Innovations pour le test à ondes millimétriques

Aperçu

Il est difficile d’établir une stratégie de validation ou de test en production pour les nouvelles normes sans fil. Cela est rendu plus difficile encore avec l'augmentation constante de la complexité des nouvelles normes et technologies sans fil comme la 5G New Radio (NR). Cela comprend des formes d'onde plus larges et plus complexes, une augmentation exponentielle du nombre de points de test et des bilans de liaison restrictifs qui nécessitent des technologies comme la formation de faisceaux et les antennes réseau à commande de phase. Pour vous aider à relever ces défis, NI a mis au point le transcepteur de signaux vectoriels (VST) PXIe-5831 à ondes millimétriques (mmWave) qui fournit des mesures rapides et de grande qualité dans une architecture pouvant s'adapter aux besoins des unités sous test (DUT), même s’ils sont en évolution. Ce transcepteur de signaux vectoriels (VST) PXI raccourcit le temps nécessaire pour mettre en place de nouveaux équipement de test en simplifiant les exigences de mesure complexes et les instruments dont vous avez besoin pour les tester.

Contenus

Une extension de l’architecture du VST


Figure 1. Diagramme principal du transcepteur de signaux vectoriels (VST) au format PXI avec extension à ondes millimétriques

Le VST allie un générateur de signaux vectoriels à large bande passante, un analyseur de signaux vectoriels, une interface numérique haute vitesse et un FPGA programmable par l'utilisateur sur un seul instrument PXI. Le VST à ondes millimétriques (PXIe-5831) étend l'architecture du VST avec des innovations visant à répondre à la complexité et à l'incertitude croissante des normes, des protocoles et des technologies sans fil.

Têtes radio à ondes millimétriques avec commutation intégrée


Figure 2. Têtes radios à ondes millimétriques avec commutation intégrée

La conversion de fréquence vers les ondes millimétriques et à partir de celles-ci s’effectue dans une tête radio câblée au sous-système IF basé sur PXI, étendant la couverture de fréquence jusqu'à 44 GHz pour le VST à ondes millimétriques PXIe-5831. Chaque sous-système IF du VST à ondes millimétriques peut prendre en charge jusqu'à deux têtes radio se déclinant en trois configurations, 2, 9 et 16 ports, afin de s'adapter aux besoins des unités sous test (DUT). Les ports supplémentaires sont créés à l'aide d'un réseau de commutateurs intégré dans les routines d’étalonnage de l'instrument, de sorte que les spécifications de performances soient précises jusqu'aux ports de test. Ce qui suit est un exemple de configuration de test qui montre comment les têtes radio à ondes millimétriques peuvent correspondre aux exigences de ports potentiellement nombreux pour un module frontal RF TX/TX multibande.


Figure 3. Exemple de mappage de configuration de test avec des têtes radio à ondes millimétriques

Effectuer la dernière étape de conversion dans une tête distante offre également une flexibilité supplémentaire dans la configuration physique d'un testeur ou d'une cellule de test. Vous pouvez positionner les têtes radio plus près des unités sous test et raccourcir les distances de câbles haute fréquence et diminuer les pertes de puissance et de qualité du signal qui en découlent. Les pertes des fréquences intermédiaires (IF) peuvent être nettement inférieures à celles des ondes millimétriques, de sorte que le déplacement des exigences en matière de délivrance de puissance vers les basses fréquences signifie donc plus de puissance là ou elle est plus importante : aux ports de test à ondes millimétriques. L’exemple suivant compare une longueur de câble de trois mètres pour un instrument de +23 dBm par rapport à une longueur de câble IF d’un mètre et de câble à ondes millimétriques de deux mètres pour un instrument de +17 dBm comme le VST à ondes millimétriques :

Couverture multibande avec ports de test IF et à ondes millimétriques


Figure 4. Couverture multibande avec ports de test IF et à ondes millimétriques

Les circuits intégrés RF à ondes millimétriques étendent les chaînes de signaux RF des conceptions actuelles avec d’autres étapes supplémentaires pour la conversion de fréquence, la formation de faisceau et le rayonnement d’antenne réseau à commande de phase. Une approche de test idéale doit pouvoir se mapper sur ces points de test avec suffisamment de souplesse pour s'adapter à l'évolution des conceptions et des exigences tout en étant capable d'évoluer en vitesse et en coût pour répondre aux demandes en matière de volume.

Pour s'adapter aux différentes exigences de chaque étape de la chaîne du signal, le VST à ondes millimétriques dispose de ports de test bidirectionnels pour les fréquences intermédiaires et à ondes millimétriques. Ces ports éliminent le besoin de conditionnement du signal et de commutation supplémentaires à l'extérieur de l'instrument et améliorent encore la qualité des mesures tout en réduisant la complexité globale du système.


Figure 5. Le VST à ondes millimétriques dispose de ports de test bidirectionnels pour les fréquences intermédiaires et à ondes millimétriques.

Le VST à ondes millimétriques comporte deux ports de test IF pouvant être utilisés indépendamment ou ensemble avec les têtes radio à ondes millimétriques. Ces ports fournissent une couverture de fréquence allant jusqu'à 21 GHz et offrent une interface directe pour les matériels multifréquences tels que les convertisseurs élévateurs et abaisseurs de fréquence ou les circuits intégrés de formation de faisceau avec conversion de fréquence intégrée. Grâce à ces ports, le VST à ondes millimétriques peut directement prendre en charge des matériels multibandes sans instruments supplémentaires ou conditionnement de signal externe.

Hautes performances pour la caractérisation de la conception

 

1 GHz de bande passante instantanée

 

Des technologies sans fil de prochaine génération comme la 5G et 802.11ax aux applications aérospatiales et de défense avancées comme les tests radar et la surveillance du spectre, le marché demande une bande passante de signal plus large de plus en plus forte afin d’atteindre des débits de données de pointe plus élevés. Tirant parti de l'échantillonnage rapide, des convertisseurs numérique-analogique (C N/A) et analogique-numérique (C A/N) de haute linéarité et des mécanismes d’étalonnage interne à large bande, le VST à ondes millimétriques offre 1 GHz de bande passante RF instantanée avec une excellente précision de mesure.


Figure 6. Le VST à ondes millimétriques offre 1 GHz de bande passante RF instantanée avec une excellente précision de mesure.

Grâce à la large bande passante instantanée et aux frontaux étalonnés des VST NI, vous pouvez déployer ces derniers efficacement pour des tâches exigeantes telles que la simulation de cibles radar, l'agrégation de porteuses multiples, la prédistorsion numérique (DPD), l’implémentation d'algorithmes de prédistorsion numérique, le prototypage 5G et l'analyse du spectre en temps réel. De plus, les VST à ondes millimétriques intègrent des algorithmes brevetés de correction d'amplitude et de phase pour une grande précision d'amplitude absolue et un faible écart moyen par rapport à la phase linéaire sur toute la largeur de bande passante instantanée.

Performances des mesures de l'amplitude des vecteurs d'erreur

Le VST utilise des techniques avancées et brevetées d’étalonnage IQ pour fournir les meilleures performances en matière d’amplitude des vecteurs d'erreur (EVM) pour les signaux à large bande. L'un des éléments les plus importants parmi les appareils sans fil de la prochaine génération est le renforcement des exigences des performances en matière d’amplitude des vecteurs d'erreur par rapport à l'augmentation de la bande passante. Avec des schémas de modulation d'ordre supérieur et des configurations de signaux à porteuses multiples à large bande, les modules frontaux RF des dispositifs sans fil actuels exigent une meilleure linéarité et un meilleur bruit de phase pour fournir les performances de modulation requises. Par conséquent, l'instrumentation de test pour le test des dispositifs sans fil doit fournir des performances RF encore plus précises.

Si vous avez des exigences élevées en matière de performances d’amplitude des vecteurs d'erreur, la conception modulaire des instruments PXI vous permet d'améliorer encore davantage les performances originelles du VST. En utilisant l'oscillateur local (LO) externe PXI, vous pouvez obtenir des performances d’amplitude des vecteurs d’erreur supérieures à -40 dB avec vos systèmes basés sur le VST à ondes millimétriques.

Synchronisation en cohérence de phase

 

Ensemble, l’architecture modulaire du VST à ondes millimétriques et la plate-forme PXI assurent la synchronisation des capacités de mise à l'échelle pour les mesures multivoies qui nécessitent une cohérence de phase. Vous pouvez obtenir une synchronisation de l'ordre de la nanoseconde entre deux VST à ondes millimétriques pour des applications telles que le test d'antenne à double polarisation par voie hertzienne :


Figure 7. Test sans fil d’antenne à double polarisation

Vous pouvez étendre le même niveau de synchronisation aux systèmes de test MIMO (à entrées/sorties multiples). Les normes de communication modernes, telles que 802.11ax, LTE Advanced Pro et 5G, utilisent des schémas MIMO pour de nombreuses antennes sur un seul matériel afin de fournir une combinaison de débits de données plus élevés via des flux spatiaux plus importants ou des communications plus robustes via formation de faisceau. Sans grande surprise, la technologie MIMO ajoute une grande complexité à la conception et aux tests. Elle augmente non seulement le nombre de ports sur un matériel, mais elle introduit également des exigences de synchronisation multivoies. Grâce à l'encombrement réduit du VST à ondes millimétriques PXI, vous pouvez synchroniser jusqu'à trois VST PXIe-5831 dans un seul châssis PXI 18 emplacements. Vous pouvez développer davantage vos systèmes en utilisant MXI pour intégrer des châssis supplémentaires en un seul système PXI.


Figure 8. Les ingénieurs peuvent synchroniser plusieurs PXIe-5831 dans un seul châssis PXI à 18 emplacements.

Comme un seul instrument, vous pouvez synchroniser chaque VST en respectant la cohérence de phase. Dans le matériel, un VST peut importer ou exporter le LO pour que tous les modules puissent partager un LO commun. Dans le logiciel, vous pouvez utiliser la technologie brevetée T-Clock (T-Clk) de NI pour synchroniser facilement plusieurs instruments en utilisant l’API NI T-Clk.

Vitesse et évolutivité pour le test en production


Particulièrement dans les environnements de test en production, le débit et le temps de test des matériels ont un impact direct sur le succès commercial de l'entreprise. L'architecture de matériel et du logiciel du VST à ondes millimétriques est optimisée pour la vitesse de mesure sans sacrifier les performances de mesure.

Intégration multi-instruments avec la plate-forme PXI

 


Figure 9. Intégration multi-instruments avec la plate-forme PXI

La plupart des applications de test RF nécessitent des entrées/sorties supplémentaires au-delà de la génération de signaux RF ou en bande de base. Il peut s'agir d'une alimentation ou d’une unité de source et de mesure (SMU), d'un dispositif numérique à base de modèles pour le contrôle ou d'un multimètre numérique (DMM). En tant qu'élément de la plate-forme PXI, le VST à ondes millimétriques partage les mêmes outils de base avec n'importe quel instrument PXI de NI, ce qui rationalise la création de programmes de test, simplifie le déclenchement et la synchronisation, et maximise la vitesse de mesure. Vous pouvez utiliser la même technologie T-Clock que celle que vous utilisez pour synchroniser plusieurs VST afin de synchroniser d'autres instruments et créer une solution unifiée et automatisée de test et de mesure.

Driver natif optimisé pour les langages de développement de tests communs

Le VST à ondes millimétriques est configuré et commandé par les logiciels d’applications RFmx. RFmx fournit une API de programmation intuitive qui offre à la fois une facilité d'utilisation et une configuration de mesure avancée pour les mesures RF génériques et spécifiques aux normes. Il dispose d'une API hautement optimisée pour effectuer des tâches allant des mesures spectrales RF, comprenant la puissance de voie, la puissance de voie adjacente et le spectre de puissance, aux mesures sur signaux numériques et analogiques modulés. Vous pouvez également l'utiliser pour automatiser vos programmes avec des mesures standard pour 5G New Radio, LTE Advanced Pro, Wi-Fi 6, Bluetooth, et plus.


Figure 10. Mesures 5G New Radio effectuées en utilisant NI RFmx dans LabVIEW et .NET

L'image ci-dessus illustre une mesure de puissance de voie conforme à la norme 5G New Radio en utilisant un exemple RFmx LabVIEW et .NET avec seulement quelques appels de fonction. Vous pouvez débuter avec un modèle parmi les plus de 100 exemples de programmes en C, .NET et LabVIEW conçus pour simplifier l'automatisation d’instruments. L'API NI-RFmx comprend des paramètres de haut niveau qui optimisent intelligemment les réglages de l'instrument pour vous aider à obtenir des mesures de la plus haute qualité avec le moins d'appels logiciels possible. De plus, NI-RFmx possède des caractéristiques qui simplifient considérablement la complexité logicielle du parallélisme multi-mesure et des mesures sur unités sous test multiples. Vous pouvez atteindre des vitesses de mesure encore jamais égalées dans l'industrie en utilisant les dernières technologies de processeur et des mesures multithread faciles à programmer pour réduire le temps du test.


Figure 11. Le VST à ondes millimétriques allie un générateur de signaux vectoriels à large bande passante, un analyseur de signaux vectoriels, une interface numérique haute vitesse et un FPGA programmable par l'utilisateur dans un seul instrument PXI.
Le VST à ondes millimétriques (PXIe-5831) étend l'architecture du VST avec des innovations visant à répondre à la complexité et l'incertitude en perpétuelle croissance des normes, des protocoles et des technologies sans fil.