儀器​創新:​mmWave 測試

綜覽

針對​新的​無線​標準​實作​檢驗​或​生產​測試​策略​十分​困難。​日趨​複雜​的 5G New Radio (NR) 等​全新​無線​標準​與​技術,​更​讓​前述​作業​難上加難。​其中​包括​更大​也​更​複雜​的​波形、​呈​指數​增加​的​測試​點,​以及​須​採用​波束​賦​形​與​相位​陣列​天線​等​技術​的​有限​鏈​路​預算。​為了​協助​您​解決​這些​挑戰,​NI 推出 PXIe-5831 毫米波 (mmWave) 向量​訊號​收發​器 (VST),​本​產品​的​架構​可​配合​受​測​裝置 (DUT) 日新月異​的​需求​進行​調整,​並能​以​高速​完成​高​品質​量​測​作業。​本​款 PXI 向量​訊號​收發​器 (VST) 能​藉由​簡化​複雜​的​量​測​要求​與​所需​的​測試儀​器,​協助​您​縮短​新​測試​設備​上線​的​所需​時間。

內容

VST 架構​的​延伸


圖 1. 具備 mmWave 延伸​功能​的 PXI 向量​訊號​收發​器 (VST) 核心​程式圖

VST 的​核心​在​單一 PXI 儀器​上​結合​高​頻寬​向量​訊號​產生器、​向量​訊號​分析​器、​高速​數位​介面​與​使用者​可​程式​化​的 FPGA。​mmWave VST (PXIe-5831) 具備​創新​技術,​著重​因應​無線​標準、​協定、​技術、​日​俱​增​的​複雜性​與​不​確定​性,​並​透過​這些​創新​技術​延伸 VST 架構。

具備​整合​式​切換​功能​的 mmWave Radio Head


圖 2. 具備​整合​式​切換​功能​的 mmWave Radio Head

將​頻率​轉換​至 mmWave 與​從 mmWave 轉換​頻率​的​作業,​是在​連接​至 PXI 架構 IF 子​系統的 Radio Head 內​執行;​就 PXIe-5831 mmWave VST 而言,​其​頻率​範圍​可​延伸​至​高達 44 GHz。​每個 mmWave VST IF 子​系統​最多​可​支援 2 個 Radio Head,​這些 Radio Head 提供 2 埠、​9 埠​與 16 埠​等 3 種​配置,​以​配合 DUT 的​需求。​使用​整合​於​儀器​校準​常​式​中的​切換​器​網路,​即可​建立​額外​的​連接​埠,​讓​連接​至​測試​連接​埠​的​效能​規格​持續​準確。​以下​的​測試​配置​範例​說明,​mmWave Radio Head 如何​配合​多頻 TX/​TX RF 前端​模組​潛在​的​高​連接​埠​數​需求:


圖 3. 配合 mmWave Radio Head 的​測試​配置​範例

在​遠端 Radio Head 執行​最終​轉換​階段,​可為​測試​器​或​測試​單元​的​實體​配置​提供​靈活​彈性。​您​可​將 Radio Head 安置​於​較​接近 DUT 的​位置,​並​減少​高頻​長​纜線​的​數量,​以及​隨​之​產生​的​功率​與​訊號​品質​損耗。​中​頻 (IF) 下​的​損耗​遠​低於 mmWave 下​的​損耗,​因此​將​功率​傳輸​需求​轉移​至​較低​頻率,​意味著​可​讓​最​需要​的​地方​享有​更高​功率,​也就是 mmWave 測試​連接​埠。​以下​範例​將​用於 +23 dBm 儀器​的 1 條 3 公尺​纜線,​以及​用於​如 mmWave VST 等 +17 dBm 儀器​的 1 公尺 IF 與 2 公尺 mmWave 纜線​進行​比較,​不妨​將​此​納入​考量:

具備 IF 與 mmWave 測試​連接​埠​的​多頻​範圍


圖 4. 具備 IF 與 mmWave 測試​連接​埠​的​多頻​範圍

mmWave RFIC 可​延伸​現今​的 RF 訊號​鏈​設計,​增加​頻率​轉換、​波束​賦​形​與​相位​陣列​輻射​的​額外​步驟。​理想​的​測試​方式​需要​具備​足夠​靈活​度​以​配合​這些​測試​點,​進而​順應​不斷​變化​的​設計​與​要求;​同時​也要​能​調整​速度​與​成本,​以​滿足​大量​需求。

為​提供​靈活​彈性​以​配合​訊號​鏈​每個​步驟​中​各不相同​的​要求,​mmWave VST 具備​適用於​中​頻​與 mmWave 頻率​的​雙向​測試​連接​埠。​雙向​測試​連接​埠​可​免除​在​儀器​外部​進行​訊號​處理​與​切換​作業​的​額外​需要,​還可以​在​進一步​提升​量​測​品質​的​同時,​降低​整體​系統​複雜度。


圖 5. mmWave VST 具備​適用於​中​頻​與 mmWave 頻率​的​雙向​測試​連接​埠。

mmWave VST 包含 2 個 IF 測試​連接​埠,​可​獨立​使用​或​搭配 mmWave Radio Head 一併​使用。​這些​連接​埠​提供​最高​達 21 GHz 的​頻率​範圍,​並​具備​直接​介面,​適用於​頻率​升/​降​轉換器​或​內建​頻率​轉換​功能​的​波束​賦​形​器 IC 等​多頻​裝置。​而​配備​這些​連接​埠,​意味著 mmWave VST 可​直接​介​接​多頻​裝置,​無需​使用​額外​儀器​或​處理​外部​訊號。

高效​設計​特性化

 

1 GHz 的​瞬間​頻寬

 

從 5G 與 802.11ax 等​新一代​無線​技術,​到​雷達​測試​與​頻譜​監​控​等​先進​航​太​與​國防​應用,​對​較大​訊號​頻寬​的​需求​逐漸​增加,​以​藉此​達到​更高​的​峰值​資料​傳輸​率。​利用​快速​取樣、​高​線​性​數位​對​類比​轉換器 (DAC),​以及​類比​對​數位​轉換器 (ADC) 與​寬頻​內部​校準​機制,​mmWave VST 提供 1 GHz 的​瞬間 RF 頻寬,​並​具備​優異​的​量​測​準確度。


圖 6. mmWave VST 提供 1 GHz 的​瞬間 RF 頻寬,​並​具備​優異​的​量​測​準確度。

NI VST 具有​高​瞬間​頻寬​與​經​校準​的​前端,​讓​您​能​有效​將​其​部署​至​嚴苛​的​應用,​例如​雷達​目標​模擬、​多​載​波​聚合、​數位​預​失真 (DPD) 演算法​實作、​5G 原型​驗證​與​即時​頻譜​分析​等。​此外,​mmWave VST 整合​適用於​振幅​與​相位​修正​的​專利​演算法,​可在​極大​的​瞬間​頻​寬頻​展​中,​使​線​性​相位​達到​高​絕對​振幅​準確度​與​低​誤差。

誤差​向量​幅度​量​測​效能

VST 運用​進​階​的​專利 IQ 校準​技術,​可​針對​寬頻​訊號​達成​同級​最佳​的​誤差​向量​幅度 (EVM) 效能。​新一代​無線​裝置​的​一項​關鍵​要素,​是​對​較大​頻寬​的 EVM 效能​有​更​嚴苛​的​要求。​隨著​調​變​機制​與​寬頻​多​載​波​的​訊號​設定​不斷​提高,​現今​無線​裝置​的 RF 前端​必須​具備​更​優異​的​線​性​度​與​相位​雜訊,​才能​提供​符合​需求​的​調​變​效能。​因此,​適用於​無線​裝置​測試​的​測試儀​器​必須​提供​更為​準確​的 RF 效能。

如果​您​對 EVM 效能​有著​嚴苛​要求,​那麼 PXI 儀器​的​模組化​設計​將能​讓​您​更進一步​地​提升 VST 的​原生​效能。​使用 PXI 外部​局部​震盪​器 (LO),​透過​您​的 mmWave VST 架構​系統,​即可​達到​優於 -40 dB 的 EVM 效能。

相位​同調​同步化

 

結合​模組化 mmWave VST 架構​與 PXI 平台,​可為​需要​相位​同調​的​多​通道​量​測​作業​提供​同步​化​與​調整​功能。​您​可​針對​雙​極化​天線​空中​傳輸​測試​等​應用,​在​現成​可用​的 2 個 mmWave VST 之間​達成​毫​微秒​同步:


圖 7. 雙​極化​天線​空中​傳輸​測試

您​可​將​同​層​級​的​同步​化​作業​延伸​至​多重​輸入/​輸出 (MIMO) 測試​系統。​諸如 802.11ax、​LTE Advanced Pro 與 5G 等​現代​通訊​標準,​皆​針對​單一​裝置​的​多個​天線​使用 MIMO 機制,​以​透過​更多​空間​串​流​提升​資料​傳輸​率,​或​透過​波束​賦​形​提供​更​穩定​的​通訊。​不​意外​地,​MIMO 技術​使​設計​與​測試​的​複雜度​大幅​提高。​MIMO 不但​增加​了​裝置​埠​數,​還​必須​同步​化​多個​通道。​PXI mmWave VST 的​小巧​體積,​讓​您​可​將​單一 18 槽 PXI 機​箱​內​多​達 3 個​的 PXIe-5831 VST 同步。​您​可​利用 MXI 將​其他​機​箱​整合​為​單一 PXI 系統,​進一步​擴充​系統。


圖 8. 工程師​可​將​單一 18 槽 PXI 機​箱​內​的 PXIe-5831 同步。

如同​單一​儀器​一樣,​您​可​利用​完全​相位​同調​的​方式​將​每個 VST 同步。​在​硬體​部分,​VST 可​匯入​或​匯出 LO,​因此​所有​模組​皆可​共用​共通​的 LO。​在​軟體​部分,​您​可​使用 NI 的​專利 T-​Clock (T-​Clk) 技術,​利用 NI T-​Clk API 輕鬆​地​將​多個​儀器​同步。

生產​測試​的​速度​與​可​調整性


裝置​傳輸​率​與​測試​時間​會​直接​影響​商業​成敗,​尤其在​生產​測試​環境​中​更是​如此。​mmWave VST 的​軟​硬體​架構​已​針對​量​測​速度​最佳​化,​無須​犧牲​量​測​效能。

與 PXI 平台​的​多​儀器​整合

 


圖 9. 與 PXI 平台​的​多​儀器​整合

大多 RF 測試​應用​皆​需要 RF 或​基​頻​波形​產生​與​分析​作業​之外​的​額外 I/​O。​這​可能​包含​電源​供應​器​或​電源​量​測​單元 (SMU)、​適用於​控制​的​碼​型​架構​數位​裝置,​或是​多功能​數位​電錶 (DMM)。​mmWave VST 屬於 PXI 平台​的​一部分,​並與​所有 NI PXI 儀器​共用​相同​的​基本​資源,​使​建立​測試​計畫​的​作業​更​流暢、​觸發​與​同步​化​作業​進一步​簡化,​同時​提供​最高​的​量​測​速度。​您​可​使用​將​多個 VST 同步​化​的​相同 T-​Clock 技術​來​同步​其他​儀器,​並​建立​一致​的​自動化​測試​與​自動化​量​測​解決​方案。

適用於​常見​測試​開發​語言,​最​迅速​的​原生​驅動​程式

mmWave VST 為​透過 RFmx 應用軟體​設定​與​控制。​RFmx 提供​直覺​化​的​程式設計 API,​讓​一般 RF 與​特定​標準​的​量​測​作業​享有​易​用​與​高階​量​測​設定​功能。​RFmx 具備​經​高度​最佳​化​的 API,​可​執行​眾多​作業,​從​通道​功率、​鄰​頻​功率​與​功率​頻譜​等 RF 頻譜​量​測​作業,​到​數位​與​類比​調​變​訊號​的​量​測​作業​皆​包含​在內。​您​也​可用​其​將​程式​自動化,​因應 5G NR、​LTE Advanced Pro、​Wi-​Fi 6、​藍芽​與​其他​技術​的​標準​架構​量​測​作業。


圖 10. 在 LabVIEW 與 .NET 中,​使用 NI RFmx 執行 5G NR 量​測​作業

上​圖​說明​的是,​使用​僅​呼叫​數​個​函式​的 RFmx LabVIEW 與 .NET 範例,​以及​與 5G NR 相容​的​通道​功率​量​測​作業。​您​可​利用​超過 100 個 C、.NET 與 LabVIEW 的​範例​程式,​快速​展開​作業,​而且​這些​範例​程式​的​設計,​可​讓​儀器​自動化​作業​簡單明瞭。​NI-​RFmx API 包含​高階​參數,​能​以​智慧​化​方式​將​儀器​設定​最佳​化,​協助​您​以​最少​的​軟體​呼叫​實現​最佳​的​量​測​作業​品質。​此外,​NI-​RFmx 的​功能​可​大幅​簡化​多量​測​平行​機制​與​多 DUT 量​測​的​軟體​複雜度。​運用​最新​的​處理器​技術​與​易​設定​的​多​執行​緒​量​測​作業,​您​可以​減少​測試​時間,​進而​達到​領先​業界​的​量​測​速度。


圖 11. VST 在​單一 PXI 儀器​上​結合​高​頻寬​向量​訊號​產生器、​向量​訊號​分析​器、​高速​數位​介面​與​使用者​可​程式​化​的 FPGA。
mmWave VST (PXIe-5831) 具備​創新​技術,​著重​因應​無線​標準、​協定​與​技術,​以及​與日俱增​的​複雜性​與​不​確定​性,​並​透過​這些​創新​技術​延伸 VST 架構。