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Les tendances pour la validation et le

test RF et hyperfréquences

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Des défis à relever…

Le test RF

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Omniprésence

du sans fil

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1996

L’évolution/apparition des standards sans-fil 2011

2010

2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 2013

2012

802.11a/b

802.11g 802.11n 802.11ac

GSM (2G)

EDGE EDGE+

WCDMA (3G)

HSPA HSPA+

LTE (4ish G)

LTE Advanced

WiMAX Mobile WiMAX Wave-2

Bluetooth

Bluetooth EDR BT HS Low- Energy

Connectivité sans fil

Cellulaire et WiMAX

HSPA+ Adv

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Personnalisation des technologies et

développement de technologies non existantes

Exemple : RADAR passif

Station d’émission

Récepteur

Récepteur

2 voies

DSP /

FPGA

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Tendances

Omniprésence du sans-fil Besoin d’intégrer de nouveaux tests

RF dans le système de test

L’évolution/apparition des standards sans-fil

Besoin de plus de précision pour traiter des modulation plus complexes

Augmentation des besoins en Sécurité des états (SIGINT)

Besoin d’enregistrer et de traiter un grand volume de données.

Personnalisation des technologies et développement de technologies non-existantes

Besoin d’une plateforme de prototypage extrêmement flexible.

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Interface utilisateur

Process model Services

utilisateurs

Configuration

matérielle Base de données

Moteur Interface operateur

Fichiers de test Modules logiciels de test

VISA, DLL, GPIB, IVI…

CPU

Logi

ciel

M

atér

iel

R

A

I

D

LabVIEW, LabWindows/CVI, C++, C, .net, Python, Java …

Bibliothèque

modulation

Bibliothèque

communication

Bibliothèque

protocoles RF

Bibliothèque

mesures

Bibliothèque

traitement du

signal

Logiciels de gestion de système

Fichiers de test spécifiques

Logiciels de développement

Drivers

Instruments RF

F

P

G

A

Système PXI

…

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Le PXI NI : une solution pour la prochaine

génération de test RF

Les tendances dans l’industrie induisent :

• un accent croissant mis sur la vitesse de mesure

• une présence accrue des instruments RF dans les applications

• les limites des performances RF continuellement repoussées

CPU Multicoeur → Le

plus rapide du marché

Des matériels et logiciels

flexibles pour relever des

défis uniques

Matériel RF haute

performance →

Grande précision

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Qu’est-ce que le PXI ?

• PXI = PCI eXtensions for Instrumentation

• Inventé par National Instruments en 1998

• Spécification ouverte régie par la PXI Systems Alliance (PXISA) avec

plus de 70 sociétés membres

• Plate-forme basée PC optimisée pour le test, la mesure et le contrôle

• Bus PCI avec le châssis robuste et modulaire Eurocard

• Cadencement avancé et fonctionnalités de synchronisation

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Qu’est-ce que le PXI ?

• Améliore la bande passante et la latence de votre système

• Réduit le coût de votre système ainsi que votre temps de

développement

• Protège votre investissement avec un standard ouvert de l’industrie

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Le PXI utilise des technologies standards

Contrôleur PXI : • technologie OS

• environnements

de développement

d’applications

(ADE)

• multicœur

Châssis : • alimentation DC et AC

• robustesse

• intégration des

périphériques

Emplacement

des

périphériques

Fond de panier PXI :

• technologie du bus

• cadencement

• synchronisation

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Intégration d’E/S modulaires et sur étagère

Box Instruments Solution traditionnelle : 82 972 USD

0.1734 m3

Solution PXI 39 545 USD

0.019 m3

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Une architecture logicielle de test RF

ouverte

Toolkits NI IP

Partenaire, Ref Arch Personnalisés

Sta

nd

ard

s

Applications/Tests

RFSA RFSG RIO

Dri

ver

Matériel

Execution des tests Géstion des données

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Générateurs et

analyseurs RF

Commutation,

amplification,

atténuation

Analyseur de

réseau

vectoriel RF

Wattmètres E/S FPGA et

Coprocessing Traitement

multicoeur

Des API optimisées

Bibliotheque pour le test sans-fil,

cellulaire et GPS (802.11 a/b/g/n/ac , GSM/EDGE,

WCDMA, LTE, WiMAX, GPS, etc.)

Architectures de référence

Faces-avant logicielles

La plateforme de test RF NI

Logiciel et matériel hautement

modulaire

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Test de PA RF

Defi : le marché des PA évolues

Plus de modes, plus de bandes >> Plus de mesures

Pression de plus en plus importante sur le temps de mise sur le

marché

Les instruments RF testent plus vite et pour moins cher

Solution : Faire migrer le banc de test existant vers une

solution PXI

Réduire le temps de test tout en conservant la précision

“Grâce au PXI nous avons pu faire passer le temps de caractérisation des

nouveaux composants de deux semaines à un un jour”

Gary Shipley, Senior Engineer

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Solution : un testeur basé PXI Banc de test precedent Configuration de test Hybride-PXI

Temps de test original Temps de test PXI Amélioration en vitesse

Test GSM 6 sec 1.1 sec 6x

Test EDGE 14 sec 1.1 sec 14x

Test WCDMA 9 sec 1.1 sec 9x

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Tendances

Omniprésence du sans-fil Besoin d’intégrer de nouveaux tests

RF dans le système de test

L’évolution/apparition des standards sans-fil

Besoin de plus de précision pour traiter des modulation plus complexes

Augmentation des besoins en Sécurité des états (SIGINT)

Besoin d’enregistrer et de traiter un grand volume de données.

Personnalisation des technologies et développement de technologies non-existantes

Besoin d’une plateforme de prototypage extrêmement flexible.

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Modulation en quadrature QAM

Pour effectuer des modulations N-aire (N>3), la solution la plus efficace est de répartir les points

de la constellation uniformément dans le plan IQ, c’est le principe des modulations QAM :

16QAM : 4 bits par symbole

32QAM : 5 bits par symbole

64QAM : 6 bits par symbole….

1024QAM : 10 bits par symbole (limite pratique actuelle)

1024QAM 16QAM 256QAM

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Le standard WLAN 802.11ac

Année de création 1999 (802.11a)

2003 (802.11g) 2009 (draft) 2011 (draft)

Configuration

d’antenne

1x1 SISO 4x4 MIMO 8x8 MIMO

Ordre de modulation

le plus élevé BPSK à 64-QAM BPSK à 64-QAM BPSK à 256-QAM

Bande passante 20 MHz 20 MHz et 20+20 MHz 20, 40, 80, 80 + 80,

et160 MHz

Débit max 54 Mbit/s 600 Mbit/s 6.93 Gbit/s

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L’architecture d’un VSA traditionnel • Les VSA traditionnels ont deux entrées : RF et l’horloge de

référence à 10 MHz

RF

Clk10

ADC

Agilent MXA

LO_1 LO_2 LO_3

PXI-5661

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Synchroniser des VSA traditionnels

• Les VSA traditionnels ne peuvent pas partager l’oscillateur

local

Seule l’horloge à 10 MHz est partagée

Le jitter dans la phase entre chaque analyseur n’est pas constant

L’horloge des ADC n’est pas synchronisée

L’horloge a 10 MHz est la seule a pouvoir être partagée

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PXIe-5665 et la cohérence de phase

• Il est possible de chaîner quatre voies ou plus

• Chaque voie peut être enregistrée sur disque

• Le jitter voie à voie est inférieur à 0,05°

PXIe-5605

PXI-5653

PXIe-5622

ADC

PXIe-5605 PXIe-5622

ADC

Rx0

Rx1

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Test RF à cohérence de phase

• Les instruments atteignent la cohérence de phase grâce au

partage des LO

• Le système est flexible jusqu’à 4x4 et au-delà

Quatre voies cohérentes en

phase PXIe-5663 VSA

Deux voies cohérentes en

phase PXIe-5663 VSG

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Le WLAN 802.11ac, un bon exemple…

• Schémas de modulation complexes jusqu’à 256 QAM à 2.4GHz/5GHz

• Tx et Rx en 4X4 MIMO

• Bande passantes de 20, 40, 80 et 80+80 160MHz

• Développement des systèmes de test automatique avec NI LabVIEW, C,

ou Microsoft Visual Studio

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Les avantages du test MIMO NI

Jusqu’à 14 GHz

Un coût moindre et une consommation optimisée

Possibilité de faire du streaming

Des algorithmes complexes implémentés facilement

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Tendances

Omniprésence du sans-fil Besoin d’intégrer de nouveaux tests

RF dans le système de test

L’évolution/apparition des standards sans-fil

Besoin de plus de précision pour traiter des modulation plus complexes

Augmentation des besoins en Sécurité des états (SIGINT)

Besoin d’enregistrer et de traiter un grand volume de données.

Personnalisation des technologies et développement de technologies non-existantes

Besoin d’une plateforme de prototypage extrêmement flexible.

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Technologie FPGA

Blocs d’E/S

Interconnexions

programmables

Blocs

logiques

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Les apports du FPGA dans le test

• Haute fiabilité – La conception est directement implémentée dans le matériel

• Faible latence – Les algorithmes peuvent tourner à des taux déterministes de l’ordre de 5 ns

• Reconfigurable – Créez des personnalités spécifiques à votre UUT/application

• Haute performance – Les capacités de calculs ouvrent de nouvelles possibilités pour la vitesse de mesure et de traitement des données

• Parallélisme véritable – Permet des tâches parallèles et le pipelining, réduit également le temps de test

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Un protocole numérique simple : I2C

Circuit intégré

SDA

SCL

Générateur de

pattern

Analyseur de

logique

Approche traditionnelle

• Stimuli statiques et réponse attendues

• Difficilement adaptable aux cas multihorloges

010ZZ01

0101101

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Circuit intégré

SDA

SCL

Testeur

“Protocol-

Aware”

Adresse, Données, Adresse, Reçoit

Données de réponses

• Intelligence contenue dans le testeur

• Gestion des temps d’attente

• Gestion simplifiée de la cohabitation de

plusieurs domaines temporels

• Tests avec des commandes de haut niveau

• Scénario réaliste

• Facile à programmer

Un protocole numérique simple : I2C

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Circuit intégré

SDA

SCL

Testeur

“Protocol-

Aware”

Adresse, Données, Adresse, Recoit

Données de réponses

• Intelligence contenue dans le testeur

• Gestion des temps d’attente

• Gestion simplifiée de la cohabitation de

plusieurs domaines temporels

• Tests avec des commandes de haut niveau

• Scénario réaliste

• Facile à programmer

Un protocole numérique simple : I2C

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Architecture P2P NI FlexRIO •Débit >800 Mo/s dans une direction

• >700 Mo/s dans les deux directions

• Latence ~10 us

• Jusqu’à 16 flux par FPGA

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Mesures spectrales en temps réel

RF

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Analyse spectrale

Balayage de spectre FFT temps réel

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Gestion d'obsolescence d'un bus avionique en

FPGA avec la carte FlexRIO chez Thales

L'objectif :

Développer une ressource pour la validation d’un bus avionique pour les équipements

produits, par Thales Avionics.

La solution :

Utiliser les cartes FlexRIO et la puissance des FPGA embarqués pour piloter des modules

d’adaptation spécifiques tout en profitant de la robustesse, de la modularité et de l’évolutivité

d’un châssis PXI avec un contrôleur sous environnement partagé, avec hyperviseur, entre

Linux et RTOS.

"L’architecture des modules

FlexRIO permet d’intégrer

facilement des éléments logiciels et

matériels spécifiques. " - Jeremy MICHEL, DT2E

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Tendances

Omniprésence du sans-fil Besoin d’intégrer de nouveaux tests

RF dans le système de test

L’évolution/apparition des standards sans-fil

Besoin de plus de précision pour traiter des modulation plus complexes

Augmentation des besoins en Sécurité des états (SIGINT)

Besoin d’enregistrer et de traiter un grand volume de données.

Personnalisation des technologies et développement de technologies non-existantes

Besoin d’une plateforme de prototypage extrêmement flexible.

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Les applications nécessitant un transfert rapide

de données

• Enregistrement et relecture RF

• MIMO RF

• Streaming IF et bande de base

• Mappage acoustique

• Streaming numérique

• Validation de conception

• Prototypage d’algorithmes

• Surveillance de spectre

Spectral Monitoring :

Chengdu Huari

Entreprise de

télécommunications

Prototyping

Algorithms for

Radio Astronomy:

Observatoire

d’astronomie radio

national

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Schéma simplifié d’un système de

réception/traitement du signal

Traitement du signal en temps-

réel Stockage

Tableau d’antenne directionnel/omnidirectionnel

(Orientation mécanique ou électrique)

Analyse hors-ligne

Acquisition de signaux

RF haute performance

Migration de données

Haute vitesse

Traitement du signal

optimisé

Cadencement et

synchronisation

Acquisition RF

Acquisition RF

Stockage haute

densité

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Utiliser un analyseur de signaux pour effectuer

du traitement temps réel et de l’enregistrement

Récepteur SIGINT

Traitement

du signal

Bus de données,

cadencement,

synchronisation Acquisition

RF

Données de

synchronisation

et de navigation

GPS

Récepteur SIGINT

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Vitesses de streaming dans un système PXIe NI

800 Mo/s

Le streaming vers/depuis la mémoire

du contrôleur peut supporter 7 flux

unidirectionnels à 800Mo/s pour un

débit total de 5.6Go/s

700 Mo/s

Le streaming vers/depuis le

disque peut supporter 4 flux à

700Mo/s a 2.8GB/s/direction

(5.6GB/s au total)

Le streaming peer to peer

peut supporter 8 flux à700

Mo/s pour 5.6Go/s/direction

(11.2GB/s au total)

700 Mo/s

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Traitement sur FPGA avec la NI FlexRIO

• FPGA Xilinx Virtex-5 SXT

• Accès direct aux GPIO du FPGA

• Utilisation des modules adaptateurs pour les E/S

• streaming Peer-to-peer

• 800 Mo/s en fond de panier PXI

• 16 flux simultanés

• DRAM embarquée

• 2x 256 Mo

• 1.6 Go/s par banque

• Synchronisation avancée

• Partage de l’horloge de référence à 10MHz ou du DSTAR_A avec le module adaptateur

http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4799

http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/it/nid/208164

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Le traitement de données avec LabVIEW

• DDCs / DUCs / Filtering / Channelization / Decimation

• In-band power, adjacent-channel power, burst timing, BER,

EVM, MER, ρ, and more

• Advanced RF, spectral measurement, and modulation

software

• Custom modulation formats and channel coding and

impairments

• Wavelet and filter-bank design for short-duration signal

characterization, noise reduction, and detrending

• Time-frequency analysis -- analytical, graphical tools for

signals with evolving frequency content

• Time-series analysis -- statistical analysis for description,

explanation, prediction, and control LabVIEW FPGA Access Xilinx CORE Generator IP Libraries

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Bénéficier de la technologie COTS : le RAID

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

RAID 0 Eclatement sans redondance

• Vitesse améliorée par rapport à l’utilisation d’un disque unique

• Aucune amélioration de la fiabilité

• Support transparent par Windows

0123 | 4567 | 8901 Contrôleur

RAID 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

Exemple : RAID à 12 disques de NI :

lecture et écriture à 600 Mo soutenus

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GNSS « Record and Playback »

“ En utilisant les outils PXI d’enregistrement et de relecture RF de National Instruments, nous avons été en mesure d’améliorer nos méthodes de test de récepteur GNSS et ainsi de diminuer les coûts et d’optimiser le spectre des tests”

Stephen Bateman, Vice President of Engineering

Les objectifs : Conduire des tests sur le terrain ainsi qu’en simulation afin d’obtenir un signal GNSS (Global Navigation Satellite System) de manière reproductible tout en ayant accès aux perturbations de l’environnement de déploiement.

La solution : S’équiper de générateurs, d’analyseur et de système d’enregistrement RF PXI de NI afin de créer un système intégré d’enregistrement et de relecture de signaux GNSS sur PXI avec le logiciel LabVIEW

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Initiatives stratégiques de test RF de NI

• Le PXI and le PXIe offrent une vitesse de mesure inégalée Les bus de données disponibles permettent des mesures extrêmement rapides

L’approche modulaire réduit les coûts et simplifie la conception de systèmes

• Les processeurs multicœurs accroissent les performances et réduisent les temps de test

• Architectures de plate-forme intégrant la technologie FPGA Optimalité en termes de performances et de contrôle de synchronisation

En toute simplicité avec NI !

• Architectures logicielles souples et ouvertes Augmentez aisément les capacités de test RF

Accélérez le temps de test

• API stable Indispensable pour les systèmes de test complexes actuels

Solution la plus économique pour aujourd’hui et pour l’avenir – un investissement logiciel durable.

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Pour nous contacter :

A venir :

National Instruments France

Tél. : 0820 20 04 14

2, rue Hennape

92735 Nanterre CEDEX