breitbandsignale zu erzielen. Eine kritische Komponente von drahtlosen Geräten der nächsten Generation sind die noch strengeren Anforderungen an die EVM-Leistung bei immer größeren Bandbreiten. Heutige RF-Frontends für drahtlose Geräte mit Modulationsverfahren höherer Ordnung und breitbandigen Mehrträgersignalkonfigurationen erfordern eine bessere Linearität und ein besseres Phasenrauschen, um die erforderliche Modulationsleistung zu erzielen. Folglich müssen die Geräte für die Prüfung drahtloser Geräte eine noch genauere RF-Leistung liefern. Der PXIe-5842 bietet erstklassige EVM-Leistung für Modulationsverfahren höherer Ordnung wie 5G NR.

​Tabelle 2: PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung – EVM-Messwert

​Phasenkohärente Synchronisation

​Die modulare Architektur des PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung und die PXI-Plattform bieten zusammen Synchronisations- und Skalierungsmöglichkeiten für mehrkanalige Messungen, die Phasenkohärenz erfordern. Sie können eine Synchronisation im Subnanosekundenbereich zwischen zwei VSTs im Auslieferungszustand für Anwendungen wie Over-the-Air-Tests von Doppelpolarisationsantennen erreichen:

Abbildung 7: Over-the-Air-Test mit Doppelpolarisationsantenne

​Die gleiche Synchronisationsebene kann auf MIMO-Testsysteme ausgeweitet werden. Bei modernen Kommunikationsstandards wie 5G NR werden MIMO-Schemata für viele Antennen auf einem einzigen Gerät verwendet, um eine Kombination aus höheren Datenraten durch mehr räumliche Streams oder eine robustere Kommunikation durch Beamforming zu ermöglichen. Es ist nicht überraschend, dass die MIMO-Technologie die Design- und Testkomplexität erheblich erhöht. Denn je mehr Schnittstellen ein Gerät hat, desto mehr Kanäle müssen synchronisiert werden. Dank seines kompakten Footprints können Sie zwei PXIe-5842 mit VSTs mit 54 GHz Frequenzerweiterung in einem einzigen PXI-Chassis synchronisieren. Sie können Ihre Systeme mit MXI weiter ausbauen, um mehrere Chassis als ein PXI-System zu integrieren.

Abbildung 8: Ingenieure können zwei PXIe-5842 mit VSTs mit 54 GHz Frequenzerweiterung in einem einzigen PXI-Chassis synchronisieren.

​Sie können jedes VST wie ein Einzelgerät völlig phasenkohärent synchronisieren. In der Hardware kann ein VST jeden LO für die Remote-Messmodule und das ZF-basierte Subsystem synchronisieren sowie den LO für andere VSTs freigeben, sodass alle RF-Systemkomponenten synchronisiert werden können. In der Software können Sie die patentierte T-Clock(TClk)-Technologie von NI verwenden, um mehrere Geräte mithilfe der NI-TClk-API problemlos zu synchronisieren.

​Integration mehrerer Geräte in die PXI-Plattform

^{​Abbildung 9: Integration mehrerer Geräte mit der NI-TClk-API}

​Für viele RF-Testanwendungen ist neben der Erzeugung und Analyse von RF- oder Basisband-Signalverläufen zusätzliche I/O erforderlich. Dies kann eine Netzversorgung oder eine Source Measure Unit (SMU), ein musterbasiertes Digitalgerät zur Steuerung von Prüflingen oder eine ganze Reihe anderer analoger, digitaler und DC-Geräte umfassen. Als Teil der PXIe-Plattform bietet der VST PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung wie jedes PXIe-Gerät von NI grundlegende Ressourcen zur einfacheren Erstellung von Tests, zur vereinfachten Triggerung und Synchronisierung sowie zur Maximierung der Messgeschwindigkeit. Sie können mit der gleichen NI-TClk-Technologie, die Sie zur Synchronisation mehrerer VSTs verwenden, auch andere Geräte synchronisieren und eine einheitliche Lösung für automatisierte Tests und Messungen realisieren.

​​Ein weiteres Produkt aus der NI-Familie von VSTs mit Frequenzerweiterungen ist der PXIe-5831. Er verfügt über einen PXI-basierten VST, der der Konfiguration eines Remote-Messmoduls ähnelt, mit einigen wichtigen Unterschieden. Der PXIe-5831 basiert auf den VSTs der zweiten Generation und bietet einzigartige Schaltfunktionen mit zwei mmWave-Funkempfängern, die an einem einzigen PXIe-5831 angeschlossen sind. Mit bis zu 32 geschalteten RF-Schnittstellen eignet sich der PXIe-5831 hervorragend für den Test von mehrkanaligen Phased-Arrays, Beamforming-Architekturen und Radar-Prototypenerstellung. Zudem ist er für diese Art von Anwendungen eine nützliche Alternative zum PXIe-5842.​

mmWave-Funkempfänger mit integriertem Switching

​Abbildung 10: mmWave-Funkempfänger mit integriertem Switching: PXIe-5831

​Beim PXIe-5831 erfolgt die Frequenzumwandlung von und zu mmWave wie beim PXIe-5842 in einem Remote-Funkempfänger, der mit dem PXI-basierten ZF-Subsystem verkabelt ist, wodurch die Frequenzabdeckung beim PXIe-5831 mit Remote-Funkempfängern auf bis zu 44 GHz erweitert wird. Jeder mmWave-Funkempfänger ist in drei verschiedenen Konfigurationen erhältlich – 2, 9 und 16 Schnittstellen –, um eine Anpassung an die Anforderungen des Prüflings zu ermöglichen. Die zusätzlichen Schnittstellen werden mit einem Switch-Netzwerk erstellt, das in die Kalibrierungsroutinen des Geräts integriert ist, so dass die Leistungsspezifikationen bis hin zu den Prüfschnittstellen genau sind.

^{Abbildung 11: VST PXIe-5831 – Detailansicht}

​Bei den frequenzerweiterten VSTs von NI können Sie aus zahlreichen Optionen diejenige auswählen, die für eine bestimmte Anwendung optimal ist. Dies kann ein zusätzliches Maß an Vielseitigkeit und Skalierbarkeit ermöglichen, das oft erforderlich ist, um die Testeffizienz zu maximieren.

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^{Tabelle 3: Spezifikationsvergleich von PXIe-5831 und PXIe-5842 mit Frequenzerweiterungen​.}

​​In Validierungs- und Produktionstestumgebungen wirken sich Gerätedurchsatz, Automatisierung und Testzeit direkt auf den Geschäftserfolg aus. Die Hardware- und Software-Architektur des VST PXIe-5842 ist für eine hohe Messgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Messleistung optimiert.

​Der PXIe-5842 verwendet viele der Softwaretools, die auch frühere VST-Generationen verwendeten, was eine schnelle Umstellung auf den PXIe-5842 gewährleistet und gleichzeitig dieselben branchenführenden Testoptimierungen ermöglicht, die Kunden von früheren VSTs kennen.

​RFmx: Nativer, geschwindigkeitsoptimierter Treiber für gängige Testentwicklungssprachen

​Die Familie der frequenzerweiterten VSTs von NI wird über die Anwendungssoftware RFmx konfiguriert und gesteuert. RFmx verfügt über eine intuitive Programmierschnittstelle (API), die sowohl eine einfache Bedienung als auch eine fortschrittliche Messkonfiguration für generische RF- und normspezifische Messungen ermöglicht. Es verfügt über eine hochoptimierte API zur Bewältigung von Aufgaben, die von RF-Spektralmessungen, einschließlich Kanalleistung, Nachbarkanalleistung und Leistungsspektrum, bis hin zu Messungen an digitalen und analogen modulierten Signalen reichen. Sie können damit auch Ihre Programme mit standardbasierten Messungen für 5G NR, Wi-Fi 7, Bluetooth und mehr automatisieren.

^{​Abbildung 12: 5G-NR-Messungen mit} NI-RFmx in LabVIEW und .NET

​Abbildung 12 zeigt eine 5G-NR-konforme Kanalleistungsmessung an einem Beispiel in RFmx LabVIEW und .NET mit nur wenigen Funktionsaufrufen. Sie können mithilfe von mehr als 100 Beispielprogrammen in C, .NET und LabVIEW, mit denen sich die Automatisierung von Geräten leicht bewerkstelligen lässt, erste Schritte unternehmen. Die NI-RFmx-API umfasst High-Level-Parameter, die auf intelligente Weise die Geräteeinstellungen optimieren, damit Sie mit möglichst wenigen Softwareaufrufen die bestmögliche Messqualität erzielen. Darüber hinaus verfügt NI-RFmx über Funktionen, mit denen die Softwarekomplexität bei parallelen Multimessungen und Messungen mit mehreren Prüflingen erheblich minimiert wird. Mit den neuesten Prozessortechnologien und einfach zu programmierenden Multithreading-Messungen zur Verkürzung der Prüfzeit können Sie branchenweit unschlagbare Messgeschwindigkeiten erzielen.

^{Abbildung 13: Der VST kombiniert einen Vektorsignalgenerator mit hoher Bandbreite, einen Vektorsignalanalysator, eine schnelle digitale Schnittstelle und einen leistungsstarken FPGA in einem einzigen PXI-Gerät. Das Remote-Messmodul ergänzt die VST-Architektur um Innovationen, die auf die zunehmende Komplexität – und Unsicherheit – von Standards, Protokollen und Technologien für drahtlose Netzwerke ausgerichtet sind.}

​mmWave-Over-the-Air(OTA)-Validierung

​Over-the-Air(OTA)-Testanwendungen können bei mmWave-Frequenzen von besonderer Bedeutung sein. Bei Anwendungen wie dem Beamforming für MIMO-Antennen-Arrays sind durchgeführte Tests aufgrund der räumlichen Eigenschaften der Signalverläufe sowie der Anzahl der verwendeten Antennen in vielen Situationen nicht praktikabel. Für diese Testfälle ist häufig ein OTA-Test und die Verwendung einer Absorberkammer erforderlich.

Abbildung 14: 5G-mmWave-OTA-Test mit dem PXIe-5842

​Die 5G-mmWave-OTA-Validierungsreferenzarchitektur von NI kombiniert den PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung mit einem umfassenden Set an Hard- und Software zur Optimierung von OTA-Tests. Die Architektur des Remote-Messmoduls bedeutet, dass die Pfaddämpfung bei mmWave-Frequenzen aufgrund der Nähe zur Testkammer minimal ist. Der PXIe-5842 wird auf ähnliche Weise in das System integriert wie der PXIe-5831, was eine einfache Umstellung von einem VST zum anderen ermöglicht.

​Weitere Informationen zur 5G-mmWave-OTA-Validierung

​RFFE-Produktionstest

​Sie können VSTs mit Frequenzerweiterung auf ähnliche Weise wie die anderen PXI-VSTsin Halbleitertestsysteme (Semiconductor Test System, STS) und andere RFFE-Produktionstestlösungen integrieren.     

​Erfahren Sie mehr über die NI-Lösungen für RFFE-Produktionstests mit hohen Volumina.

​Radar und elektronische Kampfführung (EloKa)

​Systeme für Radar und elektronische Kampfführungssysteme (EloKa) befinden sich inmitten eines technologischen Umbruchs, da aktive elektronisch abgetastete Arrays, Ultra-Breitbandtechnologie und kognitive Systeme neue Herausforderungen für den Entwurf und das Testen darstellen.

​Die modulare Instrumentierung und die offene Software von NI geben technischen Fachkräften die Tools an die Hand, um eine anpassbare Emulation von Bedrohungen mit HF-Vektorsignal-Transceiver-Modulen und FPGA-Coprozessoren bereitzustellen. Skalieren Sie Ihre Validierung auf Systemebene, um mehrere Bedrohungsemitter pro Kanal zu unterstützen, überwachen und analysieren Sie Ihre Systemleistung in Echtzeit oder zeichnen Sie empfindliche Signale auf und geben Sie sie sicher auf einer gemeinsamen modularen Geräteplattform wieder.

​Sie können den VST von NI für funktionale und parametrische EloKa-Tests sowie für die Validierung auf Systemebene, die Generierung von Multi-Emitter-RF-Bedrohungen, die Signalüberwachung und -analyse in Echtzeit sowie die Breitband-RF-Aufzeichnung und -Wiedergabe verwenden. 

​Erfahren Sie mehr über die Lösungen von NI für Radar und elektronische Kampfführung.

​Telemetrie- und Datenlink-Validierungssystem für die Satellitenkommunikation

​Der PXIe-5842 mit 54 GHz Frequenzerweiterung bietet dieselben Vorteile für die SATCOM-Telemetrie wie der Standard-PXIe-5842.

​​Erfahren Sie mehr über die Lösungen von NI für SATCOM-Telemetrie- und Datenlink-Validierungssysteme.​