Émetteurs-récepteurs vectoriels RF Des tests MIMO et 5G de base aux tests avancés

Un émetteur-récepteur vectoriel RF est un instrument de test et de mesure qui émet et reçoit des signaux RF modulés vectoriellement, en conservant à la fois les informations d'amplitude et de phase requises par les normes sans fil modernes telles que la modulation par déplacement de phase en quadrature (QPSK), la modulation d'amplitude en quadrature (QAM) et le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM).

Les émetteurs-récepteurs vectoriels RF sont largement utilisés pour générer, analyser et valider des signaux sans fil complexes dans des technologies telles que la 5G, le Wi-Fi, le Bluetooth, les radars et les communications par satellite. Ils intègrent des fonctions de conversion ascendante et descendante RF, des amplificateurs à haute linéarité, des oscillateurs locaux à faible bruit de phase et un traitement en bande de base afin de prendre en charge de larges gammes de fréquences, allant du MHz aux bandes d'ondes millimétriques. Les plateformes de Keysight Technologies sont couramment utilisées dans les environnements de R&D, de validation et de tests de fabrication.

Un émetteur-récepteur vectoriel multibande est un instrument RF avancé capable de transmettre et de recevoir des signaux modulés vectoriellement sur plusieurs bandes de fréquences, telles que les bandes inférieures à 7 GHz (FR1) et les bandes millimétriques (FR2) utilisées dans la 5G et d'autres technologies sans fil.

En prenant en charge des schémas de modulation complexes et en offrant un contrôle précis de la phase et de l'amplitude, il permet de tester avec précision des fonctionnalités avancées telles que l'agrégation de porteuses 5G, la formation de faisceaux et le MIMO sur une large gamme de bandes. Leur capacité à fonctionner sur plusieurs bandes les rend idéaux pour valider les appareils multibandes utilisés dans les réseaux cellulaires 5G, tout en simplifiant les configurations de test et en réduisant la complexité des équipements.

MIMO est une technologie d'antenne intelligente. MIMO utilise plusieurs antennes à la fois à l'extrémité émettrice et à l'extrémité réceptrice afin d'utiliser plus efficacement le spectre RF. Des algorithmes mathématiques sont utilisés pour répartir les données utilisateur entre plusieurs émetteurs. Les signaux transmis sont tridimensionnels et décrits en termes de temps, de fréquence et d'espace. Ce multiplexage spatial est une technique de transmission courante dans MIMO pour transmettre des signaux de données indépendants et codés séparément à partir de chacune des multiples antennes émettrices. Par conséquent, la dimension spatiale est réutilisée, ou multiplexée, plus d'une fois. Au niveau du récepteur, un signal spécial d'étalonnage du canal au début du paquet permet d'identifier les différents signaux pendant le processus de recombinaison. La technique consistant à séparer les différents chemins dans la liaison radio est ce qui permet à la radio MIMO de transmettre plusieurs signaux en même temps sur la même fréquence et d'améliorer ainsi l'utilisation du spectre. 

Actuellement, les signaux sans fil transmis via des antennes uniques sont perturbés par les collines, les bâtiments, les vallées et d'autres caractéristiques du paysage. Ces trajets alternatifs séparés dans le temps, appelés trajets multiples, entraînent des perturbations telles que l'évanouissement, le piquetage ou l'effet de falaise. Cette perte d'intégrité du signal empêche une adoption plus large de la technologie sans fil. La radio MIMO fonctionne en tirant parti des trajets multiples qu'un signal radio emprunte entre l'émetteur et le récepteur. Les signaux sont désormais diversifiés dans l'espace. De plus, les trajets ou canaux multiples offrent une plus grande capacité de signal. Cette capacité supplémentaire peut être utilisée pour des débits de données plus élevés et la redondance des données, améliorant ainsi les chances de récupération du signal au niveau du récepteur.

En fin de compte, l'objectif du MIMO est d'améliorer de manière mesurable l'efficacité spectrale (bits/sec/Hz), la zone de couverture (rayon cellulaire) et la qualité du signal (taux d'erreur sur les bits ou taux d'erreur sur les paquets). À mesure que ces objectifs sont atteints, les applications des technologies sans fil émergentes, telles que le WLAN, l'accès sans fil à large bande (BWA) et la téléphonie cellulaire, se multiplient. Ces progrès ont toutefois un coût. Les antennes multiples augmentent les coûts et la complexité des RF, et les algorithmes DSP mathématiquement complexes constituent un défi pour les concepteurs et les fabricants.

Le choix d'un émetteur-récepteur vectoriel RF doit se faire en fonction de la gamme de fréquences, de la bande passante, du nombre de canaux, de la fidélité du signal et des besoins en automatisation du système à tester. Pour la 5G, privilégiez la gamme de fréquences 1 (FR1), la gamme de fréquences 2 (FR2), la capacité de transmission par voie hertzienne (OTA) et la prise en charge de la technologie MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Pour les applications radar et aérospatiales, privilégiez la cohérence de phase, la précision de synchronisation, un faible bruit de phase, ainsi que la génération et l'analyse répétables des signaux. Keysight.com classe les émetteurs-récepteurs vectoriels RF en différentes catégories : multibandes, multiports, ensembles de test sans fil et plateformes modulaires, aidant ainsi les ingénieurs à adapter la catégorie d'instrument aux workflows de test, de validation et de conformité.

Les principales spécifications d'un émetteur-récepteur vectoriel RF sont la gamme de fréquences, la largeur de bande instantanée, l'amplitude du vecteur d'erreur (EVM), le nombre de canaux, la cohérence de phase, la gamme dynamique et la prise en charge de l'automatisation. La gamme de fréquences détermine si la plateforme couvre les bandes inférieures à 6 gigahertz (GHz), les ondes millimétriques (mmWave) ou les deux. La bande passante influe sur la capacité à générer et à analyser les signaux à large bande utilisés dans les systèmes 5G, Wi-Fi, radar et satellitaires. L'EVM indique la précision de la modulation pour les tests de conformité et de validation. Le nombre de canaux et la synchronisation sont essentiels pour les dispositifs à entrées multiples et sorties multiples (MIMO), la formation de faisceaux et les dispositifs multiports. Keysight.com répertorie les plateformes prenant en charge une large couverture de fréquences, une large bande passante et des tests multicanaux évolutifs.

Un émetteur-récepteur vectoriel RF combine la génération et l'analyse de signaux au sein d'une seule plateforme synchronisée, alors que l'utilisation de générateurs et d'analyseurs de signaux distincts nécessite une coordination externe entre les instruments. Cette architecture intégrée permet de réduire la complexité de la configuration, d'améliorer l'alignement temporel et d'accélérer les processus de test, de validation et de conformité. Un émetteur-récepteur peut transmettre et recevoir des signaux modulés vectoriellement tout en préservant les informations d'amplitude et de phase utilisées dans la modulation par déplacement de phase en quadrature (QPSK), la modulation d'amplitude en quadrature (QAM) et le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM). Des instruments distincts peuvent encore s'avérer utiles pour des mesures spécialisées, mais les émetteurs-récepteurs vectoriels RF sont souvent préférés pour les systèmes de test sans fil, radar et multicanaux en conditions réelles.

Les émetteurs-récepteurs vectoriels RF sont utilisés pour générer, analyser et valider des signaux RF complexes dans les secteurs des communications sans fil, de l'aérospatiale, de la défense, des semi-conducteurs, de l'automobile et de la fabrication. Parmi les applications courantes, on peut citer la nouvelle radio 5G (NR), le Wi-Fi, les réseaux locaux sans fil (WLAN), les réseaux d'accès radio ouverts (O-RAN), les tests OTA (Over-the-Air), les radars, les communications par satellite, l'ultra-large bande (UWB), les tests d'amplificateurs de puissance RF et la validation des modules frontaux. Keysight.com met en avant des cas d'utilisation des émetteurs-récepteurs vectoriels RF pour les communications sans fil, le rendement de production des amplificateurs de puissance RF, les mesures UWB et la formation de faisceaux MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) à grande échelle. Ces systèmes aident les ingénieurs à vérifier les performances, l'interopérabilité et la conformité avant le déploiement. 

Les émetteurs-récepteurs vectoriels RF permettent le traitement des signaux en temps réel et les tests en boucle fermée en combinant la génération synchronisée de signaux, la capture de signaux, le traitement en bande de base et le contrôle logiciel au sein d'un seul flux de travail de test. Lors de la validation en boucle fermée, l'émetteur-récepteur stimule un dispositif sous test (DUT), capture la réponse, traite le résultat et ajuste automatiquement la condition de test suivante. Cette fonctionnalité est utile pour les systèmes sans fil 5G, de formation de faisceaux, de radar et de radio adaptative, où le comportement en conditions réelles évolue de manière dynamique. Keysight.com précise que le logiciel des émetteurs-récepteurs vectoriels RF prend en charge la génération et l'analyse de signaux, l'automatisation et le séquençage de tests à haut débit pour les workflows de test, de validation et de conformité basés sur les normes. 

Un émetteur-récepteur vectoriel RF s'intègre aux systèmes de test automatisés grâce à un contrôle logiciel, une synchronisation précise, des chemins de signal étalonnés et un matériel multicanal évolutif. Pour les applications MIMO (multiple-input multiple-output), la formation de faisceaux et la validation multicanal, privilégiez les canaux cohérents en phase et en temps, les références partagées, le déclenchement et l'étalonnage reproductible. Les systèmes PXIe (Peripheral Component Interconnect Extensions for Instrumentation) sont utiles lorsqu'un débit élevé, un encombrement réduit et une extension modulaire sont requis. Keysight.com présente des émetteurs-récepteurs vectoriels PXIe modulaires qui s'associent à des contrôleurs, des références de fréquence et des synthétiseurs pour créer des systèmes de test automatisés synchronisés, ainsi que des émetteurs-récepteurs RF multiports prenant en charge jusqu'à 64 canaux RF cohérents en phase et dans le temps pour la validation 5G.