Innovations d’instruments pour le test à ondes millimétriques

En son cœur, le VST combine 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 VST avec des innovations axées sur la complexité et l’incertitude croissantes des normes, protocoles et technologies sans fil.

Têtes radio à ondes millimétriques avec commutation intégrée

La conversion de fréquence vers et depuis des ondes millimétriques est effectuée dans une tête radio câblée au sous-système IF basé sur PXI, ce qui étend la couverture de fréquence jusqu'à 44 GHz pour le VST à ondes millimétriques PXIe-5831. Chaque sous-système IF VST à ondes millimétriques peut supporter jusqu’à deux têtes radio, disponibles en trois configurations (2, 9 et 16 ports) pour s’adapter aux besoins du DUT. Les ports supplémentaires sont créés avec un réseau de commutation qui est intégré dans les routines d’étalonnage de l’instrument, de manière à rendre précis les spécifications de performances jusqu’aux ports de test. Voici un exemple de configuration de test qui montre comment les têtes radio à ondes millimétriques peuvent correspondre aux exigences de port potentiellement élevées pour un module frontal RF TX/TX multibande :

L’exécution de l’étape finale 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 DUT et atténuer les longs coups de câble haute fréquence et les pertes associées de puissance et de qualité du signal. Les pertes aux fréquences intermédiaires (IF) peuvent être considérablement inférieures à celles des ondes millimétriques, de sorte que le déplacement des exigences de puissance vers les fréquences inférieures signifie plus de puissance là où c’est important : aux ports de test des ondes millimétriques. Prenons l’exemple suivant de comparaison d’une longueur de câble de trois mètres d’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 d’un instrument de +17 dBm comme le VST à ondes millimétriques.

Couverture multibande avec ports de test IF et à ondes millimétriques

Les RFIC à ondes millimétriques étendent les chaînes de signaux RF des conceptions actuelles à travers des étapes supplémentaires de conversion de la fréquence, de formation de faisceaux et de rayonnement à commande de phase. Une approche de test idéale doit pouvoir correspondre à ces points de test avec suffisamment de flexibilité afin de s’adapter à l’évolution des conceptions et des exigences tout en étant capable d’évoluer en termes de vitesse et de coût pour répondre aux exigences en volume.

Afin d’offrir la flexibilité nécessaire pour s’adapter aux exigences variables de chaque étape de la chaîne de signaux, le VST à ondes millimétriques dispose de ports de test bidirectionnels dédiés aux fréquences à ondes millimétriques et intermédiaires. Les ports de test bidirectionnels éliminent le besoin de conditionnement de signal et de commutation supplémentaires en dehors de l’instrument et améliorent davantage la qualité des mesures tout en réduisant la complexité globale du système.

Le VST à ondes millimétriques comprend deux ports de test IF qui peuvent être utilisés indépendamment ou avec les têtes radio à ondes millimétriques. Ces ports offrent une couverture de fréquence allant jusqu’à 21 GHz et offrent une interface directe aux périphériques multifréquence tels que les convertisseurs éleveurs/abaisseurs de fréquence ou les circuits intégrés de formation de faisceaux avec conversion de fréquence intégrée. Grâce à ces ports, le VST à ondes millimétriques peut s’interfacer directement avec des périphériques multibande sans instrumentation supplémentaire ni conditionnement de signal externe.

1 GHz de bande passante instantanée

Des technologies sans fil de nouvelle génération telles que la 5G et le 802.11ax aux applications aérospatiales et de défense avancées telles que les tests radar et la surveillance du spectre, la demande d’une bande passante de signal plus large pour atteindre des débits de données de pointe plus élevés ne cesse de croître. Utilisant un échantillonnage rapide, des convertisseurs numérique-analogique (C N/A) et des convertisseurs analogique-numérique (C A/N) à haute linéarité et des mécanismes d’étalonnage interne à large bande, le VST à ondes millimétriques offre une bande passante RF instantanée de 1 GHz avec une excellente précision de mesure.

Grâce à la large bande passante instantanée et aux frontaux étalonnés des VST NI, vous pouvez les déployer efficacement pour des applications exigeantes telles que la simulation de cibles radar, l’agrégation multicarrière, les implémentations d’algorithmes de prédistortion numérique (DPD), le prototypage 5G et l’analyse de spectre en temps réel. De plus, les VST à ondes millimétriques intègrent des algorithmes brevetés de correction d’amplitude et de phase pour une précision d’amplitude absolue élevée et un faible écart par rapport à la phase linéaire sur toute leur large bande passante instantanée. 

Performances des mesures de l'amplitude du vecteur d'erreur
 

Le VST utilise des techniques d’étalonnage IQ avancées et brevetées pour fournir les meilleures performances d’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) aux signaux à large bande. Une composante critique des périphériques sans fil de la prochaine génération est l’exigence de performances EVM encore plus strictes par rapport aux bandes passantes croissantes. Avec des schémas de modulation d’ordre supérieur et des configurations de signaux multicarrière à large bande, les frontaux RF des périphériques sans fil d’aujourd’hui nécessitent une meilleure linéarité et un meilleur bruit de phase pour fournir les performances de modulation requises. Par conséquent, l’instrumentation de test pour les tests de périphériques sans fil doit fournir des performances RF encore plus précises.

Si vous avez des exigences de performances EVM strictes, la conception modulaire des instruments PXI vous permettra d’améliorer davantage les performances natives du VST. En utilisant l’oscillateur local externe (LO) PXI, vous pouvez atteindre des performances EVM supérieures à -40 dB avec vos systèmes basés sur le VST à ondes millimétriques.

Synchronisation en cohérence de phase

L’architecture VST à ondes millimétriques modulaire et la plate-forme PXI fournissent ensemble des capacités de synchronisation et de mise à l’échelle lors des mesures multivoies qui nécessitent une cohérence de phase. Vous pouvez réaliser une synchronisation en nanosecondes entre deux VST à ondes millimétriques disponible par défaut pour des applications telles que le test en direct d’antenne à double polarisation :

Vous pouvez étendre le même niveau de synchronisation aux systèmes de test MIMO (Multiple Input, Multiple Output). 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 périphérique afin de fournir une combinaison de débits de données plus élevés par le biais de flux spatiaux plus nombreux ou de communications plus robustes via la formation de faisceaux. Il n’est pas surprenant que la technologie MIMO augmente considérablement la complexité de la conception et des tests. Cela augmente non seulement le nombre de ports sur un périphérique, mais aussi d’introduire des exigences de synchronisation multivoies. La surface d'encombrement compacte du VST à ondes millimétriques PXI vous permet de synchroniser jusqu’à trois VST PXIe-5831 dans un seul châssis PXI à 18 emplacements. Vous pouvez étendre davantage vos systèmes en utilisant MXI pour intégrer des châssis supplémentaires en tant que système PXI unique.

Comme un seul instrument, vous pouvez synchroniser chaque VST de manière complètement cohérente par phase. Au niveau matériel, un VST peut importer ou exporter la LO pour que tous les modules puissent partager une LO commune. Au niveau logiciel, vous pouvez utiliser la technologie T-Clock (T-Clk) brevetée de NI pour synchroniser facilement plusieurs instruments à l’aide de l’API NI T-Clk.

Dans les environnements de test en production en particulier, le débit du périphérique et le temps de test ont un impact direct sur le succès de l’entreprise. L’architecture matérielle et logicielle du VST à ondes millimétriques est optimisée pour favoriser la vitesse de mesure sans sacrifier les performances de mesure.

Intégration multi-instruments avec la plate-forme PXI

La plupart des applications de test RF nécessitent des E/S supplémentaires en plus de la génération et de l’analyse de signaux en bande de base ou RF. Il peut s'agir d'une alimentation ou d'une unité de mesure de source (SMU), d'un périphérique numérique basé sur un modèle de contrôle ou d'un multimètre numérique (DMM). En tant qu’élément de la plate-forme, le VST à ondes millimétriques partage les mêmes outils de base que n'importe quel instrument PXI de NI pour simplifier la création de programmes de test, le déclenchement ainsi que la synchronisation, et maximiser la vitesse de mesure. Vous pouvez recourir à la même technologie T-Clock que vous utilisez pour synchroniser plusieurs VST afin de synchroniser d’autres instruments et créer une solution de test et de mesure automatisés unifiée.

Driver natif optimisé pour les langages de développement de tests communs
 

Le VST à ondes millimétriques est configuré et contrôlé par le logiciel d'application 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, y compris la puissance des voies, la puissance des voies adjacentes et le spectre de puissance, aux mesures des signaux modulés numériques et analogiques. Vous pouvez aussi l’utiliser afin d’automatiser vos programmes avec des mesures standard pour 5G NR, LTE Advanced Pro, Wi-Fi 6, Bluetooth, etc.

L’image ci-dessus illustre une mesure de puissance de voie conforme 5G NR à l’aide d’un LabVIEW RFmx et d’un exemple .NET avec seulement quelques appels de fonction. Plus de 100 exemples de programmes en C, .NET, et LabVIEW sont disponibles pour vous aider à démarrer. Ces programmes sont conçus pour simplifier l’automatisation d’instruments. L'API NI-RFmx comprend des paramètres de haut niveau qui optimisent intelligemment les paramètres de l'instrument pour vous aider à obtenir des mesures de la plus haute qualité avec le minimum d'appels logiciels. De plus, NI-RFmx dispose de fonctionnalités qui simplifient considérablement la complexité logicielle du parallélisme de plusieurs mesures et des mesures sur plusieurs DUT. Vous pouvez atteindre des vitesses de mesure de pointe en utilisant les dernières technologies de processeur et des mesures multithread faciles à programmer pour réduire le temps de test.

​​Another product in the NI family of VSTs with frequency extensions is the PXIe-5831. It has a similar PXI-based VST to remote measurement module configuration, with a few important distinctions. Based on the second generation VSTs, the PXIe-5831 offers unique switching capabilities with two mmWave radio heads connected to a single PXIe-5831. With up to 32 switched RF ports, the PXIe-5831 is well suited for test of multichannel phased arrays, beamforming architectures, and radar prototyping, and is a useful alternative to the PXIe-5842 for these kinds of applications.​

mmWave Radio Heads with Integrated Switching

^{​Figure 10. mmWave Radio Heads with Integrated Switching: PXIe-5831}

​In the PXIe-5831, like in the PXIe-5842, frequency conversion to and from mmWave is performed in a remote radio head that is cabled to the PXI-based IF subsystem, extending frequency coverage up to 44 GHz for the PXIe-5831 with remote radio heads. Each mmWave radio head is available in three different configurations—2-, 9-, and 16-port—to adapt to the needs of the DUT. The additional ports are created with a switch network that is integrated in the calibration routines of the instrument, so performance specifications are accurate all the way to the test ports.

^{​Figure 11. PXIe-5831 VST Detailed View}

​The choice of options when it comes to NI’s frequency extended VSTs means you can select the best option for a given application. This can enable an added level of versatility and scalability that is often necessary to maximize test efficiency.

^{​Table 3: Specification Comparison of the PXIe-5831 and PXIe-5842 with Frequency Extensions​.}

​​In validation and production test environments, device throughput, automation, and test time directly impact business success. The PXIe-5842 VST’s architecture of hardware and software is optimized for measurement speed without sacrificing measurement performance.

​The PXIe-5842 uses many of the same software tools as previous generations of VST, ensuring a fast transition to the PXIe-5842 while enabling the same industry-leading test optimizations customers enjoyed with previous VSTs.

​RFmx: Native, Speed-Optimized Driver for Common Test Development Languages

​NI’s family of frequency-extended VSTs are configured and controlled by RFmx application software. RFmx provides an intuitive programming API that offers both ease of use and advanced measurement configuration for generic RF and standard-specific measurements. It features a highly optimized API to perform tasks ranging from RF spectral measurements, including channel power, adjacent channel power, and power spectrum, to measurements on digital and analog modulated signals. You can also use it to automate your programs with standard-based measurements for 5G NR, Wi-Fi 7, Bluetooth, and more.

^{​Figure 12. 5G NR Measurements Performed Using NI RFmx in LabVIEW and .NET}

​Figure 12 illustrates a 5G NR-compliant channel power measurement using an RFmx LabVIEW and .NET example with just a few function calls. You can get started with one of more than 100 example programs in C, .NET, and LabVIEW that are designed to make instrument automation straightforward. The NI-RFmx API includes high-level parameters that intelligently optimize instrument settings to help you achieve the highest quality measurements with the fewest software calls. Additionally, NI-RFmx has features that vastly simplify the software complexity of multimeasurement parallelism and multi-DUT measurements. You can achieve industry-leading measurement speeds using the latest processor technologies and easy-to-program multithreaded measurements for test time reduction.

^{​Figure 13. The VST combines a high-bandwidth vector signal generator, vector signal analyzer, high-speed digital interface, and a powerful FPGA onto a single PXI instrument. The remote measurement module extends the VST architecture with innovations focused on addressing the increasing complexity—and uncertainty—of wireless standards, protocols, and technologies.}

​mmWave Over-the-Air (OTA) Validation

​Over-the-air (OTA) test applications can be of particular importance at mmWave frequencies. In applications like beamforming for MIMO antenna arrays, the spatial characteristics of the waveforms as well as the number of antennas used make conductive test impractical in many situations. For these test cases, OTA test and use of an anechoic chamber is often required.

^{​Figure 14: 5G mmWave OTA Test with the PXIe-5842}

​NI’s 5G mmWave OTA Validation Reference Architecture combines the PXIe-5842 with 54 GHz Frequency Extension with a cohesive set of hardware and software to streamline OTA test. The remote measurement module architecture means path loss at mmWave frequencies is minimal due to its proximity to the test chamber. The PXIe-5842 is integrated into the system in a similar manner as the PXIe-5831, meaning an easy transition from one VST to the other.

​Learn more about 5G mmWave OTA Validation

​RFFE Production Test

​You can integrate VSTs with frequency extensions into Semiconductor Test System (STS) and other RFFE production test solutions in a similar way as the other PXI VSTs.     

​Learn more about NI’s solutions for high-volume RFFE production test.

​Radar and Electronic Warfare (EW)

​Radar and electronic warfare (EW) systems are experiencing technology disruption, as active electronically scanned arrays, ultra-wideband technology, and cognitive systems present new design and test challenges.

​NI’s modular instrumentation and open software technologies give engineers the tools to deliver adaptable threat emulation with RF Vector Signal Transceiver modules and FPGA coprocessors. Scale your system-level validation to support multiple threat emitters per channel, monitor and analyze your system performance in real time, or record and playback sensitive signals securely, all on a common modular instrument platform.

​You can use the NI VST for EW functional and parametric test as well system-level validation, performing multi-emitter RF threat generation, real-time signal monitoring and analysis, and wideband RF record and playback. 

​Learn more about NI’s solutions for Radar and Electronic Warfare.

​SATCOM Telemetry and Datalink Validation System

​The PXIe-5842 with 54 GHz Frequency Extension offers the same advantages and benefits for SATCOM telemetry as the standard PXIe-5842.

​ 

​Learn more about NI’s solutions for SATCOM telemetry and datalink validation systems.​