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Reducción del coste creciente de la prueba de producción inalámbrica

Como consumidores, nos alegra cada innovación inalámbrica que entra en el mercado, como cuando pudimos controlar por vez primera el termostato del hogar desde un Smartphone y ahora, cuando podemos recibir llamadas desde un reloj. Por lo que nos concierne, cuanto más conectado esté el dispositivo, mejor. Sin embargo, cuando cambiamos de lugar, de consumidor a ingeniero de pruebas o de consumidor a jefe de operaciones de fabricación, esa alegría se torna con rapidez en ansiedad. Nos inquieta poder garantizar la calidad del producto frente a su creciente complejidad y la presión de reducir el coste de las pruebas.

Conocemos las estadísticas. Actualmente el número total de conexiones móviles en el mundo supera al número total de personas. En cuanto al futuro, ABI research predijo que para 2020 habrá más de 40.000 millones de dispositivos inalámbricos conectados. Igualmente, GSMA recientemente predijo que para 2020 9.000 millones de radios móviles se conectarán a nuestra infraestructura de teléfono.

La creciente adopción inalámbrica cambia fundamentalmente la dinámica de costes de producir dispositivos inalámbricos. Los fabricantes sienten presión por reducir de forma drástica los costes de producción y aumentar la capacidad. Sin embargo, los dispositivos inalámbricos cada vez son más complejos. Como resultado, la necesidad de reducir el coste de prueba sigue impulsando una innovación significativa en el sector de medidas y pruebas. No solo esta presión del mercado ha impulsado la necesidad de reducir el coste de los instrumentos, sino que también ha impulsado nuevas técnicas de prueba.

Aumento de la complejidad inalámbrica

 

El aumento de la complejidad de los dispositivos incrementa la complejidad de las pruebas y, sin innovación en las pruebas, aumentan los costes de estas. En los últimos 20 años uno de los ejemplos más reveladores de aumentar la complejidad de los dispositivos puede observarse en el número de bandas y estándares de telefonía móvil que se utilizan en un dispositivo móvil.

En 2000, era normal que un teléfono móvil admitiera dos bandas GSM. Antes de 2005 los teléfonos móviles utilizaban cuatro bandas GSM (comercializadas como “teléfonos de banda mundial”) además de la tecnología Bluetooth y Wi-Fi. Antes de 2010, la tecnología UMTS estaba empezando a ampliar la radio GSM/EDGE. Además, las pruebas de UMTS requerían casos de prueba completamente nuevos. La tendencia del aumento de la complejidad inalámbrica ha continuado en los cinco últimos años con el lanzamiento de LTE, 802.11n/ac e incluso NFC.

Para 2020 se prevé que la complejidad de los dispositivos siga creciendo. En el sector quizá aún se adopten masivamente otras tecnologías Wi-Fi como 802.11p, 802.11ad, 802.11ah y 802.11ax. Además, la quinta generación de comunicaciones móviles probablemente generará dificultades de prueba que superen con creces las de LTE.

Actualmente se está investigando el 5G en el uso de ondas milimétricas, nuevos tipos de formas de onda, nuevas topologías de redes y MIMO masivo. Si las ondas milimétricas o el MIMO masivo se adoptan como parte del estándar 5G oficial, las pruebas de dispositivos móviles serán bastante más difíciles y caras. Más concretamente, estas tecnologías inalámbricas requerirán organizaciones de prueba para actualizar la infraestructura de pruebas existente, a fin de admitir anchos de banda de señal más amplios, mayores frecuencias y más puertos de antena. Por supuesto, estos requisitos de prueba se suman al hecho de que el 5G también añadirá nuevos casos de prueba.

 

Reducción del coste inalámbrico

 

Al mismo tiempo que la complejidad de los dispositivos inalámbricos continúa creciendo, las expectativas de coste de la tecnología inalámbrica sigue disminuyendo. En 1983, el primer teléfono móvil comercial, el Motorola DynaTAC 8000x, se vendía en el comercio minorista por 3.995 $, que es casi 10.000 $ en dólares actuales. Antes de 1990, un teléfono móvil costaba menos de 1.000 $, y antes de 2000 un teléfono móvil de baja gama costaba unos 200 $.

Aunque el ritmo de descenso de ASP (proveedores de servicios de aplicaciones) de teléfonos móviles se ha ralentizado por el aumento del valor de los teléfonos móviles, el precio de la tecnología inalámbrica general sigue disminuyendo. Un ejemplo que ilustra bien esto fue el descenso del 39 por ciento en ASP de teléfonos Nokia desde 2005 a 2009, un periodo en el que los smartphones representaban un porcentaje relativamente bajo de unidades enviadas.

Uno de los indicadores más reveladores del “coste inalámbrico” puede observarse al evaluar el ASP de los componentes de los semiconductores. De hecho, las recientes previsiones del mercado de Databeans, Inc. e IC Insights predicen que el ASP de CIs analógicos de dispositivos móviles disminuirá más de un 30 por ciento de 2011 a 2019.

Sin embargo, la dificultad de probar dispositivos inalámbricos requiere un tipo de prueba que sea más extrema que un mero 30 por ciento de mejora en la eficiencia de la prueba. De hecho, junto con un gran aumento en la complejidad de los dispositivos, la eficiencia de la prueba debe superar los retos de la complejidad de la prueba y el coste objetivo de esta.

Factores como aumentar las bandas de móviles, nuevos tipos de forma de onda y más configuraciones de Wi-Fi siempre conducen a más casos de prueba. Por lo tanto, la verdadera dificultad para los ingenieros de pruebas actuales no es validar el mismo número de casos de prueba por un 30 por ciento menos, sino validar unos 10 o 100 casos de prueba más por al menos un 30 por ciento menos.

 

El impacto en la prueba

 

Aunque es cierto que la idea de disponer de dispositivos inalámbricos con un rendimiento superior, menos caros y más conectados nos atrae como consumidores, está cambiando en gran medida el modo en que se prueban los dispositivos inalámbricos.

Hace una década, las pruebas de teléfonos móviles requerían una herramienta para realizar literalmente una llamada de móvil con el dispositivo móvil. Esta técnica, ahora llamada “prueba de señal”, requiere establecer una llamada primero antes de poder ejecutar la prueba. En algunos casos la calibración del teléfono y la prueba pueden durar 10 minutos o más.

Más recientemente, el sector de la telefonía móvil ha evolucionado al uso de “prueba sin señal”. De este modo, un PC puede enviar una serie de comandos al dispositivo móvil a través de una interfaz digital para entrar en un “modo de prueba”. Aunque la prueba sin señal ha resultado ser más rápida en la prueba de dispositivos, los ingenieros siguen innovando con métodos de prueba más rápidos.

Actualmente, los proveedores de chips Wi-Fi y de telefonía móvil cada vez cooperan más con proveedores de equipos de prueba para poder realizar pruebas inalámbricas más rápidas. Por ejemplo, nuevos “modos de secuenciación rápida” en una secuencia de chips inalámbricos modernos con varios casos de prueba con más rapidez. Esta técnica puede combinarse con instrumentos más veloces para probar un dispositivo inalámbrico de una forma más rápida y menos cara.

En el futuro, la próxima gran innovación en la prueba inalámbrica será el uso de arquitecturas de prueba canalizadas o paralelas en gran medida. Estas arquitecturas reducen los costes de fabricación al permitir a los fabricantes probar varios dispositivos en paralelo para utilizar mejor el equipo capital. Actualmente se está produciendo un cambio en todo el sector para sustituir estaciones de prueba 1-up (probar un sistema con un dispositivo cada vez) o 2-up con alternativas 4-up y 8-up más rentables. Próximamente, los sistemas que prueben menos de 16 o 32 dispositivos en paralelo ya no serán rentables.

 

Un modo innovador de realizar pruebas inalámbricas

 

Para solucionar estas dificultades, NI ha presentado el Wireless Test System (WTS), que incluye los últimos avances en instrumentación PXI con software integrado flexible y de conmutación. Esta herramienta está diseñada para pruebas de fabricación de gran volumen de una amplia variedad de tecnologías inalámbricas, desde LTE Advanced a 802.11ac o Bluetooth Low Energy.

Internamente, el WTS utiliza el transceptor vectorial de señales (VST) de NI, que combina un generador vectorial de señales (VSG) y un analizador vectorial de señales (VSA) en el mismo módulo. Además del VST, el WTS también incluye conmutación multipuerto para aplicaciones de prueba multipuerto o prueba paralela. Con la conmutación integrada, los ingenieros pueden configurar el VST en numerosas configuraciones, desde la prueba paralela 8-up hasta la prueba paralela de dos radios MIMO WLAN 4×4.

El WTS incluye una experiencia de software única diseñada para pruebas de fabricación de gran volumen. Aunque el WTS es internamente un sistema PXI, los ingenieros pueden automatizarlo de forma externa mediante comandos SCPI en una interfaz Ethernet remota, lo que facilita la integración en la infraestructura de prueba existente.

Para los ingenieros que desarrollan nuevos sistemas de prueba, la experiencia del usuario de WTS cuenta con la ayuda de su integración en el software ejecutivo de pruebas TestStand de NI. De hecho, el módulo de prueba inalámbrico de TestStand incluye conjuntos de comandos integrados para controlar chips inalámbricos concretos y código de ejemplo para pruebas típicas.

Por último el WTS funciona con FPGAs y CPUs multinúcleo de alto rendimiento, para conseguir una velocidad de medición líder del sector. Los primeros clientes de WTS han conseguido reducir el coste de las pruebas al combinar la velocidad de pruebas WTS con técnicas avanzadas de prueba paralela. Por ejemplo, el jefe de equipos de pruebas de peiker acustic declaró recientemente, “Con WTS redujimos nuestros costes de prueba más de un 25%”, al probar dispositivos LTE/WLAN/GPS multiestándar.

 

El futuro

 

Al aumentar la complejidad de los dispositivos, las pruebas de dispositivos inalámbricos seguirán requiriendo nuevas técnicas para probar y medir. Como declaró hace poco la analista Olga Shapiro de Frost & Sullivan, “Para seguir siendo rentables en el futuro, las empresas deberán volver a considerar su técnica de prueba inalámbrica y adoptar nuevos paradigmas”.

Afortunadamente, en la década anterior se han producido mejoras considerables en tecnologías de instrumentación clave, como CPUs, FPGAs, VCOs, DACs y ADCs. Estas mejoras no solo permiten que los equipos modernos de pruebas tengan cada vez mejor rendimiento analógico, sino también una velocidad de medida cada vez más rápida.

Como es de esperar, parte de la solución de las futuras dificultades de prueba inalámbrica es combinar instrumentos superrápidos, una nueva técnica de pruebas inalámbricas y el conocimiento de ingeniería necesario para aunar todo.

Afortunadamente, la necesidad de la innovación en las pruebas genera nuevas soluciones, y NI anima a los ingenieros a que dejen de preocuparse por las pruebas, y vuelvan a disfrutar de los 40.000 millones de dispositivos inalámbricos conectados que habrá pronto.




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