ミリ波テスト用計測器のイノベーション

PXI VSTは、広帯域ベクトル信号アナライザ、ベクトル信号発生器、高速デジタルインタフェース、高性能なFPGAを単一のPXI計測器に統合したものです。NI PXIe-5842 VSTは、ミリ波周波数でのワイヤレス規格、プロトコル、テクノロジーの増大する複雑性と不確実性に対応するためのイノベーションにより、VSTアーキテクチャを拡張します。

^{図1:54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842 VSTの詳細図}

PXIe-5842 VSTは、PXIe-5842モジュールと必要なNI PXIe-5655デュアル内部発振器 (LO) シンセサイザから構成されています。PXIe-5842は、わずか4つのPXI Expressスロットを使用して、優れたRF性能により、30 MHzから26.5 GHzまでの連続周波数カバレッジと最大4 GHzの瞬時RF帯域幅を提供します。

54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842には、2台目のPXIe-5655デュアル内部発振器シンセサイザが含まれており、NI RMM-5585リモート計測モジュールの2つの双方向RFポートに対して2つの独立した内部発振器を提供します。NI PXIe-5563 RFポートスイッチが追加され、DUTのミリ波ポートおよびDUTのIFポートの両方との接続を提供します。合計で、ミリ波構成は6つのPXIスロットを占有し、RMM-5585リモート計測モジュールの追加が含まれます。

RMM-5585リモート計測モジュールを追加することで、PXIe-5842は最大54 GHzの周波数カバレッジと最大2 GHzの瞬時RF帯域幅を実現できます。RMM-5585は、ミリ波周波数との間で周波数変換を行い、PXIベースのIFサブシステムにケーブル接続されます。このアーキテクチャにより、ミリ波インタフェースを可能な限りDUTの近くに配置することができます。これは、中間周波数での損失をミリ波よりも大幅に減らすことができるため重要です。電力供給要件を低い周波数へシフトすることは、重要な場所 (つまりミリ波テストポート) により多くの電力を提供することを意味します。

このアーキテクチャでは、独立した周波数チューニングに加えて、単一のRMM-5585を使用した同時送受信操作が可能となるため、1台の計測器でさまざまなテスト構成が可能です。ブロック図を図2に示します。

^{図2: 54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842のブロック図}

このアーキテクチャの追加の利点は、必要に応じてリモート計測モジュールを取り外せることです。追加のPXIe-5655デュアル内部発振器シンセサイザ、PXIe-5563 RFポートスイッチ、およびRMM-5585リモート計測モジュールは取り外すことができ、標準のPXIe-5842の全機能と性能にアクセス可能です。これには強化された出力電力、より低い平均ノイズ密度、改善されたEVM性能、最大4 GHzの瞬時帯域幅での波形生成と解析の能力が含まれます。同様に、PXIe-5842の既存ユーザはミリ波構成にアップグレードでき、追加の計測器を必要とせずにミリ波機能を利用できます。これらすべての機能を組み合わせることで、単一の計測器およびプラットフォームで幅広いRFテストおよび計測機能を提供します。

^{​表1:54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842の仕様}

PXIe-5842は、ミリ波テスト構成の簡素化、テストカバレッジの多様性向上、単一の厳密に同期されたPXI計測器での高性能RF測定を可能にする幅広い機能を提供します。

このセクションでは、広周波数カバレッジ、IFおよびミリ波 (RF) テストポートでのマルチバンドカバレッジ、エラーベクトル振幅測定性能、位相同期、およびPXIプラットフォームとの多計測器統合などの機能について説明します。

​広い周波数帯域

​無線スペクトルの割り当ては常に変化しており、無線、セルラー、衛星通信、ナビゲーション、および電波天文学のために異なる帯域が確保されています。将来のミリ波アプリケーションの開発に必要な周波数帯域を確保することは非常に重要です。

最大54 GHzの周波数カバレッジを持つPXIe-5842は、WLAN、UWB、5G FR-1、そして重要なすべての5G FR-2周波数帯 (24.25 GHzから52.6 GHz) を完全にカバーし、これらすべての異なる規格のテストに1台の計測器で対応可能です。高周波数カバレッジにより、PXIe-5842はUHFからKバンドおよびVバンドにおけるさまざまな航空宇宙および防衛用途にも使用できます。応用例としては、レーダターゲットシミュレーション、電子戦および衛星通信のスペクトラムモニタリング、またはレーダや衛星通信システムで一般的に使用される電子走査アレイ (ESA) コンポーネントのパラメトリックテストがあります。

​図3: RFスペクトル全体に及ぶ商用アプリケーションとSATCOMの増加

​以前は、低周波数からミリ波までのスペクトル全体をカバーするためには2つのVSTが必要でした。54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842は、最大周波数を44 GHzから54 GHzに拡大し、1台の計測器でサブ6 GHzのWLAN、セルラー、IoT、その他の周波数帯をカバーできます。計測器の複雑さが軽減されるということは、ミリ波RFICの開発を合理化できる単一のテストベンチを作成して、複数の異なるアプリケーションおよび周波数帯域が共存できることを意味します。

​IFおよびミリ波 (RF) テストポートを介したマルチバンドカバレッジ

ミリ波RFICは周波数変換、ビームフォーミング、フェーズドアレイ放射の追加ステップで、現在の設計のRF信号チェーンを拡張します。理想的なテストアプローチとしては、このようなテストポイントをマッピングする際に設計および要件の進化に適応できる柔軟性を確保できること、さらにスピードとコストを調整して量的な需要にも対応できることが必要です。

​^{図4: 1つのリモート測定モジュールを使用したRF間の双方向テストセットアップ}

信号チェーンの各段階の変化する要件に柔軟に対応するため、PXIe-5842 VSTは中間周波数 (IF) およびミリ波 (RF) の双方向テストポートを備えています。双方向テストポートを使用すると、計測器の外に信号調節機能およびスイッチを追加する必要がなくなり、システム全体の複雑性を低減しながら、計測品質をさらに高めることができます。

^{​図5: 1つのリモート計測モジュールを使用したRF-IF双方向テストセットアップ}

PXIe-5842には、単独またはミリ波リモート測定モジュールと組み合わせて使用できる2つのIFテストポートが搭載されています。これらのポートは30 MHzから26.5 GHzまでの周波数範囲をカバーし、周波数アップコンバータやダウンコンバータ、あるいはビームフォーマICのような周波数変換内蔵の多周波数デバイスへの直接インタフェースを提供します。54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842は、これらのポートを利用して、追加の計測器や外部信号調整装置なしにマルチバンドデバイスと直接インタフェースできます。

最大2 GHzの瞬時帯域幅 (mmWave)

5G NRや802.11be/bn (Wi-Fi 7/8) といった次世代ワイヤレス技術から、レーダーテストおよびスペクトラムモニタリングのような高度な航空宇宙/防衛用途に至るまで、高いピークデータレートを達成するためにより広い信号帯域幅への需要が高まっています。高速サンプリング、高線形性DACとADC変換器、そして広帯域内部キャリブレーション機構を活用し、54 GHz周波数拡張付きPXIe-5842は優れた計測確度の2 GHz即時RF帯域幅を実現します。

この機能により、PXIe-5842はレーダーターゲットシミュレーション、マルチキャリアアグリゲーション、デジタルプリディストーション (DPD) アルゴリズム実装、5G研究とプロトタイピング、リアルタイムスペクトル解析等の要求の厳しい用途に有効に利用できます。また、PXI VSTには、広い瞬時帯域幅全体で高い絶対振幅精度と低偏差の線形位相特性を実現するための振幅および位相補正の特許取得済みアルゴリズムが組み込まれています。

​エラーベクトル振幅計測性能

PXI VSTは、特許取得済みの高度なIQキャリブレーション技術を用いて、広帯域信号に対して業界最高レベルのエラーベクトル振幅 (EVM) 性能を実現します。次世代ワイヤレスデバイスの重要な要素となるのは、帯域幅の拡大よりも、はるかに厳格さを増したEVM性能要件です。昨今のワイヤレス通信システムには高次変調方式と広帯域マルチキャリア信号が導入されていることを背景に、ワイヤレスデバイスのRFフロントエンドは、高い線形性と低い位相ノイズを実現し、必要な変調性能を備えている必要があります。そのため、ワイヤレスデバイステスト用のテスト計測器はさらに正確なRF性能を実現する必要があります。PXIe-5842は、5G NRなどの高次変調方式に対してクラス最高のEVM性能を発揮します。

​表2:54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842の測定済みEVM

​位相コヒーレント同期

54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842のモジュール式アーキテクチャとPXIプラットフォームは組み合わさって、位相同期が必要なマルチチャネル測定に対して同期とスケーリング機能を提供します。デュアル偏波アンテナの無線テストなどのアプリケーション用に、2つのVST間でサブナノ秒同期をすぐに実現できます。

図6: デュアル偏波アンテナの無線テスト

同じレベルの同期をMIMOテストシステムに拡張できます。5G NRなどの最新の通信規格では、単一デバイスの多くのアンテナにMIMOスキームを使用して、より多くの空間ストリームによるより高いデータレート、またはビームフォーミングによるより堅牢な通信を実現しています。当然のことながら、MIMOテクノロジにより、設計およびテストは大幅に複雑化します。デバイスのポート数が増えるだけでなく、複数チャンネルの同期の必要性も生じます。コンパクトな設置面積により、単一のPXIシャーシ内で2台の54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842 VSTを同期できます。MXIを使用してシステムをさらに拡張し、複数のシャーシを1つのPXIシステムとして統合できます。

図7: エンジニアは単一のPXIシャーシ内で、2つの54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842 VSTを同期させることができます。

​単一の計測器と同じく、各VSTを完全に位相コヒーレントな方法で同期させることができます。ハードウェアでは、VSTはリモート測定モジュールとIFベースのサブシステムの各LOを同期するだけでなく、LOを他のVSTと共有して、すべてのRFシステムコンポーネントを同期できます。ソフトウェアでは、NIの特許取得済みT-Clock (TClk) テクノロジーを使用してNI-TClk API経由で複数の機器を簡単に同期させることができます。

​複数計測器とPXIプラットフォームの統合

^{​図8: 複数計測器とNI-TClk APIの統合}

多くのRFテストアプリケーションでは、RFやベースバンド波形生成と解析以外にも追加のI/Oを必要とします。これには、電源またはソースメジャーユニット (SMU)、DUT制御用のパターンベースデジタルデバイス、その他のさまざまなアナログ、デジタル、DC計測器が含まれることがあります。PXIプラットフォームの一部である54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842 VSTは、NIのいかなるPXI計測器とも共通の基盤リソースを共有し、テスト開発を簡素化し、トリガーと同期を効率化して、測定速度を最大化します。複数のVSTを同期させるのに用いるのと同じNI-TClkテクノロジーを利用して、他の計測器も同期させ、統合された自動テストおよび自動測定ソリューションを構築できます。

周波数拡張VSTの別のオプションがNI PXIe-5831です。いくつかの重要な違いはありますが、PXIベースのVSTとリモート測定モジュールの構成は似ています。第2世代VSTをベースにしたPXIe-5831は、単一のPXIe-5831に接続された2つのミリ波ラジオヘッドによるユニークなスイッチング機能を提供しています。最大32個の切り替えRFポートを備えるPXIe-5831は、マルチチャネルフェーズドアレイ、ビームフォーミングアーキテクチャ、レーダープロトタイピングのテストに適しており、この種のアプリケーションにおいてはPXIe-5842の良い代替手段となります。

スイッチが統合されたミリ波ラジオヘッド

​図9: ^{スイッチが統合されたミリ波ラジオヘッド:PXIe-5831}

PXIe-5831では、PXIe-5842と同様に、ミリ波への周波数変換はPXIベースのIFサブシステムに接続されたリモートラジオヘッドで実行され、PXIe-5831の周波数カバレッジは最大44 GHzまで拡張されます。各ミリ波ラジオヘッドは3つの異なるポート構成 (2ポート、9ポート、16ポート) があり、DUTのニーズに適応します。追加されたポートは計測器のキャリブレーションルーチンに統合されたスイッチネットワークにより生成され、テストポートまで一貫した性能仕様を保証します。

^{​図10: PXIe-5831 VSTの詳細図}

NI周波数拡張VSTの選択肢が豊富であることで、同じテストプラットフォームとソフトウェアフレームワークを維持しつつ、特定のアプリケーションに最適なオプションを選ぶことができます。これにより、汎用性と拡張性が向上し、多くの場合テスト効率の最大化に不可欠な機能を提供します。

^{​表3:PXIe-5831と周波数拡張機能付きPXIe-5842の仕様比較。}

検証および量産テスト環境では、デバイススループット、自動化、およびテスト時間がビジネスの成功に直接影響します。PXIe-5842 VSTのハードウェアおよびソフトウェアアーキテクチャは、測定性能を損なうことなく測定速度を最適化しています。

PXIe-5842は旧世代のVSTと同じソフトウェアツールを多く使用しているため、PXIe-5842への迅速な移行を行いながら、従来のVSTと同様の業界トップクラスのテスト最適化が可能です。

​NI RFmx:一般的なテスト開発言語用の速度が最適化されたネイティブドライバ

​NIの周波数拡張VSTシリーズは、RFmxアプリケーションソフトウェアにより構成および制御されます。RFmxは直感的なプログラミングAPIを備えており、一般的なRF計測と規格固有計測で使いやすさと高度な計測構成を両立しています。チャンネル電力、隣接チャンネル漏洩電力、パワースペクトルを含むRFスペクトル測定から、デジタルおよびアナログ変調信号での測定に至るまで、幅広いタスクを実行するために高度に最適化されたAPIを備えています。また、これを使用して5G NR、Wi-Fi 7、Bluetoothなどの標準ベースの測定でプログラムを自動化できます。

^​図11:LabVIEWおよび.NETでNI RFmxを使用して実行される5G NR計測

図11は、RFmx LabVIEWおよび.NETの例で数回の関数呼び出しにより5G NR準拠のチャンネル電力測定を示しています。計測器自動化を簡単にするために設計された100以上のC、.NET、NI LabVIEWのサンプルプログラムのいずれかから開始できます。NI-RFmx APIには計測器の設定をインテリジェントに最適化できるハイレベルのパラメータがあり、それを利用して最小限のソフトウェア呼び出しで最高品質の計測を達成できます。さらに、RFmxには、複数測定の並列実行や複数DUTの測定におけるソフトウェアの複雑さを大幅に簡素化する機能があります。最新のプロセッサ技術と簡単にプログラム可能なマルチスレッド測定を活用して、業界トップクラスの測定速度を実現し、テスト時間を削減できます。

^{​図12: VSTは、高帯域幅のベクトル信号発生器、ベクトル信号アナライザ、高速デジタルインタフェース、高性能なFPGAを単一のPXI計測器に統合しています。リモート計測モジュールは、ワイヤレス規格、プロトコル、テクノロジの複雑性と不確実性の増大に対処するためのイノベーションで、VSTアーキテクチャを拡張します。}

PXIe-5842のオンラインデモを視聴し、NI InstrumentStudio™ソフトウェアおよびRFmxとの統合方法を学ぶ

このセクションでは、ミリ波無線 (OTA) 検証、RFFE製造テスト、レーダーおよび電子戦、SATCOMテレメトリ、データリンク検証システムについて説明します。 

​ミリ波無線 (OTA) 検証

無線 (OTA) テストアプリケーションは、ミリ波周波数で特に重要です。MIMOアンテナアレイのビームフォーミングなどの応用においては、使用されるアンテナの数と波形の空間特性の両方により、多くの状況で実線テストが実用的でなくなります。そのようなテストケースでは、しばしばOTAテストと電波暗室の使用が必要になります。

図13: PXIe-5842を使用した5Gミリ波OTAテスト

NI 5Gミリ波OTA検証リファレンスアーキテクチャは、54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842とコヒーレントなハードウェア/ソフトウェアセットを組み合わせて、OTAテストを効率化します。リモート計測モジュールアーキテクチャにより、無響室近傍でのミリ波周波数のパス損失が最小限になります。PXIe-5842 VSTはPXIe-5831 VSTと類似した方法でシステムに統合されており、両者間の移行が容易です。

​5Gミリ波OTA検証の詳細

​RFFE製造テスト

​周波数拡張機能を備えたVSTは、他のPXI VSTと類似の方法で、半導体テストシステム (STS) やその他のRFFE製造テストソリューションに統合できます。     

​大量のRFFE製造テスト用のNIソリューションの詳細についてはこちらをご覧ください。

​レーダーと電子戦 (EW)

​アクティブ電子走査アレイ、超広帯域技術、コグニティブシステムによって、新たな設計とテストの課題が明らかになっており、レーダーと電子戦 (EW) システムの技術は大きな転換期を迎えています。

​NIのモジュール式計測器技術とオープンソフトウェアテクノロジにより、RFベクトル信号トランシーバモジュールとFPGAコプロセッサを使用することで、適応性の高い脅威エミュレーションを実現するツールを提供するできます。システムレベルの検証を拡張して、チャンネルごとに複数の脅威エミッタをサポートしたり、システムパフォーマンスをリアルタイムで監視および解析したり、機密信号を安全に記録および再生したり、これらすべてを共通のモジュール式計測器プラットフォームで行うことができます。

​NI のVSTはEWの機能およびパラメトリックテストだけでなく、システムレベル検証に使用することができ、マルチエミッタRF脅威の生成、リアルタイム信号監視および解析、広帯域のRF記録と再生を実行できます。 

​NIのレーダーと電子戦向けソリューションの詳細をご覧ください。

​SATCOMテレメトリとデータリンク検証システム

​54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842は、標準のPXIe-5842と同じメリットをSATCOMテレメトリに提供します。

​​NIのSATCOMテレメトリとデータリンク検証システム向けソリューションの詳細をご覧ください。