mmWave 測試領域儀器創新
綜覽
在 RF 測試用途中以毫米波 (mmWave) 頻率運作會提高複雜程度，也需要更多用途、更準確的儀器。這是因為波形更複雜、測試點增加，但連結預算受到限制，必須採用波束賦形與 MIMO (多輸入多輸出) 天線陣列等技術的緣故。重點是，由於不斷開發 5G 新無線電 (NR) 等新無線標準與技術，要針對新的 RF 前端與收發儀進行驗證或生產測試策略通常相當困難。
為協助您因應這些挑戰，NI 推出多款 mmWave 向量訊號收發儀 (VST)，能進行高速、高品質的量測作業，且其架構能因應受測裝置 (DUT) 的需求而調整，即使這些需求不斷變化也一樣。在這些最新產品中，延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 VST 能發揮 mmWave 測試需要的新功能，並能縮短測試時間、加快上市速度、以更少的連線整合測試系統需求，並且能簡化複雜的 mmWave 測試。
內容
- UHF 到 V 頻段的頻率範圍：54 GHz 遠端量測模組
- PXIe-5842：VST 架構的延伸
- 延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 功能
- 相輔相成的 VST 產品組合
- 善用解決方案與軟體提升速度與擴充能力
- 適用於 mmWave 用途的 PXI VST
UHF 到 V 頻段的頻率範圍：54 GHz 遠端量測模組
VST 的核心是結合寬頻向量訊號產生器、向量訊號分析儀、高速數位介面以及強大的 FPGA，全數整合在同一台 PXI 儀器。NI 的 PXIe-5842 VST 延伸 VST 架構，其創新技術著重於解決無線標準、協定以及技術等各方面與日俱增的複雜度與不確定性。
圖 1： PXIe-5842 VST 延伸 54 GHz 頻率細部圖
PXIe-5842 VST 含 PXIe-5842 模組與必需的 PXIe-5655 雙局部震盪器 (LO) 合成器。PXIe-5842 只需使用四個 PXI Express 插槽，最高涵蓋 23 GHz 的連續頻率範圍、2 GHz 的即時 RF 頻寬，且能發揮優異的 RF 效能。
而延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 則含第二組 PXIe-5655 雙 LO 合成器，能額外提供兩個獨立 LO，用於 RMM-5585 遠端量測模組中的兩個雙向 RF 埠。另外還多了一個 PXIe-5443 RF 埠切換器，能用於進行 DUT mmWave 埠與 DUT IF 埠雙向連線。總而言之，mmWave 配置需使用 6 個 PXI Express 插槽，含額外增加的 RMM-5585 遠端量測模組。
PXIe-5842：VST 架構的延伸
圖 2： 延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 方塊圖
由於多了一個 RMM-5585 遠端量測模組，PXIe-5842 只要運用 2GHz 的即時 RF 頻關，就能將頻率範圍延伸到 54 GHz。RMM-5585 提供與 mmWave 頻率之間的頻率轉換，且透過電線與採用 PXI 架構的 IF 子系統連接。這個架構讓 mmWave 介面可以盡量靠近 DUT，這種方式讓中頻時的損耗比 mmWave 時的損耗低很多，因此非常重要。若能將電力傳輸需求轉移至較低頻率，就能提高對 mWave 測試埠這類重要用途的供電量。
這樣的架構除了支援獨立微調頻率，也支援使用單一 RMM-5585 進行同步傳輸與接收，利於在同一台儀器上進行多種不同的測試配置。圖 2 是程式方塊圖。
| 規格 | 延伸 54 GHz 頻寬的 PXIe-5842 |
|---|---|
| RMM-5585 RF IN/OUT 頻率範圍 | 22.5 GHz – 54 GHz |
| PXIe-5543 RF IN/OUT 頻率範圍 | 200 MHz – 23 GHz |
| 頻寬 | 2 GHz |
| RF IN/OUT 振幅準確度 (23.5 - 50 GHz) | ±1.3 dB / ±1.5 dB typ |
| RF IN/OUT 頻率響應 (23.5 - 50 GHz) | ±1.4 dB / ±1.2 dB typ |
| EVM (5G NR FR-2) 1CC、100 MHz 迴送、在 28 GHz 時量測 | - 44 dB |
| 最大平衡輸出功率 (28 GHz) | + 10 dBm (標準) |
表 1：延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 規格
PXIe-5842 提供多項功能，可以簡化 mmWave 測試配置、擴大測試範圍的各種用途，而且只要一台密切同步的 PXIe 儀器就能進行高效能的 RF 量測。
延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 功能
大範圍頻率
由於必須預留無線、行動數據、衛星通訊、導航與無線電天文學所用的頻段，因此無線電頻譜的分配會不斷變化。一定要預留用於開發未來 mmWave 應用所必需的頻率範圍，這一點相當重要。
PXIe-5842 VST 頻率範圍最高可達 54 GHz，能完整涵蓋 WLAN、UWB、5G FR-1 頻段，還有所有重要的 5G FR-2 頻率頻段 (24.25 GHz 到 52.6 GHz) 的頻譜，因此只需要一台儀器就能測試以上所有不同的標準。由於能涵蓋高頻範圍，PXIe-5842 也能用於從 UHF 到 V 頻帶的多種航太與國防用途。這些應用包含雷達目標模擬、電子作戰與衛星通訊中的頻譜監控，或是常用於雷達與衛星系統的 ESA (電子掃描陣列) 元件之參數測試。
過去若要涵蓋從低頻到 mmWave 的整個頻譜，必須用到 2 組 VST。延伸 54 GHz 的 PXIe-5842 能將涵蓋範圍整合於同一台儀器，將最大頻率從 44 GHz 提高到 54 GHz，同時也能涵蓋 6 GHz 以下的 WLAN、行動數據、物聯網以及其他頻段。儀控作業的複雜度降低，表示只需要建立一個測試平台就能簡化 mmWave RFIC 開發流程，允許多種不同用途與頻段並存。
IF 與 mmWave 測試連接埠能因應多頻範圍需求
mmWave RFIC 可延伸現今的訊號鏈設計，增加頻率轉換、波束賦形與相位陣列輻射的額外步驟。理想的測試方式需要對應這些測試點，並擁有足夠的靈活性，以順應不斷變化的設計與要求，同時也要能調整速度與成本，以滿足大量需求。
圖 4： 使用一個遠端測試模組進行 RF 對 RF 雙向測試的設定
為發揮靈活性，充分配合訊號鏈中每個步驟各不相同的需求，PXIe-5842 VST 配備中頻與 mmWave 頻率均適用的雙向測試連接埠。雙向測試連接埠可免除在儀器外部進行訊號處理與切換作業的額外需求，還可以在進一步提升量測品質的同時，降低整體系統複雜度。
圖 5： 使用一個遠端測試模組進行 RF 對 IF 雙向測試的設定
PXIe-5842 有兩個 IF 測試埠，能獨立使用，也能結合 mmWave 遠端量測模組。這些連接埠提供 200 MHz 到 23 GHz 的頻率範圍，能直接介接升轉換器/降轉換器，或是內建頻率轉換功能的波束賦形器等多頻裝置。這些連接埠讓延伸 54 GHz 的 PXIe-5842 能夠介接多頻裝置，不需要外接儀器或進行外部訊號處理。
即時頻寬最高 2 GHz
從 5G NR 和 802.11be (Wi-Fi 7) 等新一代無線技術，到雷達測試與頻譜監控等先進航太用途，為提高峰值資料傳輸率，對較大頻寬的需求與日俱增。PXIe-5842 利用快速取樣、高線性數位轉類比轉換器 (DAC) 與類比轉數位轉換器 (ADC)，以及寬頻內部校準機制，能提供 2 GHz 的瞬間 RF 頻寬，且能發揮優異的量測準確度。
NI VST 能發揮高瞬間頻寬，且其前端經過校準，能充分部署用於雷達目標鎖定模擬、多載波聚合、進行數位預失真 (DPD) 演算法、5G 研究與原型製作，以及即時頻譜分析等需求較高的用途。此外，VST 結合用於修正振幅與相位的專利演算法，能在整個極大的瞬間頻寬範圍中，發揮相當高的絕對振幅準確度，也能降低與線性相位的誤差。
誤差向量幅度量測效能
VST 運用進階的專利 IQ 校準技術，可針對寬頻訊號達成同級最佳的誤差向量幅度 (EVM) 效能。新一代無線裝置的其中一項要素，就是對於不斷增加的頻寬有著更嚴格的 EVM 效能需求。隨著調變機制與寬頻多載波的訊號設定不斷提升，現今無線裝置的 RF 前端必須具備更優異的線性度與相味雜訊，才能提供符合需求的調變效能。因此，適用於無線裝置的測試儀器必須提供更準確的 RF 效能。PXIe-5842 用於 5G NR 等高階調變架構能發揮一流的 EVM 效能。
| 中心頻率 | 1 CC × 100 MHz | 2 CC × 100 MHz | 1 CC × 400 MHz | 2 CC × 400 MHz | 4 CC × 400 MHz |
|---|---|---|---|---|---|
| 28 GHz | -44.5 | -41.2 | -38.7 | -37.1 | -34.9 |
| 39 GHz | -45.3 | -41.0 | -38.4 | -36.4 | -35.8 |
| 47 GHz | -44.6 | -41.1 | -39.2 | -37.6 | -36.3 |
| 50 GHz | -44.4 | -41.0 | -38.7 | -36.8 | -34.6 |
表 2：延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 測得的 EVM
相位同調同步化
延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 採模組化架構，結合 PXI 平台後，用於必須達到相位同調的多通道量測能發揮同步與調整功能。將兩個現成可用的 VST 應用於雙極化天線空中傳輸測試等用途，就能進行次奈秒同步作業：
您也可以將相同程度的同步功能延伸應用於 MIMO 測試系統。諸如 5G NR 之類的最新通訊標準，均針對單一裝置的多個天線採用 MIMO 機制，透過更多空間串流提升資料傳輸率，或是透過波束賦形提供更穩定的通訊。於此同時，MIMO 技術自然也使得相關設計與測試的複雜度大幅提升。MIMO 不但增加了裝置埠數，還引入了同步化多個通道的需求。由於體積輕巧，只要使用一個 PXI 機箱就能同步兩組延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 VST。您可以使用 MXI 將多個機箱整合成一個 PXI 系統，進一步擴充您的系統。
圖 8： 工程師可在一個 PXI 機箱中同步兩組延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 VST。
如同單一儀器一樣，您可利用完全相位同調的方式將每個 VST 同步化。硬體方面，VST 可以同步遠端量測模組與 IF 架構子系統的每個 LO，也能將 LO 分享給其他 VST，讓所有 RF 系統元件保持同步。軟體方面，使用 NI 的 T-Clock (TClk) 專利技術很容易就能透過 NI-TClk API 同步多台儀器。
與 PXI 平台的多儀器整合
圖 9： 以 NI-TClk API 整合多台儀器
許多 RF 測試用途必須額外產生及分析 RF 或基頻以外的輸入/輸出。其中可能包括電源供應器或電源量測單元 (SMU)、用於 DUT 控制的碼型架構數位裝置，或者是其他多種類比、數位以及 DC 儀器。延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 VST 是 PXIe 平台的一部分，與 NI 的任何 PXIe 儀器共用相同的基本資源，能提高測試開發流程的流暢度、簡化觸發與同步作業，還能發揮最高的量測速度。您可以使用同步多台 VST 時所用的 NI-TClk 技術同步其他儀器，並且建立統一的自動測試與自動量測解決方案。
相輔相成的 VST 產品組合
PXIe-5831 是 NI VST 系列中有另一款具備頻率擴充功能的產品。這款產品能透過類似的 PXI 架構 VST 設定遠端量測模組，兩者只有幾項重要的差別。PXIe-5831 以第二代 VST 為架構，只要將兩個 mmWave 無線電頭連接到同一台 PXIe-5831，就能提供專用的切換功能。 PXIe-5831 最多能有 32 個切換 RF 埠，非常適合用於測試多通道相位陣列、波束賦形架構以及雷達原型製作；在這類用途中，也能充分取代 PXIe-5842。
具備整合式切換功能的 mmWave Radio Head
圖 10：具備整合式切換功能的 mmWave Radio Head：PXIe-5831
PXIe-5831 與 PXIe-5842 相同，mmWave 頻率轉換都是在無線電頭端執行，這個無線電頭以電線連接 PXI 架構 IF 子系統，將含遠端無線電頭的 PXIe-5831 的頻率範圍延伸到 44 GHz。每個 mmWave 無線電頭均提供三種不同的配置：2 埠、9 埠與 16 埠，能隨著 DUT 的需求調整。使用整合於儀器校準常式中的切換器網路，即可建立額外的連接埠，讓連接至測試連接埠的效能規格持續準確。
圖 11： PXIe-5831 VST 細部圖
NI 的頻率延伸 VST 提供多種選項，因此，使用者可以針對特定用途選擇最佳選項。這樣能擴大其用途與擴充能力，這是要盡可能提高測試效率不可或缺的兩項條件。
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| 規格 | PXIe-5831 | PXIe-5842 |
|---|---|---|
| mmWave I/O 頻率範圍 | 22.5 GHz – 44 GHz | 22.5 GHz – 54 GHz |
| IF I/O 頻率範圍 | 5 GHz – 21 GHz | 200 MHz – 23 GHz |
| 頻寬 | 1 GHz | 2 GHz |
| mmWave Head | 1 – 2 | 1 |
| 直接連接埠 | 2 個單向 | 2 個雙向 |
| 切換連接埠 | 最多 32 個 | 不適用 |
| PXI 插槽 | 6 | 6 |
表 3：PXIe-5831 與頻率延伸 PXIe-5842 的規格比較。
善用解決方案與軟體提升速度與擴充能力
在驗證與生產測試環境中，裝置產能、自動化與測試時間會直接影響業務成敗。PXIe-5842 VST 的軟硬體架構經過最佳化，最適合在不犧牲量測效能的前提下盡可能提升量測速度。
PXIe-5842 使用與前幾代 VST 相同的多項軟體工具，能快速轉換成 PXIe-5842，同時也能延續客戶過去使用舊款 VST 時能感受到的業界頂尖測試最佳化效果。
RFmx：適用於常見測試開發語言，迅速表現最佳的原生驅動程式
要設定與控制 NI 延伸頻率 VST 系列，可透過 RFmx 應用程式軟體進行。RFmx 提供直覺化的程式設計 API，讓一般 RF 與特定標準的量測作業享有易用與進階量測設定功能。RFmx 具備高度最佳化的 API，可執行眾多作業，從通道功率、相鄰通道功率與功率頻譜等 RF 頻譜量測作業，到數位與類比調變訊號的量測作業皆包含在內。您也可以使用這套軟體結合 5G NR、Wi-Fi 7、藍牙等標準量測作業，自動處理您的程式。
圖 12： 在 LabVIEW 與 .NET 中使用 NI RFmx 執行 5G NR 量測作業
圖 12 示範與 5G NR 規格相容的通道功率量測作業，這項量測作業使用 RFmx LabVIEW 與 .NET 範例，以及少數幾項函式呼叫。您可以利用超過 100 個 C、.NET 與 LabVIEW 的範例程式，快速展開作業，而且這些範例程式的設計可讓儀器自動化作業簡單明瞭。NI-RFmx API 包含高階參數，能以智慧化方式將儀器設定最佳化，協助您以最少的軟體呼叫，實現最佳的量測作業品質。此外，NI-RFmx 的功能可大幅簡化多量測平行機制與多 DUT 量測的軟體複雜度。運用最新的處理器技術與易設定的多執行緒量測作業，您可以減少測試時間，進而達到領先業界的量測速度。
圖 13： VST 將高頻寬向量訊號產生器、向量訊號分析儀、高速數位介面，以及功能強大的 FPGA 整合在同一台 PXI 儀器中。遠端量測模組延伸 VST 架構，其創新技術著重於因應無線標準、協定和技術與日俱增的複雜度與不確定性。
Watch an online demo of the PXIe-5842 and how it integrates with InstrumentStudio and RFmx
適用於 mmWave 用途的 PXI VST
mmWave 空中傳輸 (OTA) 驗證
在 mmWave 頻率進行空中傳輸 (OTA) 測試可能特別重要。在諸如 MIMO 天線陣列波束賦形等用途中，由於受限於波形的空間特性，以及使用的天線數量，在許多情況下均無法進行傳導測試。針對這類測試情況，通常必須進行 OTA 測試及使用無回音實驗室。
NI 的 5G mmWave OTA 驗證參考架構整合延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842，以及一組完整的軟硬體，能提高 OTA 測試的流暢度。遠端量測模組架構靠近測試實驗室，因此能將 mmWave 頻率下的路徑損耗降至最低。PXIe-5842 的系統整合方式與 PXIe-5831 類似，因此很容易就能進行 VST 轉換。
RFFE 生產測試
您可以將能延伸頻率的 VST 整合於半導體測試系統 (STS) 及其他 RFFE 生產測試解決方案，整合方式與整合其他 PXI VST 類似。
深入了解適用於大量 RFFE 生產測試的 NI 解決方案。
雷達與電子作戰 (EW)
由於主動式電子掃描陣列、超寬頻技術與認知系統帶來了新的設計與測試挑戰，因此雷達與電子作戰 (EW) 系統在技術上出現許多顛覆性的變化。
NI 提供模組化儀器與開放軟體技術，工程師可利用這些工具與 RF 向量訊號收發儀模組和 FPGA 協同處理器，提供可調整的威脅模擬功能。調整系統層級驗證，讓每個通道能支援多個威脅發射器，即時監控與分析系統效能，或是安全地記錄與播放機密訊號，這一切能都可以在一個常見的模組化儀器平台上完成。
NI VST 可用於進行電子作戰功能測試與參數測試，亦可用於系統層級驗證、執行多發射器 RF 威脅產生作業、即時的訊號監控與分析作業，以及寬頻 RF 記錄與播放作業。
通訊衛星 (SATCOM) 遙測與資料連結驗證系統
延伸 54 GHz 頻率的 PXIe-5842 用於 SATCOM 遙測能發揮與標準 PXIe-5842 相同的優勢和益處。