Изменения в беспроводных устройствах требуют нового подхода к тестированию

Опубликовано в номере:
PDF версия
Современный мобильный телефон может за секунды загрузить видео высокого разрешения и обеспечить скорость обмена данными выше, чем у вашего первого ноутбука. Однако прогресс беспроводных устройств следующих поколений обещает быть гораздо более масштабными, нежели простое увеличение скорости загрузки.

В течение десятилетия количество общающихся между собой устройств превысит количество контактирующих между собой людей в соотношении 10:1. В результате в будущем беспроводные стандарты будут включать в себя возможности соединения не только людей, но и автоматических систем и устройств. Это требует не только новых беспроводных технологий, но также нового аппаратного обеспечения и более низкой себестоимости.

Так, тестирование характеристик устройств беспроводной связи, от микросхем физического уровня внутри модемов и радиоуправляемых игрушек до адаптивных радио­интерфейсов сложных устройств нового поколения, включая сверхширокополосные мобильные телефоны и базовые станции, требует проведения измерений и их анализа на всех этапах разработки и производства, от первых экспериментов в исследовательской лаборатории для подтверждения жизнеспособности идеи до выходного контроля технических параметров при массовом производстве. Традиционные подходы оказываются неэффективными при таком числе технологий, объединяемых в одном устройстве, и при таком объеме производства, какие нам готовит ближайшее будущее.

Так как перспективные устройства потребуют иного подхода к тестированию беспроводных интерфейсов, NI продолжает внедрять платформу PXI, отвечая на вызовы тестирования завтрашнего дня.

 

Будущее беспроводной связи

Рис. 1. Три сценария использования 5G

Рис. 1. Три сценария использования 5G

Прогноз Международного телекоммуникационного союза (ITU) в 2020 г. демонстрирует весьма четкие требования к ряду сценариев использования беспроводных устройств будущего. Этот прогноз, построенный как шаблон для обозначения технических требований 5G, выделяет три отдельных сценария (рис. 1). И хотя эти сценарии, в основном, определяют требования к стандартам будущих мобильных средств связи, они отражают и меняющиеся требования к таким технологиям, как 802.11ad, 802.11ax, Bluetooth 5.0, NFC и др.

Первый сценарий использования беспроводных устройств — расширенное мобильное вещание (Enhanced Mobile Broadband, eMBB) — определяет эволюцию в емкости и пиковых скоростях сети, ожидаемых от будущих технологий. Он предписывает скорость передачи на прием до 10 Гбит/с, что в 100 раз больше одночастотного LTE. Второй сценарий — массовое машинное взаимо­действие (Massive Machine-Type Communication, mMTC) — предполагает беспроводной доступ к большему числу устройств, в большем числе мест и по более низкой цене. Последний, третий сценарий — это сверхнадежное машинное взаимодействие (Ultra-reliable Machine-Type Communication, uMTC). Он устанавливает новые требования к снижению задержек и частоты ошибок передачи пакетов.

Эти требования беспроводных технологий будущего не только определяют стандарты, такие как NB-IoT, 5G и 802.11ax, но также изменяют подходы, с которыми инженеры проектируют и тестируют мобильные устройства. Например, широкие полосы стандартов наподобие 5G требуют более широкополосных измерительных СВЧ-приборов. Многоантенные технологии MIMO и цифрового лучеформирования нуждаются в модульных и гибких приборах, которые смогут масштабироваться от тестирования одноканальных устройств до конфигураций MIMO 8?8 и более. Наконец, снижение цен на устройства требует более экономных подходов к тестированию. При ожидаемой стоимости приемопередатчика в 20% от нынешней цены новое оборудование для тестирования должно быть способным к более быстрым и параллельным подходам к тестированию.

 

VST — эволюция векторного трансивера

В 2012 г. NI представила революционно новый прибор — векторный трансивер (Vector Signal Transceiver, VST). VST стал уникальным прибором, объединившим векторный генератор до 6 ГГц, векторный анализатор до 6 ГГц и программируемую пользователем ПЛИС в одном модуле PXI. Превосходные радио­частотные характеристики устройства позволяют использовать его в приложениях от ранних стадий проектирования до тестирования на производственной линии, а его открытая пользователю ПЛИС предоставляет возможности от ускорения измерений до аппаратной имитации радиоканала. Однако эволюция беспроводных технологий требует развития новых подходов к разработке и тестированию радиосредств. Как результат, NI представила второе поколение VST, предлагающее более широкую полосу, расширенный частотный диапазон и большую ПЛИС, — при этом в меньшем форм-факторе.

 

Мгновенная ширина полосы частот

За последние десять лет развитие беспроводных технологий привело к использованию значительно более широкополосных сигналов для повышения скоростей передачи данных. Например, с 2003 г. Wi-Fi эволюционировал от 20 к 40 МГц, а затем и к 160 МГц в современном 802.11ax. Каналы сотовой связи расширились от 200 кГц GSM до 100 МГц LTE-Advanced. Технологии LTE-Advanced Pro и 5G обещают продолжить этот тренд.

Рис. 2. Алгоритм DPD с использованием 5x полосы пропускания

Рис. 2. Алгоритм DPD с использованием 5x полосы пропускания

Мгновенная ширина полосы частот становится особенно важным фактором при тестировании современных полупроводниковых приборов, где требования к полосе измерительного прибора превышают полосу сигнала. Так, например, для тестирования радиочастотных усилителей мощности с функцией цифрового предыскажения (DPD) тестовое оборудование должно извлечь параметры модели усилителя, исправить нелинейный отклик и затем сформировать исправленный сигнал. Продвинутые алгоритмы DPD требуют полосы, более чем в пять раз превышающей полосу сигнала (рис. 2). В результате для LTE-Advanced (сигнал 100 МГц) нужны приборы с полосой до 500 МГц, а для 802.11ac/ax (сигнал 160 МГц) — до 800 МГц полосы.

Одно из наиболее значимых улучшений в VST второго поколения — это более широкая мгновенная полоса частот (1 ГГц), благодаря которой специалисты могут использовать этот прибор для решения задач, которые невозможно эффективно решить с обычными измерительными приборами.

 

Модульный и легко синхронизируемый

Современные стандарты связи от Wi-Fi до мобильных сетей используют сложные многоантенные технологии. В этих системах конфигурации MIMO (рис. 3) обеспечивают более высокие скорости с помощью пространственного разделения или лучеформирования. Благодаря преимуществам, которые дают технологии MIMO, новые поколения стандартов 802.11ax, LTE-Advanced Pro и 5G будут использовать более сложные схемы — до 128 антенн в одном устройстве.

Рис. 3. Типичная (8x8) система MIMO из восьми векторных трансиверов

Рис. 3. Типичная (8×8) система MIMO из восьми векторных трансиверов

Неудивительно, что использование MIMO добавляет сложности в проектирование и тестирование. Это не только увеличивает число портов на устройстве, но и привносит новые требования к синхронизации каналов. Для тестирования устройства MIMO измерительное оборудование должно быть способно прецизионно синхронизировать СВЧ-генераторы и анализаторы, поэтому форм-фактор и возможности синхронизации являются критически важными.

К счастью, VST второго поколения достаточно компактные, и инженеры могут помещать до восьми таких приборов в одно 18-слотовое шасси PXI.

 

Программно-определяемые приборы

Финальным требованием к системе тестирования нового поколения является его программная гибкость. Сложные приложения по тестированию требуют от инженеров возможности модифицировать работу измерительных приборов и даже их прошивку. С помощью этих приложений инженеры могут значительно ускорить работу приборов за счет переноса циклов управления, измерений и обработки сигналов в реальном времени внутрь самого измерительного прибора.

Рис. 4. Блок-диаграмма радарной системы с миллиметровым излучателем

Рис. 4. Блок-диаграмма радарной системы с миллиметровым излучателем

Одна из задач, в которых программно-определяемые приборы могут предложить уникальное решение, — это прототипирование радарных систем. Пользователи могут использовать ПЛИС в качестве имитатора цели. Радиолокационные системы обнаруживают такие «цели», будь то автомобиль, самолет или иной объект, излучая зондирующий сигнал и принимая отклик (рис. 4). Параметры отраженного сигнала, такие как задержка и смещение частоты, показывают дальность до цели и ее скорость. Комбинация широкой полосы VST и открытой ПЛИС делают его оптимальным выбором для имитации целей. Кроме того, инженеры могут легко модифицировать прошивку ПЛИС, внося параметры нужных им целей.

Часть платформы

Одна из важнейших особенностей VST — то, что он является частью программно-аппаратной платформы. Оборудование для тестирования претерпело серьезные изменения, пройдя путь от дискретных приборов до высоко интегрированных автоматических систем. Чтобы отвечать требованиям современных измерений, таким как отслеживание огибающей для усилителей мощности и прототипирование радио­локационных систем, измерительная платформа должна включать возможности синхронизации и простой программной модификации и управления.

 

* * *

Грядущая волна беспроводных технологий, от 5G до 802.11ax, поставит перед разработчиками ряд непростых задач. Второе поколение NI VST создано специально для их решения. С более широкой полосой и более компактным форм-фактором, отличными радиочастотными характеристиками и программной гибкостью, VST призван разрешить сложности современного и будущего тестирования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.