mmWave 테스트를 위한 계측기 혁신

​VST의 핵심은 광대역 벡터 신호 생성기, 벡터 신호 분석기, 고속 디지털 인터페이스 및 강력한 FPGA를 단일 PXI 계측기에 결합한 것입니다. NI의 PXIe-5842 VST는 무선 표준, 프로토콜 및 기술의 증가하는 복잡성과 불확실성을 해결하는 데 중점을 둔 혁신을 통해 VST 아키텍처를 확장할 수 있습니다.

​그림 1: 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842 VST 상세 보기

​PXIe-5842 VST는 PXIe-5842 모듈과 필수 PXIe-5655 듀얼 로컬 오실레이터 (LO) 신디사이저로 구성됩니다. PXIe-5842는 PXI Express 슬롯을 4개만 사용하며 최대 23GHz의 연속 주파수 범위와 우수한 RF 성능으로 최대 2 GHz의 순간 RF 대역폭을 제공합니다.

​54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842의 경우 두 번째 PXIe-5655 듀얼 LO 신디사이저가 포함되어 있어 RMM-5585 원격 측정 모듈의 양방향 RF 포트 2개에 독립적인 LO 2개를 추가로 사용할 수 있습니다. PXIe-5443 RF 포트 스위치도 추가되어 DUT mmWave 포트 두 개와 DUT IF 포트에서 연결하고 이러한 포트 모두에 연결할 수 있습니다. 전체적으로 mmWave 설정은 6개의 PXI Express 슬롯을 사용하며 추가된 RMM-5585 원격 측정 모듈이 포함되어 있습니다.

^{그림 2: 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842 블록다이어그램}

​RMM-5585 원격 측정 모듈을 추가하면 PXIe-5842로 2GHz의 순간 RF 대역폭으로 최대 54GHz까지 주파수 범위를 확장할 수 있습니다. RMM-5585를 사용하면 mmWave 주파수로 또는 그 반대로 변환이 가능하며 PXI 기반 IF 서브시스템에 케이블로 연결됩니다. 이 아키텍처를 사용하면 mmWave 인터페이스를 DUT에 최대한 가까운 거리에 유지할 수 있습니다. 이는 중간 주파수에서의 손실이 mmWave에서의 손실보다 훨씬 작을 수 있으므로 매우 중요합니다. 전력 공급 요구량을 더 낮은 주파수로 이동하면 mmWave 테스트 포트 등 중요한 곳에 더 많은 전력을 공급할 수 있습니다.

​또한 이 아키텍처는 독립적인 주파수 튜닝과 함께 단일 RMM-5585를 사용하여 동시에 송수신할 수 있어 단일 계측기에서 다양한 테스트 설정이 가능합니다. 그림 2는 블록다이어그램입니다.

^{​표 1: 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842 스펙}

​PXIe-5842에는 mmWave 테스트 설정을 단순화하고 테스트 범위 내에서의 다용도성을 높이며 긴밀하게 동기화된 단일 PXIe 계측기에서 고성능 RF 측정을 제공하는 다양한 기능이 탑재되어 있습니다.  

​넓은 주파수 범위

​무선 스펙트럼 할당은 무선, 셀룰러, 위성 통신, 항법, 전파 천문학에 예약되는 서로 다른 대역에 따라 끊임없이 바뀝니다. 향후 mmWave 분야를 개발하는 데 필요한 주파수 범위를 보장하는 것은 매우 중요합니다.

​최대 54GHz까지 주파수 범위를 확장할 수 있는 PXIe-5842 VST는 WLAN, UWB, 5G FR-1는 물론 모든 5G FR-2 주파수 대역(24.25GHz ~ 52.6GHz)에 대한 전체 스펙트럼 범위를 커버합니다. 따라서 각각 다른 모든 표준 간에 테스트할 때 계측기가 하나만 필요합니다. 또한 고주파수 범위 덕에 PXIe-5842를 UHF에서 V 대역까지 다양한 항공우주 및 방위 어플리케이션에 사용할 수 있습니다. 여기에는 레이더 타겟 시뮬레이션, 전자전 및 위성 통신에서의 스펙트럼 모니터링 또는 레이더 및 위성 통신 시스템에서 일반적으로 사용되는 ESA(Electronically Scanned Arrays) 구성요소의 파라미터형 테스트가 포함됩니다.

​그림 3: RF 스펙트럼 및 SATCOM 확산에 이르는 상용 응용 분야

​이전에는 낮은 주파수에서 mmWave까지의 전체 스펙트럼을 처리하는 데 두 개의 VST가 필요했습니다. 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842는 최대 주파수가 44GHz에서 54GHz로 증가하는 동시에 동일한 계측기에서 sub-6 GHz WLAN, 셀룰러, IoT 및 기타 주파수 대역을 포함한 범위를 하나의 계측기로 통합할 수 있습니다. 계측이 덜 복잡해지면 mmWave RFIC 개발을 간소화할 수 있는 단일 테스트 벤치를 생성하여 여러 가지 다른 분야 및 주파수 대역을 함께 사용할 수 있습니다.

​IF 및 mmWave 테스트 포트의 다중 대역 범위

​mmWave RFIC는 주파수 변환, 빔포밍 및 위상 배열 복사를 위한 추가 단계를 통해 오늘날 설계의 RF 신호 체인을 확장합니다. 이상적인 테스트 접근 방식은 이러한 테스트 포인트에 맵핑할 수 있는 충분한 유연성을 갖추어 설계와 요구사항이 발전함에 따라 적응할 수 있어야 하며 동시에 대량 수요에 맞게 속도와 비용을 확장할 수 있어야 합니다.

​^{그림 4: 하나의 원격 측정 모듈로 RF-RF 양방향 테스트 설정}

​신호 체인 각 단계의 다양한 요구사항에 적응할 수 있는 유연성을 제공하기 위해 PXIe-5842 VST는 중간 주파수와 mmWave 주파수 모두에 대한 양방향 테스트 포트를 제공합니다. 양방향 테스트 포트를 사용하면 계측기 외부에서 추가적인 신호 컨디셔닝 및 스위칭이 필요하지 않으며, 전반적인 시스템 복잡성을 줄이면서 측정 품질을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

^{​그림 5: 하나의 원격 측정 모듈로 RF-IF 양방향 테스트 설정}

​PXIe-5842에는 독립적으로 또는 mmWave 원격 측정 모듈과 함께 사용할 수 있는 IF 테스트 포트가 2개 포함되어 있습니다. 이러한 포트의 주파수 범위는 200MHz - 23GHz이며 주파수 업컨버터/다운컨버터 또는 주파수 변환 기능이 내장된 빔포머 IC와 같은 다중 주파수 디바이스에 직접적 인터페이스를 제공합니다. 이러한 포트가 있어 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842에서 추가 계측 또는 외부 신호 컨디셔닝 없이 다중 대역 디바이스와 직접 접속할 수 있습니다.

​최대 2GHz의 순시 대역폭

​5G NR 및 802.11be (Wi-Fi 7)와 같은 차세대 무선 기술부터 레이더 테스트 및 스펙트럼 모니터링과 같은 첨단 항공우주 및 방위 분야에 이르기까지 더 높은 최고 데이터 속도를 달성하기 위해 더 넓은 신호 대역폭에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 빠른 샘플링, 고선형성 DAC(디지털-아날로그 변환기) 및 ADC(아날로그-디지털 변환기), 광대역 내부 교정 메커니즘을 활용하는 PXIe-5842는 2GHz의 순시 RF 대역폭과 탁월한 측정 정확도를 제공합니다.

그림 6: PXI 벡터 신호 트랜시버의 순시 대역폭

​NI VST의 높은 순시 대역폭과 교정된 프런트엔드를 사용하면 레이더 타겟 시뮬레이션, 다중 반송파 수집, 디지털 전치왜곡(DPD) 알고리즘 구현, 5G 연구 및 프로토타이핑, 리얼타임 스펙트럼 분석과 같은 까다로운 분야에서 효과적으로 활용할 수 있습니다. 또한 VST는 높은 절대 진폭 정확도와 넓은 순시 대역폭의 범위에서 선형 위상으로부터의 낮은 편차를 위한 특허 받은 진폭 및 위상 보정 알고리즘을 포함하고 있습니다.

​에러 벡터 크기 측정 성능

​VST는 특허 받은 고급 IQ 교정 기술을 사용하여 광대역 신호에 대해 동급 최고의 에러 벡터 크기 (EVM) 성능을 제공합니다. 차세대 무선 디바이스의 중요한 구성요소는 증가하는 대역폭에 대한 훨씬 더 엄격한 EVM 성능 요구사항입니다. 고차 변조 방식과 광대역 다중 반송파 신호 구성을 사용하는 오늘날 무선 디바이스의 RF 프런트엔드는 필요한 변조 성능을 제공하기 위해 더 나은 선형성과 위상 노이즈가 필요합니다. 따라서 무선 디바이스 테스트를 위한 테스트 계측은 훨씬 더 정확한 RF 성능을 제공해야 합니다. PXIe-5842를 사용하면 5G NR과 같은 고차 변조 방식에서 동급 최고의 EVM 성능을 누릴 수 있습니다.

​표 2: 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842가 측정한 EVM

​위상 응집(phase-coherent) 동기화

​54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842의 모듈형 아키텍처와 PXI 플랫폼은 함께 위상 일관성이 필요한 다중 채널 측정을 위한 동기화 및 확장 기능을 제공합니다. 이중 편파 안테나 무선 테스트와 같은 분야에서 두 개의 VST로 나노초 미만 동기화를 달성할 수 있습니다.

그림 7: 이중 편파 안테나 OTA 테스트

​동일한 레벨의 동기화를 MIMO 테스트 시스템으로 확장할 수 있습니다. 5G NR과 같은 최신 통신 표준은 단일 디바이스의 여러 안테나에 MIMO 방식을 사용하여 더 많은 공간 스트림을 통해 더 높은 데이터 속도를 제공하거나 빔포밍을 통해 보다 견고한 통신을 제공합니다. 당연히 MIMO 기술은 설계와 테스트를 상당히 복잡하게 만듭니다. 디바이스의 포트 수가 증가할 뿐만 아니라 다중 채널 동기화의 필요성도 추가됩니다. 설치 공간이 작아 단일 PXI 섀시에서 54 GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842 VST 2개를 동기화할 수 있습니다. MXI를 사용하여 시스템을 더욱 확장하여 여러 섀시를 하나의 PXI 시스템으로 통합할 수 있습니다.

그림 8: 엔지니어는 단일 PXI 섀시에서 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842 VST 2개를 동기화할 수 있습니다.

​단일 계측기와 마찬가지로 각 VST는 완전히 위상 일관성 있는 방식으로 동기화할 수 있습니다. 하드웨어에서 VST는 원격 측정 모듈과 IF 기반 서브시스템의 각 LO를 동기화할 수 있을 뿐만 아니라 LO를 다른 VST와 공유하여 모든 RF 시스템 구성요소를 동기화할 수 있습니다. 소프트웨어에서는 NI의 특허 받은 T-Clock (TClk) 기술을 사용하여 NI T-Clk API로 여러 계측기를 쉽게 동기화할 수 있습니다.

​PXI 플랫폼과의 다중 계측기 통합

^{​그림 9: NI-TClk API를 사용한 여러 계측기의 통합}

​많은 RF 테스트 어플리케이션에는 RF 또는 기저대역 웨이브폼 생성 및 분석 이외의 I/O가 추가로 필요합니다. 여기에는 전원 공급 장치 또는 소스 측정 유닛 (SMU), DUT 컨트롤을 위한 패턴 기반 디지털 디바이스 또는 광범위한 기타 아날로그, 디지털, DC 계측이 포함될 수 있습니다. PXI 플랫폼의 일부로, 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842 VST는 NI의 모든 PXIe 계측기와 동일한 기본 리소스를 공유하여 테스트 개발을 간소화하고 트리거링 및 동기화를 단순화하며 측정 속도를 최대화합니다. 여러 VST를 동기화하는 데 사용하는 것과 동일한 NI-TClk 기술을 사용하여 다른 계측기를 동기화하고 통합 자동화 테스트 및 자동화 측정 솔루션을 생성할 수 있습니다.

​NI의 VST 제품군 중 ​주파수 확장이 가능한 또 다른 제품으로는 PXIe-5831이 있습니다. 이 제품에는 원격 측정 모듈 설정과 유사한 PXI 기반 VST가 포함되어 있지만 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다. 2세대 VST를 기반으로 하는 PXIe-5831은 단일 PXIe-5831에 2개의 mmWave 라디오 헤드를 연결하여 고유한 스위칭 기능을 제공합니다. 최대 32개의 스위칭된 RF 포트가 있는 PXIe-5831은 여러 채널 위상 배열, 빔포밍 아키텍처, 레이더 프로토타이핑 테스트에 매우 적합하며, 이러한 종류의 분야에서 PXIe-5842의 유용한 대안입니다.

통합된 스위칭이 포함된 mmWave 라디오 헤드

​그림 10:  통합 스위칭 기능이 포함된 mmWave 무선 통신 헤드: PXIe-5831

​PXIe-5842와 마찬가지로 PXIe-5831에서도 PXI 기반 IF 서브시스템에 케이블로 연결된 무선 라디오 헤드에서 mmWave로 또는 mmWave에서 주파수가 변환되며 원격 라디오 헤드가 있는 PXIe-5831의 주파수 범위를 최대 44GHz까지 확장합니다. 각 mmWave 라디오 헤드는 DUT의 요구 사항에 맞게 2개 포트, 9개 포트, 16개 포트의 세 가지 설정으로 제공됩니다. 추가 포트는 계측기의 교정 루틴에 통합된 스위치 네트워크로 생성되므로 성능 스펙은 테스트 포트까지 정확합니다.

^{​그림 11: PXIe-5831 VST 상세 보기}

​NI의 주파수 확장이 가능한 VST에는 다양한 옵션이 있어 주어진 분야에 가장 적합한 옵션을 선택할 수 있습니다. 이를 통해 테스트 효율성을 최대화하는 데 필요한 다용도성과 확장성을 한층 더 높일 수 있습니다.

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^{​표 3: 주파수 확장 기능이 있는 PXIe-5831 및 PXIe-5842의 스펙 비교​.}

​검증과 생산 테스트 환경에서 디바이스 처리량, 자동화, 테스트 시간은 비즈니스 성공에 직접적인 영향을 미칩니다. PXIe-5842 VST의 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처는 측정 성능의 저하 없이 측정 속도를 높이는 데 최적화되어 있습니다.

​PXIe-5842에는 이전 세대의 VST와 같은 소프트웨어 도구가 많이 사용되기 때문에 고객은 이전 VST와 동일한 업계 최고의 테스트 최적화를 누리면서 동시에 PXIe-5842로 빠르게 전환할 수 있습니다.

​RFmx: 일반적인 테스트 개발 언어를 위한 네이티브, 속도 최적화 드라이버

​주파수 확장이 가능한 NI의 VST 제품군은 RFmx 어플리케이션 소프트웨어로 설정되고 제어됩니다. RFmx는 일반 RF 및 표준별 측정을 위한 고급 측정 설정과 사용 편의성을 모두 제공하는 직관적인 프로그래밍 API를 제공합니다. 채널 파워, 인접 채널 파워, 파워 스펙트럼을 포함한 RF 스펙트럼 측정에서 디지털 및 아날로그 변조 신호에 대한 측정에 이르기까지 다양한 작업을 수행할 수 있도록 고도로 최적화된 API를 제공합니다. 또한 이러한 API를 사용하여 5G NR, Wi-Fi 7, Bluetooth 등에 대한 표준 기반 측정으로 프로그램을 자동화할 수도 있습니다.

^{​그림 12: LabVIEW와 .NET에서 NI RFmx를} 사용하여 수행되는 5G NR 측정

​그림 12는 RFmx LabVIEW 및 .NET 예제를 사용하여 몇 번의 함수 호출로 5G NR 규격 채널의 전력 측정을 보여줍니다. 계측 자동화를 단순화하도록 설계된 100개 이상의 C, .NET 및 LabVIEW 예제 프로그램 중 하나를 사용하여 시작할 수 있습니다. NI-RFmx API에는 계측 설정을 지능적으로 최적화하는 상위 레벨 파라미터가 포함되어 있어 최소한의 소프트웨어 호출로 최고 품질의 측정을 수행할 수 있습니다. 또한, NI-RFmx는 다중 측정 병렬 처리 및 다중 DUT 측정의 소프트웨어 복잡성을 크게 단순화하는 기능을 제공합니다. 최신 프로세서 기술과 테스트 시간을 단축하기 위한 프로그래밍하기 쉬운 멀티스레드 측정 기술을 사용하여 업계 최고의 측정 속도를 달성할 수 있습니다.

^{​그림 13: VST는 고대역폭 벡터 신호 생성기, 벡터 신호 분석기, 고속 디지털 인터페이스 및 강력한 FPGA를 하나의 PXI 계측기에 결합합니다. 원격 측정 모듈은 무선 표준, 프로토콜 및 기술의 증가하는 복잡성과 불확실성을 해결하는 데 중점을 둔 혁신 기술로 VST 아키텍처를 확장합니다.}

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

​mmWave OTA(Over-the-Air) 검증

​OTA(Over-the-Air) 테스트 분야는 mmWave 주파수에서 특히 중요할 수 있습니다. MIMO 안테나 어레이를 위한 빔포밍과 같은 분야에서는 웨이브폼의 공간적 특성과 사용되는 안테나 개수 때문에 많은 경우에 전도 테스트를 수행할 수 없습니다. 이러한 테스트 사례에는 종종 OTA 테스트를 수행하고 무반향실을 사용해야 할 수 있습니다.

그림 14: PXIe-5842를 사용한 5G mmWave OTA 테스트

​NI의 5G mmWave OTA 검증 참조 아키텍처는 54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842에 하드웨어와 소프트웨어의 통합 세트를 결합하여 OTA 테스트를 간소화합니다. 원격 측정 모듈 아키텍처는 테스트 챔버와의 근접성 때문에 mmWave 주파수에서의 경로 손실이 최소화됨을 의미합니다. PXIe-5842는 PXIe-5831과 유사한 방식으로 시스템에 통합되어 있어 한 VST에서 다른 VST로 쉽게 전환할 수 있습니다.

​5G mmWave OTA 검증에 대해 자세히 알아보기

​RFFE 생산 테스트

​다른 PXI VST와 유사한 방식으로 주파수 확장이 가능한 VST를 반도체 테스트 시스템 (STS)과 기타 RFFE 생산 테스트 솔루션에 통합할 수 있습니다.     

​NI의 대용량 RFFE 생산 테스트 솔루션에 대해 자세히 알아보십시오.

​레이더와 전자전 (EW)

​레이더 및 전자전 (EW) 시스템은 활성 전자 스캔 어레이, 초광대역 기술, 인지 시스템이 새로운 설계 및 테스트 과제를 제시하면서 기술의 변혁을 겪고 있습니다.

​NI의 모듈형 계측 및 개방형 소프트웨어 기술은 엔지니어가 RF 벡터 신호 트랜시버 모듈 및 FPGA 코프로세서를 통해 적응형 위협 에뮬레이션 기능을 제공하는 도구를 사용할 수 있도록 지원합니다. 시스템 레벨 검증을 확장하면 채널당 여러 위협 이미터를 지원하거나, 시스템 성능을 실시간으로 모니터링 및 분석하거나, 민감한 신호를 안전하게 기록 및 재생할 수 있으며, 이는 모두 공통된 단일 모듈형 계측기 플랫폼에서 가능합니다.

​NI VST는 EW 기능 및 파라미터 테스트는 물론 시스템 레벨 검증에 사용하여 다중 이미터 RF 위협 생성, 리얼타임 신호 모니터링 및 분석, 광대역 RF 기록 및 재생을 수행할 수 있습니다. 

​레이더 및 전자전을 위한 NI의 솔루션에 대해 자세히 알아보십시오.

​SATCOM 원격 측정 및 데이터링크 검증 시스템

​54GHz까지 주파수 확장이 가능한 PXIe-5842는 SATCOM 원격 측정에 대해 표준 PXIe-5842와 같은 이점을 제공합니다.

​​NI의 SATCOM 원격 측정 및 데이터 링크 검증 시스템 솔루션에 대해 자세히 알아보십시오.