En tant que consommateurs, nous nous réjouissons de chaque innovation sans fil qui arrive sur le marché, comme lorsque nous avons pu contrôler notre thermostat domestique pour la première fois à partir d'un smartphone, et maintenant lorsque nous pouvons recevoir des appels depuis une montre. En ce qui nous concerne, plus l'appareil est connecté, mieux c'est. Cependant, lorsque nous changeons de lieu, de consommateur à ingénieur de test ou de consommateur à responsable des opérations de fabrication, cette joie se transforme rapidement en anxiété. Nous sommes soucieux de pouvoir garantir la qualité des produits face à la complexité croissante et à la pression pour réduire le coût des tests.
Nous connaissons les statistiques. Actuellement, le nombre total de connexions mobiles dans le monde dépasse le nombre total de personnes. Quant à l'avenir, les recherches d'ABI prédisent que d'ici 2020, il y aura plus de 40.000 milliards d'appareils connectés sans fil. De même, la GSMA a récemment prédit que d'ici 2020, 9.000 milliards de radios mobiles seront connectées à notre infrastructure téléphonique.
L'augmentation de l'adoption du sans fil modifie fondamentalement la dynamique des coûts de production des appareils sans fil. Les fabricants se sentent obligés de réduire drastiquement leurs coûts de production et d'augmenter leurs capacités. Cependant, les appareils sans fil deviennent de plus en plus complexes. Par conséquent, la nécessité de réduire le coût des tests continue de stimuler l'innovation dans l'industrie des tests et mesures. Non seulement cette pression du marché a entraîné la nécessité de réduire le coût des instruments, mais elle a également suscité de nouvelles techniques de test.
Complexité sans fil accrue
La complexité accrue des dispositifs augmente la complexité des tests et, sans innovation de test, augmente les coûts de test. Au cours des 20 dernières années, l'un des exemples les plus révélateurs de la complexité croissante des appareils peut être observé dans le nombre de bandes et de normes de téléphonie mobile utilisées dans un appareil mobile.
En 2000, il était normal qu'un téléphone mobile supporte deux bandes GSM. Avant 2005, les téléphones portables utilisaient quatre bandes GSM (commercialisées sous le nom de «téléphones à bande mondiale») en plus des technologies Bluetooth et Wi-Fi. Avant 2010, la technologie UMTS commençait à étendre la radio GSM/EDGE. De plus, les tests UMTS ont nécessité des scénarios de test entièrement nouveaux. La tendance à la complexité croissante du sans fil s'est poursuivie au cours des cinq dernières années avec la sortie du LTE, du 802.11n/ac et même du NFC.
D'ici 2020, la complexité des appareils devrait continuer de croître. D'autres technologies Wi-Fi telles que 802.11p, 802.11ad, 802.11ah et 802.11ax peuvent encore être largement adoptées dans l'industrie. De plus, la cinquième génération de communications mobiles apportera probablement des difficultés de test qui dépassent de loin celles du LTE.
La 5G est actuellement à l'étude en utilisant des ondes millimétriques, de nouveaux types de formes d'onde, de nouvelles topologies de réseau et le MIMO massif. Si les ondes millimétriques ou le MIMO massif sont adoptés dans le cadre de la norme officielle 5G, les tests d'appareils mobiles deviendront beaucoup plus difficiles et coûteux. Plus précisément, ces technologies sans fil exigeront des organisations de test qu'elles mettent à niveau l'infrastructure de test existante pour prendre en charge des bandes passantes de signal plus larges, des fréquences plus élevées et davantage de ports d'antenne. Bien sûr, ces exigences de test s'ajoutent au fait que la 5G ajoutera également de nouveaux cas de test.
Réduction des coûts sans fil
En même temps que la complexité des appareils sans fil continue de croître, les prévisions de coût de la technologie sans fil continuent de baisser. En 1983, le premier téléphone mobile commercial, le Motorola DynaTAC 8000x, se vendait 3.995 10.000 $, soit près de 1990 1.000 $ en dollars d'aujourd'hui. Avant 2000, un téléphone portable coûtait moins de 200 XNUMX dollars et avant XNUMX, un téléphone portable bas de gamme coûtait environ XNUMX dollars.
Bien que le taux de déclin des ASP (fournisseurs de services d'application) de téléphonie mobile ait ralenti en raison de la valeur croissante des téléphones mobiles, le prix du sans fil général continue de baisser. Un exemple qui illustre bien cette situation est la baisse de 39 % de l'ASP des téléphones Nokia de 2005 à 2009, une période au cours de laquelle les smartphones représentaient un pourcentage relativement faible des unités expédiées.
L'un des indicateurs les plus révélateurs du «coût sans fil» peut être observé lors de l'évaluation de l'ASP des composants semi-conducteurs. En fait, les récentes prévisions de marché de Databeans, Inc. et IC Insights prévoient que l'ASP IC analogique des appareils mobiles diminuera de plus de 30 % entre 2011 et 2019.
Cependant, la difficulté de tester les appareils sans fil nécessite un type de test plus extrême qu'une simple amélioration de 30 % de l'efficacité du test. En fait, parallèlement à une forte augmentation de la complexité des appareils, l'efficacité des tests doit surmonter les défis de la complexité des tests et du coût objectif des tests.
Des facteurs tels que l'augmentation des bandes mobiles, les nouveaux types de formes d'onde et davantage de configurations Wi-Fi conduisent toujours à davantage de cas de test. Ainsi, le véritable défi pour les ingénieurs de test d'aujourd'hui n'est pas de valider le même nombre de cas de test pour 30 % de moins, mais de valider 10 à 100 cas de test supplémentaires pour au moins 30 % de moins.
L'impact sur le test
Bien que l'idée d'appareils sans fil plus performants, moins chers et plus connectés nous plaise certainement en tant que consommateurs, cela change considérablement la façon dont les appareils sans fil sont testés.
Il y a dix ans, les tests de téléphonie mobile nécessitaient un outil pour passer littéralement un appel mobile avec l'appareil mobile. Cette technique, désormais appelée "test de jeton", nécessite d'abord d'établir un appel avant que le test puisse être exécuté. Dans certains cas, l'étalonnage et le test du téléphone peuvent prendre 10 minutes ou plus.
Plus récemment, l'industrie de la téléphonie mobile a évolué vers l'utilisation du « test sans signal ». De cette manière, un PC peut envoyer une série de commandes à l'appareil mobile via une interface numérique pour entrer dans un "mode test". Bien que les tests sans signal se soient avérés plus rapides dans les tests d'appareils, les ingénieurs continuent d'innover avec des méthodes de test plus rapides.
Aujourd'hui, les fournisseurs de puces Wi-Fi et de téléphonie mobile coopèrent de plus en plus avec les fournisseurs d'équipements de test pour permettre des tests sans fil plus rapides. Par exemple, les nouveaux "modes de séquençage rapide" sur les puces sans fil modernes séquencent plus rapidement plusieurs cas de test. Cette technique peut être combinée avec des instruments plus rapides pour tester un appareil sans fil de manière plus rapide et moins coûteuse.
À l'avenir, la prochaine grande innovation dans les tests sans fil sera l'utilisation d'architectures de test en pipeline ou largement parallèles. Ces architectures réduisent les coûts de fabrication en permettant aux fabricants de tester plusieurs dispositifs en parallèle afin de mieux utiliser les biens d'équipement. Un changement à l'échelle de l'industrie est actuellement en cours pour remplacer les stations de test 1-up (test d'un système avec un appareil à la fois) ou 2-up par des alternatives 4-up et 8-up plus économiques. Dans un avenir proche, les systèmes testant moins de 16 ou 32 appareils en parallèle ne seront plus rentables.
Une façon innovante d'effectuer des tests sans fil
Pour résoudre ces difficultés, NI a introduit le système de test sans fil (WTS), qui comprend les dernières avancées en matière d'instrumentation PXI avec un logiciel embarqué flexible et une commutation. Cet outil est conçu pour les tests de fabrication à grand volume d'une grande variété de technologies sans fil, de LTE Advanced à 802.11ac ou Bluetooth Low Energy.
En interne, le WTS utilise l'émetteur-récepteur de signal vectoriel (VST) de NI, qui combine un générateur de signal vectoriel (VSG) et un analyseur de signal vectoriel (VSA) sur le même module. En plus de VST, WTS inclut également la commutation multiport pour les applications de test multiport ou parallèles. Grâce à la commutation intégrée, les ingénieurs peuvent configurer le VST dans de nombreuses configurations, du test parallèle 8-up au test parallèle 4 × 4 MIMO WLAN à deux radios.
WTS comprend une expérience logicielle unique conçue pour les tests de fabrication à grand volume. Bien que le WTS soit en interne un système PXI, les ingénieurs peuvent l'automatiser en externe à l'aide de commandes SCPI sur une interface Ethernet distante, ce qui facilite son intégration dans l'infrastructure de test existante.
Pour les ingénieurs développant de nouveaux systèmes de test, l'expérience utilisateur WTS est facilitée par son intégration dans le logiciel de test exécutif NI TestStand. En fait, le module de test sans fil de TestStand comprend des ensembles de commandes intégrés pour contrôler des puces sans fil spécifiques et un exemple de code pour des tests typiques.
Enfin, le WTS fonctionne avec des processeurs multicœurs et des FPGA hautes performances pour une vitesse de mesure à la pointe de l'industrie. Les premiers clients WTS ont pu réduire le coût des tests en combinant la vitesse des tests WTS avec des techniques de test parallèles avancées. Par exemple, le responsable de l'équipe de test de peiker acustic a récemment déclaré : "Avec WTS, nous avons réduit nos coûts de test de plus de 25 %", lors du test d'appareils LTE/WLAN/GPS multi-standards.
L'avenir
À mesure que la complexité des appareils augmente, les tests d'appareils sans fil continueront de nécessiter de nouvelles techniques de test et de mesure. Comme Olga Shapiro, analyste chez Frost & Sullivan, l'a récemment déclaré : « Pour rester rentables à l'avenir, les entreprises devront repenser leur technique de test sans fil et adopter de nouveaux paradigmes.
Heureusement, la dernière décennie a vu des améliorations considérables dans les technologies d'instrumentation clés telles que les CPU, les FPGA, les VCO, les DAC et les ADC. Ces améliorations permettent non seulement aux équipements de test modernes d'avoir des performances analogiques toujours meilleures, mais aussi une vitesse de mesure toujours plus rapide.
Sans surprise, une partie de la solution aux futurs défis des tests sans fil consiste à combiner des instruments ultra-rapides, une nouvelle technique de test sans fil et le savoir-faire technique pour tout assembler.
Heureusement, le besoin d'innovation en matière de tests engendre de nouvelles solutions, et NI encourage les ingénieurs à ne plus se soucier des tests et à recommencer à profiter des 40.000 milliards d'appareils sans fil connectés qui seront bientôt là.
