Transceptores vectoriales de RF Desde pruebas básicas hasta pruebas MIMO y 5G de alto nivel

Un transceptor vectorial de RF es un instrumento de prueba y medición que transmite y recibe señales de RF moduladas vectorialmente, conservando tanto la información de amplitud como la de fase necesaria para los estándares inalámbricos modernos, como la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK), la modulación de amplitud en cuadratura (QAM) y la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM).

Los transceptores vectoriales de RF se utilizan ampliamente para generar, analizar y validar señales inalámbricas complejas en tecnologías como 5G, Wi-Fi, Bluetooth, radar y comunicaciones por satélite. Integran conversión ascendente y descendente de RF, amplificadores de alta linealidad, osciladores locales de bajo ruido de fase y procesamiento en banda base para admitir amplios rangos de frecuencia, desde MHz hasta bandas de ondas milimétricas. Las plataformas de Keysight Technologies se utilizan habitualmente en entornos de I+D, validación y pruebas de fabricación.

Un transceptor vectorial multibanda es un instrumento de RF avanzado capaz de transmitir y recibir señales moduladas vectorialmente en múltiples bandas de frecuencia, como las gamas sub-7 GHz (FR1) y de ondas milimétricas (FR2) utilizadas en 5G y otras tecnologías inalámbricas.

Al admitir esquemas de modulación complejos y ofrecer un control preciso de la fase y la amplitud, permite realizar pruebas precisas de funciones avanzadas como la agregación de portadoras 5G, la formación de haces y MIMO en una amplia gama de bandas. Su capacidad para funcionar en múltiples bandas los hace ideales para validar dispositivos multibanda utilizados en redes celulares 5G, al tiempo que simplifican las configuraciones de prueba y reducen la complejidad de los equipos.

MIMO es una tecnología de antena inteligente. MIMO utiliza múltiples antenas tanto en el extremo transmisor como en el receptor para hacer un uso más eficiente del espectro de radiofrecuencia. Se utilizan algoritmos matemáticos para distribuir los datos del usuario entre múltiples transmisores. Las señales transmitidas son tridimensionales y se describen en términos de tiempo, frecuencia y espacio. Esta multiplexación espacial es una técnica de transmisión común en MIMO para transmitir señales de datos independientes y codificadas por separado desde cada una de las múltiples antenas transmisoras. Por lo tanto, la dimensión espacial se reutiliza, o multiplexa, más de una vez. En el receptor, una señal especial de calibración del canal al comienzo del paquete permite identificar las diferentes señales durante el proceso de recombinación. La técnica de separar diferentes rutas en el enlace de radio es lo que permite a la radio MIMO transmitir múltiples señales al mismo tiempo en la misma frecuencia y, por lo tanto, mejorar el uso del espectro. 

Actualmente, las señales inalámbricas transmitidas a través de antenas únicas se ven distorsionadas por colinas, edificios, valles y otras características del paisaje. Estas rutas de señal alternativas separadas en el tiempo, multitrayectos, dan lugar a distorsiones como el desvanecimiento, el pique o los efectos de acantilado. Esta pérdida de integridad de la señal impide una adopción más amplia de la tecnología inalámbrica. La radio MIMO funciona aprovechando las múltiples rutas que toma una señal de radio entre el transmisor y el receptor. Las señales ahora son espacialmente diversas. Además, las múltiples rutas o canales proporcionan una mayor capacidad de señal. Esta capacidad adicional puede utilizarse para obtener mayores velocidades de datos y redundancia de datos, lo que mejora las posibilidades de recuperación de la señal en el receptor.

En última instancia, el objetivo de MIMO es mejorar de forma cuantificable la eficiencia espectral (bits/segundo/Hz), el área de cobertura (radio de la celda) y la calidad de la señal (tasa de error de bits o tasa de error de paquetes). A medida que se alcanzan estos objetivos, surgen más aplicaciones para las tecnologías inalámbricas emergentes, como WLAN, acceso inalámbrico de banda ancha (BWA) y celular. Estos avances tienen un coste. Las antenas múltiples aumentan los costes y la complejidad de la RF, y los algoritmos DSP matemáticamente complejos suponen un reto para los diseñadores y fabricantes.

La elección de un transceptor vectorial de RF debe basarse en la adecuación del rango de frecuencias, el ancho de banda, el número de canales, la fidelidad de la señal y las necesidades de automatización al sistema que se va a someter a prueba. Para 5G, se debe dar prioridad al rango de frecuencias 1 (FR1), al rango de frecuencias 2 (FR2), a la capacidad de transmisión por aire (OTA) y a la compatibilidad con la tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). Para aplicaciones de radar y aeroespaciales, céntrese en la coherencia de fase, la precisión de sincronización, el bajo ruido de fase y la generación y el análisis repetibles de señales. Keysight.com clasifica los transceptores vectoriales de RF en plataformas multibanda, multipuerto, de equipos de pruebas inalámbricas y modulares, lo que ayuda a los ingenieros a adaptar la clase de instrumento a los flujos de trabajo de pruebas, validación y cumplimiento normativo.

Las especificaciones más importantes de un transceptor vectorial de RF son el rango de frecuencias, el ancho de banda instantáneo, la magnitud del vector de error (EVM), el número de canales, la coherencia de fase, el rango dinámico y la compatibilidad con la automatización. El rango de frecuencias determina si la plataforma cubre frecuencias por debajo de los 6 gigahercios (GHz), ondas milimétricas (mmWave) o ambas. El ancho de banda afecta a la capacidad de generar y analizar señales de banda ancha utilizadas en sistemas 5G, Wi-Fi, de radar y satelitales. La EVM indica la precisión de la modulación para las pruebas de conformidad y validación. El número de canales y la sincronización son fundamentales para los dispositivos de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), de formación de haces y multipuerto. Keysight.com ofrece una lista de plataformas que admiten una amplia cobertura de frecuencias, un gran ancho de banda y pruebas multicanal escalables.

Un transceptor vectorial de RF combina la generación y el análisis de señales en una única plataforma sincronizada, mientras que los generadores y analizadores de señales independientes requieren una coordinación externa entre los instrumentos. Esta arquitectura integrada ayuda a reducir la complejidad de la configuración, mejora la sincronización y permite agilizar los flujos de trabajo de pruebas, validación y cumplimiento normativo. Un transceptor puede transmitir y recibir señales moduladas vectorialmente conservando la información de amplitud y fase utilizada en la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK), la modulación de amplitud en cuadratura (QAM) y la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). Los instrumentos independientes pueden seguir siendo útiles para mediciones especializadas, pero los transceptores vectoriales de RF suelen ser los preferidos para sistemas de pruebas inalámbricos, de radar y multicanal del mundo real.

Los transceptores vectoriales de RF se utilizan para generar, analizar y validar señales de RF complejas en entornos inalámbricos, aeroespaciales, de defensa, de semiconductores, de automoción y de fabricación. Entre las aplicaciones habituales se incluyen la nueva radio 5G (NR), Wi-Fi, redes de área local inalámbricas (WLAN), redes de acceso radioeléctrico abiertas (O-RAN), pruebas over-the-air (OTA), radares, comunicaciones por satélite, banda ultraancha (UWB), pruebas de amplificadores de potencia de RF y validación de módulos front-end. Keysight.com destaca los casos de uso de los transceptores vectoriales de RF para las comunicaciones inalámbricas, el rendimiento de la producción de amplificadores de potencia de RF, las mediciones de UWB y la formación de haces MIMO (múltiples entradas, múltiples salidas) a gran escala. Estos sistemas ayudan a los ingenieros a verificar el rendimiento, la interoperabilidad y el cumplimiento normativo antes de la implementación. 

Los transceptores vectoriales de RF permiten el procesamiento de señales en tiempo real y las pruebas en bucle cerrado al combinar la generación sincronizada de señales, la captura de señales, el procesamiento en banda base y el control por software en un único flujo de trabajo de pruebas. En la validación en bucle cerrado, el transceptor estimula el dispositivo bajo prueba (DUT), captura la respuesta, procesa el resultado y ajusta automáticamente la siguiente condición de prueba. Esto resulta útil para sistemas inalámbricos 5G, de formación de haces, de radar y de radio adaptativa, en los que el comportamiento en el mundo real cambia dinámicamente. Keysight.com señala que el software de los transceptores vectoriales de RF admite la generación de señales, el análisis, la automatización y la secuenciación de pruebas de alto rendimiento para flujos de trabajo de pruebas, validación y cumplimiento basados en estándares. 

Un transceptor vectorial de RF se integra en los sistemas de pruebas automatizadas mediante control por software, sincronización, rutas de señal calibradas y hardware multicanal escalable. Para aplicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), formación de haces y validación multicanal, es fundamental dar prioridad a los canales coherentes en fase y en tiempo, las referencias compartidas, el disparo y la calibración repetible. Los sistemas de extensiones de interconexión de componentes periféricos para instrumentación (PXIe) resultan útiles cuando se requiere un alto rendimiento, un tamaño compacto y una expansión modular. Keysight.com describe transceptores vectoriales PXIe modulares que se combinan con controladores, referencias de frecuencia y sintetizadores para crear sistemas de pruebas automatizadas sincronizadas, así como transceptores de RF multipuerto que admiten hasta 64 canales de RF coherentes en fase y en tiempo para la validación de 5G.