Tester la nouvelle génération de matériels sans fil à l’aide d’une plate-forme de test personnalisée

Les normes de communication pour les matériels sans fil sont chaque jour plus nombreuses. Ce tutorial vous montrera comment une seule plate-forme logicielle et matérielle flexible basée sur du PXI peut vous aider à tester plusieurs normes sans fil.

« À mon avis, les ondes sans fil que j’ai découvertes ne trouveront aucune application pratique ».

− Heinrich Rudolf Hertz (1857−1894)

Prédire les tendances à venir ou la réaction future des utilisateurs face à une technologie est un exercice difficile. Qui aurait deviné, à la fin des années 1970, que les matériels sans fil - et le sans fil de manière générale - seraient à ce point omniprésents de nos jours, avec un milliard de téléphones portables produits chaque année? Les consommateurs peuvent ainsi bénéficier des applications toujours plus nombreuses de la technologie sans fil dans leur vie quotidienne. Toutefois, les constructeurs de périphériques sont confrontés à un problème de taille : comment embarquer toujours davantage d'applications sur un seul et même périphérique, devant répondre à une multitude de normes sans fil (Voir Figure n°1) ? Face à ce besoin grandissant de capacités sans fil, les fabricants d’équipement de test ont un défi à relever : développer des produits capables de gérer l'ensemble des exigences fonctionnelles à partir d'une seule et même plate-forme de test. Ces exigences en constante évolution demandent la mise au point d’une nouvelle instrumentation, plus moderne.

Figure n°1. Le nombre de normes sans fil continue de croître à un rythme effréné.

 

Aller au-delà des instruments RF traditionnels

Les consommateurs attendent toujours davantage de fonctions et de performances de leurs matériels sans fil. À mesure que la demande de ces produits augmente, les temps de test en production se rapprochent sans cesse du zéro, tandis que le nombre de tests fonctionnels tend vers l’infini (Voir Figure n°2). Le nombre de matériels utilisant la technologie sans fil étant en constante augmentation, c’est désormais à la chaîne de production de s’adapter à la demande, avec des exigences en termes de vitesse de test inégalées ainsi qu'une multitude de tests fonctionnels différents.

Figure n°2. Les temps de test en production se rapprochent sans cesse du zéro, tandis que la courbe du nombre de tests fonctionnels tend vers l’infini.

 

La meilleure façon de satisfaire aux exigences des matériels actuels et de la prochaine génération en matière de tests est d'utiliser une plate-forme capable de s'adapter aux besoins futurs. La plate-forme PXI pour le RF de National Instruments est une véritable plate-forme RF personnalisée, basée sur le logiciel NI LabVIEW et le matériel PXI. Grâce à la bande passante du PXI Express et aux capacités de traitement parallèle des processeurs multicœurs, la vitesse des systèmes de test s'adapte et suit l'évolution de la technologie. Sur cette plate-forme, lorsque la vitesse de test est décuplée par rapport à celle des instruments traditionnels, elle est multipliée par 100, sur la même plate-forme, à mesure que des processeurs multicœurs avec de plus en plus de cœurs apparaissent.

 

Le nouvel analyseur de signaux vectoriels NI PXIe-5663 RF et le tout dernier générateur de signaux vectoriels NI PXIe-5673 RF améliorent d’autant la plate-forme PXI RF qu’ils offrent des capacités de mesure allant jusqu’à 6 GHz avec le PXI Express. Le PXIe-5663 peut effectuer des analyses de signaux allant de 10 MHz à 6,6 GHz avec jusqu’à 50 MHz de bande passante instantanée. Le PXIe-5673 offre une génération de signaux allant de 85 MHz à 6,6 GHz et jusqu’à 100 MHz de bande passante instantanée. Avec le nouveau châssis NI PXIe -1075 à 18 emplacements, les lignes du PCI Express sont reliées à chaque emplacement, fournissant une bande passante allant jusqu’à 1 Go/s par emplacement et jusqu’à 4 Go/s de bande passante totale pour le système, permettant ainsi des tests RF à haute vitesse sur la plate-forme PXI.

Figure n°3. Le nouvel analyseur de signaux vectoriels NI PXIe-5663 RF et le tout dernier générateur de signaux vectoriels NI PXIe-5673 RF augmentent les capacités de mesure jusqu’à 6 GHz avec le PXI Express.

 

Les nouveaux instruments modulaires RF, qui exploitent au mieux les avantages des processeurs multicœurs, sont parfaitement adaptés aux environnements de test automatisé à haute vitesse pour le RF et le sans fil. Avec LabVIEW 8.6, pour effectuer en parallèle des algorithmes de mesure sur des processeurs multicœurs, vous pouvez utiliser le nouvel analyseur de signaux vectoriels RF et le tout dernier générateur de signaux vectoriels RF. Ils vous permettront de réaliser de nombreuses mesures RF courantes bien plus rapidement qu'avec des instruments traditionnels. Par exemple, ces instruments modulaires RF peuvent implémenter une série de mesures WCDMA jusqu’à quatre fois plus rapidement que des instruments classiques ; certaines mesures individuelles peuvent même être jusqu’à 20 fois plus rapides. À mesure que de nouveaux processeurs multicœurs seront mis sur le marché, les temps de mesure RF continueront de diminuer sans qu'une quelconque modification des instruments RF ou de la programmation LabVIEW ne soit nécessaire. Cela vous garantit ainsi une optimisation des performances de mesure, un accroissement de la longévité du système, ainsi qu’une réduction de l’investissement.

 

Si les nouveaux instruments modulaires 6,6 GHz peuvent atteindre de tels niveaux de performances, c’est grâce à l’utilisation des dernières technologies disponibles, telles que les convertisseurs numérique/analogique (CAN) et numérique/analogique (CNA), qui offrent des performances dynamiques supérieures pour la génération de signaux et la numérisation. En utilisant un convertisseur élévateur de fréquences RF, le générateur de signaux vectoriels NI PXIe -5673 peut fournir une bande passante allant jusqu'à 100 MHz de RF. En outre, grâce à un mode supplémentaire appelé « mode dégradation », vous pouvez profiter du FPGA embarqué pour ajuster manuellement un déséquilibre de gain, un offset IQ ou une différence de quadrature. En optimisant ces paramètres pour une fréquence particulière, vous pouvez faire mieux qu’un écart de 85 dBc entre la porteuse et l’image supprimée. Avec sa bande passante plate et un faible bruit de phase, l’analyseur de signaux vectoriels NI PXIe-5663 RF peut mesurer avec précision des signaux modulés. Par exemple, les performances EVM types sont de 0,8 % à 2 GHz pour WCDMA et de -52 dB à 3,8 GHz pour WiMAX.

 

Ces nouveaux produits étant basés sur du PXI, vous pouvez utiliser la même plate-forme pour tester de multiples normes RF et sans fil, tout en bénéficiant des incroyables atouts qui caractérisent la plate-forme PXI en termes de vitesse et de mise à jour. Que vous souhaitiez tester du 802.11, du DVB, du WiMAX (802.16e/d ou m), ou du MIMO (entrées multiples, sorties multiples)-OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence), les produits PXI s’adaptent à ces exigences complexes.

 

Parmi les technologies les plus récentes par exemple, nombreuses sont celles qui sont basées sur le MIMO-OFDM. L’approche des instruments traditionnels pour parvenir à 2x2, 4x4 ou davantage en MIMO consiste à chaîner plusieurs boîtiers. Cela présente de nombreux inconvénients, tels que la taille du système, l’importance des coûts du fait de la duplication de parties inutilisées du système (comme plusieurs oscillateurs locaux, OL) et l’impossibilité de déclencher plusieurs boîtiers simultanément dans un court laps de temps.

 

La plate-forme PXI permet justement de résoudre ces problèmes. Tout d’abord, chaque module partage un fond de panier commun à l’ensemble du système. En outre, grâce au déclenchement en étoile, chaque module peut être activé en une nanoseconde (ns) ou moins, permettant ainsi une synchronisation étroite entre les modules (Voir Figure n°4). Par ailleurs, les coûts sont réduits car plusieurs modules d’un même châssis peuvent se partager un seul OL. Enfin, grâce à la taille réduite des modules, vous pouvez intégrer plusieurs configurations MIMO dans un même châssis transportable.

 

Figure n°4. Le déclenchement en étoile du PXI permet une synchronisation étroite d'1 ns entre les modules.

 

Une plate-forme définie par logiciel et personnalisée

De nos jours, nombreux sont les clients qui remettent en question la manière dont les fournisseurs mettent les fonctionnalités de mesure à leur disposition. En effet, ces derniers font habituellement patienter les clients jusqu'à ce que la fonction soit embarquée dans un microprogramme de l'instrument de test. Cela constitue un obstacle au progrès, surtout pour ceux qui travaillent sur des technologies avant standardisation ou qui prototypent des systèmes nouvelle génération.

 

L’une des solutions à ce problème consiste à utiliser une architecture définie par logiciel pour développer des fonctionnalités n’étant pas encore disponibles sur le marché. Cette possibilité est indispensable si vous voulez prendre de l'avance sur les dernières fonctionnalités en matière d'équipements de test et vous distinguer de la concurrence qui utilise des instruments de test traditionnels. Il faut toutefois souligner que le terme « défini par logiciel » recouvre différentes réalités : même si le fournisseur vante une architecture définie par logiciel, cela ne signifie pas que vous pourrez avoir accès à cette conception ou en profiter. Par exemple, si vous ne pouvez pas développer des algorithmes et les embarquer dans votre instrument ou créer des fonctionnalités qui ne sont pas encore disponibles, alors « défini par logiciel » n’implique un avantage que pour le constructeur de l’instrument, et non pour vous, utilisateur final.

 

D’une part, les technologies actuelles requièrent une véritable plate-forme ouverte définie par logiciel ; d’autre part, les ingénieurs aussi bien que les technologies d’aujourd’hui sont toujours plus exigeants. En outre, de nombreux ingénieurs demandent désormais une architecture définie par l’utilisateur afin de personnaliser leurs logiciels et matériels, avec la même plate-forme, et utiliser le même système en R&D et sur la chaîne de production. Ils peuvent ainsi ajouter du matériel au système de test quand ils le souhaitent.

 

Ainsi, les clients de National Instruments utilisent le logiciel NI LabVIEW et le matériel PXI pour obtenir une solution vraiment personnalisée. Véritable plate-forme logicielle ouverte, LabVIEW vous aide à personnaliser votre application logicielle afin qu'elle réponde à vos besoins plutôt que d'attendre de votre fournisseur d'instruments qu’il s’en charge. Si vous avez besoin d’une fonctionnalité de détection de pression ou de température sur une plate-forme de test RF par exemple, vous pouvez utiliser les modules matériels NI PXI. Cette plate-forme entièrement personnalisable comprend plus de 1 500 modules spécifiques à la mesure, allant du DC à 26,5 GHz, proposés par plus de 70 fournisseurs (Voir Figure n°5). Si ces modules ne répondent pas à vos besoins, vous pouvez également développer un module PXI selon les spécifications de la PXI Systems Alliance. Vous disposez ainsi de choix et de capacités illimités vous permettant de rendre vos systèmes de test aussi flexibles que vous le désirez.

Figure n°5. Plus de 70 fournisseurs produisent plus de 1 500 modules spécifiques à la mesure avec le PXI.

 

Inscrire les performances dans la durée

L’obsolescence est une préoccupation majeure pour tous les appareils de haute technologie. Par exemple, à peine avez-vous acheté le tout dernier ordinateur le plus rapide disponible sur le marché qu’un modèle plus performant apparaît, quelques semaines ou quelques mois plus tard seulement. Au vu de la difficulté à trouver le meilleur moment pour acquérir un ordinateur qui vous assure une performance durable, vous êtes susceptible de remettre votre décision à plus tard.

 

Cette situation est d’autant plus problématique si vous avez besoin d’une grande quantité de machines ou si cet équipement devra servir plusieurs années. Par exemple, un équipement RF est remplacé tous les cinq à sept ans, à un coût avoisinant les millions de dollars pour une chaîne de production complète. Une fois cet achat effectué, votre système conservera les performances correspondant aux technologies actuelles pendant plusieurs années. Pour chaque nouvel achat, la vitesse de test est limitée dès le départ par les capacités des technologies utilisées. Toutefois, avec le temps, la vitesse de test prend sans cesse du retard par rapport aux nouvelles technologies et les ingénieurs sont alors obligés de pousser la vitesse au maximum permis par leur ancienne plate-forme pour pouvoir répondre à une demande de produits croissante.

 

LabVIEW et le PXI tirent parti des processeurs multicœurs pour suivre le rythme d’évolution de l'industrie en matière de vitesse de test (Voir Figure n°6). Contrairement aux équipements de test RF traditionnels, qui deviennent de plus en plus lents comparés aux derniers équipements de test les plus performants du marché, les processeurs multicœurs permettent à vos systèmes de test de suivre le rythme - et même de le dépasser - à mesure que de nouveaux cœurs sont développés.

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Figure n°6. NI LabVIEW et le PXI offrent un modèle évolutif très performant pour le test parallèle.

 

Tester des matériels de la prochaine génération avec le PXI

Grâce à la rapidité et à la flexibilité du NI PXIe-5663 et du PXIe -5673, la plate-forme PXI RF relève la plupart des défis posés par les appareils RF actuels et de la prochaine génération en matière de tests et de conception. Vous disposez désormais d’une plate-forme adaptable, personnalisée et évolutive, capable de suivre l’évolution des technologies et même de les dépasser avec le temps, vous garantissant ainsi une longévité de votre système ainsi qu’une réduction de votre investissement en capital.

 

Joseph E. Kovacs

Responsable produits RF senior

Joseph.Kovacs@ni.com