ミリ波テスト用計測器のイノベーション

​VSTは、広帯域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計測器に統合したものです。NIのPXIe-5842 VSTは、ワイヤレス規格、プロトコル、テクノロジの増大する複雑性と不確実性への対応を重視した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モジュールと必須の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、最大23 GHzまでの連続周波数帯域と最大2 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番目のPXIe-5655デュアルLOシンセサイザが付属しており、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2つの独立したLOを追加することができます。PXIe-5443 RFポートスイッチも追加され、DUTのミリ波ポートとDUT IFポートの両方との接続が可能です。ミリ波構成では合計で6つのPXI Expressスロットを使用し、RMM-5585リモート測定モジュールを追加します。

^{図2: 54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842のブロック図}

​RMM-5585リモート測定モジュールを追加すると、PXIe-5842は2 GHzの瞬時RF帯域幅で周波数帯域を最大54 GHzまで拡張できます。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。

^{​表1:54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842の仕様}

​PXIe-5842は、ミリ波テストの構成を簡素化し、テスト範囲の汎用性を高め、1台の厳密に同期されたPXIe計測器で高性能RF測定を実行する幅広い機能を提供します。 

​広い周波数帯域

​無線スペクトル割り当ては絶えず変化しており、無線、携帯電話、衛星通信、ナビゲーション、電波天文学用にさまざまな帯域が予約されています。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。

​PXIe-5842 VSTは最大54 GHzの周波数帯域を持ち、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～52.6 GHz) のフルスペクトルに対応できるため、これらの異なる規格のテストが1台の計測器で実現できます。PXIe-5842の高い周波数帯域は、UHFからVバンドまでのさまざまな航空宇宙および防衛アプリケーションに使用できることも意味します。アプリケーションには、レーダー目標シミュレーション、電子戦や衛星通信のスペクトルモニタリング、レーダーや衛星通信システムで一般的に使用されているESA (電子走査アレイ) コンポーネントのパラメトリックテストなどがあります。

​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、最大周波数が44 GHzから54 GHzに広がり、1台の計測器でサブ6 GHz無線LAN、移動体通信、IoT、その他の周波数帯域をカバーできます。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およびミリ波のテストポートで複数帯域に対応

​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}

​信号チェーンの各ステップの変化する要件に適応する柔軟性を得るために、PXIe-5842 VSTは中間周波数とミリ波周波数の両方に対応する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200 MHz～23 GHzの周波数帯域に対応し、周波数アップコンバータ/ダウンコンバータや周波数変換機能を内蔵したビームフォーマICなどの多周波数デバイスと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、これらのポートを使用することで、追加の計測器や外部信号調節を必要とせずに、マルチバンドデバイスと接続することができます。

​最大2 GHzの即時帯域幅

​5G NRや 802.11be (Wi-Fi 7) などの次世代ワイヤレステクノロジから、レーダーテストやスペクトルモニタリングなどの高度な宇宙航空/防衛アプリケーションまで、高いピークデータレートを達成するための広い信号帯域幅を求める需要が高まっています。高速サンプリング、高線形性のデジタルアナログ変換器 (DAC)、A/D変換器 (ADC)、広帯域内部キャリブレーションメカニズムを活用して、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。

図6:PXIベクトル信号トランシーバの即時帯域幅

​NIのVSTの高い即時帯域幅とキャリブレーション済みのフロントエンドを利用して、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研究とプロトタイプ作成、リアルタイムのスペクトル解析など、要件の厳しいアプリケーションを効率的に実装できます。さらにVSTには振幅と位相を補正する特許取得済みのアルゴリズムが組み込まれており、広い即時帯域幅にわたって高い絶対振幅確度と低偏差の線形位相特性を実現します。

​エラーベクトル振幅計測性能

​VSTは、高度なIQキャリブレーション技術 (特許取得済み) を使って、広帯域信号に対応する、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プラットフォームを組み合わせることで、位相コヒーレンスを必要とするマルチチャンネル測定に、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7: 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。設置面積が小さいため、1つの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。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8: 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が特許取得済みのT-Clock (TClk) テクノロジを利用して、NI-TClk APIを使用して複数の計測器を簡単に同期できます。

​複数計測器とPXIプラットフォームの統合

^{​図9: 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。PXIe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PXIe計測器と共通の基本リソースを共有することで、テスト開発を合理化し、トリガと同期を簡素化し、計測速度を最大化します。複数のVSTの同期に使用するのと同じNI-TClkテクノロジを使用して、他の計測器を同期させ、自動テストおよび自動計測の統合ソリューションを作成することができます。

​周波数拡張機能を搭載したNI VSTシリーズのもう1つの製品が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ポートを備えたPXIe-5831は、マルチチャン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プ作成に最適です。また、このような種類のアプリケーションでは、PXIe-5842の代替品として使用できます。

スイッチが統合されたミリ波ラジオヘッド

​図10: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、ミリ波の間の周波数変換は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、リモートラジオヘッドを備えたPXIe-5831の周波数帯域を最大44GHzまで拡張します。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。追加ポートは計測器のキャリブレーションルーチンに組み込まれたスイッチネットワークにより作成されるため、テストポートにいたるまで正確な性能仕様が保証されます。

^{​図11: PXIe-5831 VSTの詳細図}

​NIの周波数拡張VSTに関するオプションの選択は、特定のアプリケーションに最適なオプションを選択できることを意味します。これにより汎用性と拡張性が向上され、これは多くの場合テスト効率の最大化に必要です。

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

​検証および製造テスト環境では、デバイスのスループット、自動化、テスト時間は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のアーキテクチャは、計測性能を犠牲にすることなく、計測速度が最適化されています。

​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。

​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スペクトル計測から、デジタルおよびアナログ変調信号での計測まで、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。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することもできます。

^​図12:LabVIEWおよび.NETでNI RFmxを使用して実行される5G NR計測

​図12は、RFmx LabVIEWと.NETのサンプルを使用した、わずか数回の関数呼び出しによる5G NR準拠のチャンネル電力測定を示しています。計測器を簡単に自動化できるように設計された、C、.NET、LabVIEWの100を超えるサンプルプログラムの中から1つを選んで、開始することができます。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NI-RFmxには、複数計測並列処理と複数DUT計測のソフトウェアの複雑性を大幅に簡素化する機能があります。最新のプロセッサテクノロジと簡単にプログラムできるマルチスレッド計測を使用して、業界最高の計測速度を実現し、テスト時間を削減することができます。

^{​図13: 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。}

Watch an online demo of the PXIe-5842 and how it integrates with InstrumentStudio and RFmx

​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アプリケーションでは、使用されているアンテナ数に加えて波形の空間的特性により、多くの状況でテストの実施が難しくなります。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14: PXIe-5842を使用した5Gミリ波OTAテスト

​NIの5Gミリ波OTA検証リファレンスアーキテクチャでは、54 GHz周波数拡張機能付きPXIe-5842と一貫したハードウェアとソフトウェアセットを組み合わせて、OTAテストを合理化しています。リモート計測モジュールアーキテクチャは、テストチャンバに近いため、ミリ波周波数での伝搬損失が最小になることを意味します。PXIe-5842は、PXIe-5831と類似の方法でシステムに統合されるため、VSTからの移行が簡単です。

​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。