Transceptores vetoriais de RF De testes básicos a testes avançados de MIMO e 5G

Um transceptor vetorial de RF é um instrumento de teste e medição que transmite e recebe sinais de RF modulados vetorialmente, preservando tanto as informações de amplitude quanto as de fase necessárias para os padrões sem fio modernos, tais como modulação por deslocamento de fase em quadratura (QPSK), modulação de amplitude em quadratura (QAM) e multiplexação por divisão ortogonal de frequência (OFDM).

Os transceptores vetoriais de RF são amplamente utilizados para gerar, analisar e validar sinais sem fio complexos em tecnologias como 5G, Wi-Fi, Bluetooth, radar e comunicações via satélite. Eles integram conversão de frequência para cima e para baixo, amplificadores de alta linearidade, osciladores locais de baixo ruído de fase e processamento de banda base para suportar amplas faixas de frequência, desde MHz até as bandas de ondas milimétricas. As plataformas da Keysight Technologies são comumente utilizadas em ambientes de P&D, validação e testes de fabricação.

Um transceptor vetorial multibanda é um instrumento RF avançado capaz de transmitir e receber sinais modulados vetorialmente em várias bandas de frequência, como as faixas abaixo de 7 GHz (FR1) e ondas milimétricas (FR2) utilizadas em 5G e outras tecnologias sem fio.

Ao oferecer suporte a esquemas de modulação complexos e controle preciso de fase e amplitude, ele permite testes precisos de recursos avançados, como agregação de portadoras 5G, beamforming e MIMO em uma ampla gama de bandas. Sua capacidade de operar em várias bandas os torna ideais para validar dispositivos multibanda usados em redes celulares 5G, ao mesmo tempo em que simplificam as configurações de teste e reduzem a complexidade do equipamento.

MIMO é uma tecnologia de antena inteligente. MIMO utiliza múltiplas antenas tanto na extremidade do transmissor quanto na extremidade do receptor para fazer um uso mais eficiente do espectro de RF. Algoritmos matemáticos são utilizados para distribuir os dados do usuário por múltiplos transmissores. Os sinais transmitidos são tridimensionais e descritos em termos de tempo, frequência e espaço. Essa multiplexação espacial é uma técnica de transmissão comum em MIMO para transmitir sinais de dados independentes e codificados separadamente de cada uma das múltiplas antenas transmissoras. Portanto, a dimensão espacial é reutilizada, ou multiplexada, mais de uma vez. No receptor, um sinal especial de calibração de canal no início do pacote permite que os diferentes sinais sejam identificados durante o processo de recombinação. A técnica de separar diferentes caminhos no link de rádio é o que permite que o rádio MIMO transmita vários sinais ao mesmo tempo na mesma frequência e, assim, melhore o uso do espectro. 

Atualmente, os sinais sem fio transmitidos por meio de antenas únicas são distorcidos por colinas, edifícios, vales e outras características do terreno. Esses caminhos alternativos de sinal separados no tempo, multipaths, resultam em distorções como fading, picketing ou cliff effects. Essa perda de integridade do sinal impede a adoção mais ampla da tecnologia sem fio. O rádio MIMO funciona aproveitando os múltiplos caminhos que um sinal de rádio percorre entre o transmissor e o receptor. Os sinais agora são espacialmente diversos. Além disso, os múltiplos caminhos ou canais fornecem uma maior capacidade de sinal. Essa capacidade adicional pode ser usada para taxas de dados mais altas e redundância de dados, melhorando assim as chances de recuperação do sinal no receptor.

Em última análise, o objetivo do MIMO é melhorar de forma mensurável a eficiência espectral (bits/segundo/Hz), a área de cobertura (raio da célula) e a qualidade do sinal (taxa de erro de bits ou taxa de erro de pacotes). À medida que esses objetivos são alcançados, surgem mais aplicações para tecnologias sem fio emergentes, como WLAN, acesso sem fio de banda larga (BWA) e celular. Esses avanços têm um custo. A presença de múltiplas antenas aumenta os custos e a complexidade da RF, e os algoritmos DSP matematicamente complexos desafiam os projetistas e fabricantes.

A escolha de um transceptor vetorial de RF deve ser feita de acordo com a faixa de frequência, largura de banda, número de canais, fidelidade do sinal e necessidades de automação do sistema a ser testado. Para 5G, priorize a faixa de frequência 1 (FR1), a faixa de frequência 2 (FR2), a capacidade de transmissão sem fio (OTA) e o suporte a múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO). Para aplicações de radar e aeroespaciais, concentre-se na coerência de fase, precisão de temporização, baixo ruído de fase e geração e análise repetíveis de sinais. O site Keysight.com organiza os transceptores vetoriais de RF em plataformas multibanda, multiportas, conjuntos de teste sem fio e modulares, ajudando os engenheiros a alinhar a classe do instrumento com os fluxos de trabalho de teste, validação e conformidade.

As especificações mais importantes de um transceptor vetorial de RF são a faixa de frequência, a largura de banda instantânea, a magnitude do vetor de erro (EVM), o número de canais, a coerência de fase, a faixa dinâmica e o suporte à automação. A faixa de frequência determina se a plataforma abrange frequências abaixo de 6 gigahertz (GHz), ondas milimétricas (mmWave) ou ambas. A largura de banda afeta a capacidade de gerar e analisar sinais de banda larga usados em sistemas 5G, Wi-Fi, radar e satélite. A EVM indica a precisão da modulação para testes de conformidade e validação. A contagem de canais e a sincronização são essenciais para dispositivos de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), beamforming e multiportas. O site Keysight.com lista plataformas que oferecem ampla cobertura de frequência, largura de banda ampla e testes multicanais escaláveis.

Um transceptor vetorial de RF combina a geração e a análise de sinais em uma única plataforma sincronizada, enquanto geradores e analisadores de sinais separados exigem coordenação externa entre os instrumentos. Essa arquitetura integrada ajuda a reduzir a complexidade da configuração, melhorar o alinhamento de temporização e viabilizar fluxos de trabalho mais rápidos de teste, validação e conformidade. Um transceptor pode transmitir e receber sinais modulados por vetor, preservando as informações de amplitude e fase utilizadas na modulação por deslocamento de fase em quadratura (QPSK), modulação de amplitude em quadratura (QAM) e multiplexação por divisão ortogonal de frequência (OFDM). Instrumentos separados ainda podem ser úteis para medições especializadas, mas os transceptores vetoriais de RF são frequentemente preferidos para sistemas de teste sem fio, de radar e multicanal do mundo real.

Os transceptores vetoriais de RF são utilizados para gerar, analisar e validar sinais complexos de RF em ambientes de comunicações sem fio, aeroespacial, de defesa, de semicondutores, automotivo e de manufatura. As aplicações comuns incluem 5G New Radio (NR), Wi-Fi, rede local sem fio (WLAN), rede de acesso de rádio aberta (O-RAN), testes over-the-air (OTA), radar, comunicações via satélite, banda ultralarga (UWB), testes de amplificadores de potência de RF e validação de módulos front-end. O site Keysight.com destaca casos de uso de transceptores vetoriais de RF para comunicações sem fio, rendimento de produção de amplificadores de potência de RF, medições de UWB e beamforming MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) em grande escala. Esses sistemas ajudam os engenheiros a verificar o desempenho, a interoperabilidade e a conformidade antes da implantação. 

Os transceptores vetoriais de RF permitem o processamento de sinais em tempo real e testes em circuito fechado, combinando geração sincronizada de sinais, captura de sinais, processamento em banda base e controle por software em um único fluxo de trabalho de teste. Na validação em circuito fechado, o transceptor estimula um dispositivo em teste (DUT), captura a resposta, processa o resultado e ajusta automaticamente a próxima condição de teste. Isso é útil para sistemas sem fio 5G, beamforming, radar e rádio adaptativo, nos quais o comportamento no mundo real muda dinamicamente. O site Keysight.com observa que o software do transceptor vetorial de RF oferece suporte à geração de sinais, análise, automação e sequenciamento de testes de alto rendimento para fluxos de trabalho de testes, validação e conformidade baseados em padrões. 

Um transceptor vetorial de RF integra-se a sistemas de teste automatizados por meio de controle de software, sincronização de tempo, caminhos de sinal calibrados e hardware multicanal escalável. Para sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), formação de feixes e validação multicanal, priorize canais coerentes em fase e tempo, referências compartilhadas, acionamento e calibração repetível. Os sistemas de extensões de interconexão de componentes periféricos para instrumentação (PXIe) são úteis quando são necessários alto rendimento, tamanho compacto e expansão modular. O site Keysight.com descreve transceptores vetoriais PXIe modulares que se combinam com controladores, referências de frequência e sintetizadores para criar sistemas de teste automatizados sincronizados, além de transceptores de RF multiportas que suportam até 64 canais de RF coerentes em fase e tempo para validação 5G.