שילוב טכנולוגיות גלים מילימטריים – [גמ”מ mmWave/] – בפרוטוקולי תקשורת וקישוריות, כמוגדר ב-IEEE ו-3GPP מעורר ציפיות גבוהות. תקן WiGig כבר מספק תפוקות גבוהות וקישוריות נמוכת השהייה עבור מספר רב של יישומים.
מאמר שהוצע לכנס World Radiocommunication Conference 2015 ועוסק בתדרים שבין 24 ל-86 גיגהרץ מצביע על חשיבות הגלים המילימטריים עבור תקשורת אלחוטית של הדור החמישי 5G. היתרונות הנובעים מהרחבת רשתות התקשורת אל תחום הגלים המילימטריים נגזרים מהאיפיונים הפיסיקליים של תדירויות גבוהות אלו. בין היתרונות ניתן לציין נצילות ספקטרום גדולה יותר של אותות בעלי רוחב סרט גדול יותר, אורך גל קצר יותר ומכאן – הקטנת מימדי הרכיבים, דבר המאפשר להכליל יותר אנטנות בנפח מסויים. יתרון נוסף הוא היכולת להשיג קיבולת רשת גדולה יותר והפרדה גדולה יותר בין משתמשים סימולטניים. הצרכנים אמנם יהנו מהיתרונות הללו, אך יצרני ה-RFIC ניצבים בפני אתגרים חדשים, היות והם לא יכולים להעביר באופן ישיר את המתודולוגיות שבהן השתמשו לייצור התקנים קודמים. יצרני RFIC מובילים יהיו חייבים לאמץ חומרה מודולרית ותוכנה הניתנת לשדרוג והרחבה על מנת לבצע מדידות בגלים מילימטריים, שיהיו מוצלחות הן מבחינה כלכלית והן מבחינה טכנית.
ההשפעה על האסטרטגיה העסקית
היתרונות של טכנולוגיות גלים מילימטריים עבור יישומי צרכנים מדגישים את האתגרים שבתכנון RFIC עבור מגוון רב של יישומי נישה. יצרני הרכיבים בוחנים עתה גישות כלכליות הקשורות הן לטווח והן להיקף ייצור. יצרני חצאי מוליכים חייבים למסד את השימוש החוזר באלמנטים של פונקציות נפוצות בתכנונים רבים, או לבחור בשוליים נמוכים יותר על מנת להשאר תחרותיים. שיקולים כלכליים מקבלים משנה חשיבות כאשר עושים תכנונים לקראת הדור החמישי. קיימות הצעות לפסי תדרים שונים ויש אי בהירות לגבי פסי התדרים שלבסוף יכללו בתקן. רק מערכות מדידה גמישות יוכלו להתמודד עם הסכנה של אבדן השקעה שתעשה בטרם יוגדרו התקנים באופן סופי. על מנת למתן את ההשקעות הראשוניות על היצרנים לאמץ שיטות כגון “golden DUT” ושיטות מדידה עצמית משולבות. אך שיטות אלה, נמוכות המחיר, אינן מספיקות על מנת לאשש תכנונים באופן מלא. יש להשתמש בעיקרי תורת המדידה באופן קפדני על מנת להבטיח שהמוצרים יקבלו הסמכה ויתאימו לתקנים ולמפרטים. דבר זה יושג רק באמצעות ביצוע אישוש תוך שימוש במכשור מדידה שניתן לעקוב אחריו. קשה לשמור על גמישות של מכשור מדידה לאור הצורך בתמיכה בתדרים וברוחבי פס חדשים, במיוחד לאור עלות ההשקעה הדרושה לכיסוי תדרים שיתגלו בסופו של דבר כלא שימושיים. בדומה לגישת השימוש החוזר העומד בבסיס אסטרטגיות מצליחות של IC, ההשקעה במערכת הבדיקות הנכונה משמעה השקעה במודולריות. מערכת בדיקות יעילה מבחינה כלכלית צריכה לספק פלטפורמת ליבה על ידי בידוד רכיבים פונקציונליים כגון גילוי, אפנון, הנעת נתונים ועיבוד. פלטפורמה זו יכולה להיות משולבת עם הרחבות מתאימות על מנת להתאים לתדר שנבחר. תכנון שכזה מאפשר השקעה ברכיבים הניתנים להרחבה על פני טווחי תדרים שונים. גישה זו מסייעת להתמודד עם העלויות הכרוכות במתן שירות לישומים שונים ועם אי הוודאות האופפת את הדור החמישי, בעודה מציעה יכולות מדידה מלאות.
אתגרי מדידה: המעבדה אל מול המציאות
להבדיל מאנטנות המיועדות לתדרים שמתחת ל-6GHz, מימדי האנטנות המיועדות לגמ”מ הן די קטנים. לעתים הן מיוצרות כ-“patch arrays” המודבקים ל-IC, דבר המאפשר לממש טכנולוגיות עיצוב אלומה באופן כלכלי יותר אך מקשה על תהליך האפיון. אישוש התכנון נעשה בחדר חסר הד בעזרת מערך אנטנות מדידה במיקומים המאפשרים למדוד את עקום הקרינה באויר (OTA). למרות שמערכת מדידה OTA חיונית להשלמת אישוש ביצועי ההתקן היא איננה פותרת את כל הבעיות. עדיין יש קשיים הנובעים מהצורך להבטיח בידוד קרינה, מתהליכי מדידה high-touch (המקטינים את התפוקה ומגדילים את העליות), קשיים הקשורים לעלויות המקום והגודל. אלה הם קשיים שיכולים להפוך את המערכת לבלתי מתאימה לרצפת הייצור. הקשיים הכרוכים בהעברת מערכת מדידה מבוססת OTA ממעבדת הפיתוח אל רצפת הייצור מבהירה כי פתרון מדידה יעיל חייב להתבסס על היתרון הנובע מליבת חומרה פונקציונלית ופלטפורמת תוכנה ולהבטיח קישוריות גמישה אל ההתקן. השימוש בליבת פלטפורמה כללית בעלת יכולות קישוריות שונות יאפשר לייצרנים לבצע מתאמים סטטיסטיים של התוצאות המתקבלות ממבדקי OTA בעלי יכולת דגימה גבוהות במעבדה. תוצאות אלה ישמשו לאשוש אופייני קרינה שיתקבלו מתצורות אלומה שונות, אל מול תוצאות בדוקות המתקבלות מאנטנה יחידה עם אותה תצורת אלומה. בעזרת שמוש ב-back end כללי, יצרנים יוכלו להטמיע פתרון ל- front-end לכל תרחיש מדידה ללא צורך בהשקעה בפיתוח תצורה חדשה של מערך מדידה עבור כל שלב בשרשרת הערך.
תכנון מולטי-פונקציונלי מוביל לשיקולי מדידה חדשים
שילוב טכנולוגיות גמ”מ יחד עם שיטות מדידה ישנות, במטרה ליצור מערכת מרובת ערוצים יעילה,עלול לגרום לשיבושים במערכת המדידה. דוגמא לכך הן הנתבים המוצגים כבעלי שלושה ערוצי Wi-Fi בעוד שכיום, למעשה, הם פועלים בשני תדרים בערוץ 2.4GHz ובערוץ נוסף, שעדין לא קיבל אישורים, של 5GHz . רק כאשר יוסיפו להם ערוץ 60GHz הפועל לפי תקן 802.11ad הם אכן יהיו “תלת ערוציים” באמת.
מדידות התקנים שמשלבים פונקציות כאלה מציבה כמה שאלות: האם יש לראותם כמודול יחיד , באותו מארז, התומך בכל הערוצים? לאיזה נקודות מדידה יש לאפשר גישה, כדי לבצע בדיקות פונקציונליות? האם בדיקת מודולים שכאלה תבוצע בתחנת מדידה אחת, או אולי יש להפריד בין תחנות מדידה עבור תדרים שמתחת ל-6GHz לבין תחנת מדידה לתדרים שמעל 60GHz?
פלטפורמות מודולריות, כגון PXI, יכולות להקל על האתגרים הכרוכים בהתאמת ובהרחבת מערכות מדידה היות והן מפשטות את תהליכי הוספת התקני I/O חדשים שיתרמו להגדלת הפונקציונליות של המערכת. בנוסף, מערכות הפועלות בתקן יחיד, שבדרך כלל משלב ערוצי LAN אינן ניתנות להרחבה שתאפשר טיפול בצורות גל גדולות היות והן מוגבלות בקצבי העברת נתונים ויכולות עיבוד. למשל, אות אופייני על פי תקן 802.11ad ידרוש קיבולת העברת נתונים גדולה פי 50 בהשוואה לאות אופייני על פי תקן 802.11ac. שלא כמו מערכות מדידה מסורתיות, שעלותן וגודלן הפיסי עולים במהירות, הרי שמערכת מדידה מבוססת PXI מספקת צירופים מאוזנים של גודל, מחיר ותמיכה בהדקי I/O , והיא יכולה לתמוך ביישומים משולבי פונקציות. PXI יכול לטפל כיום בקצבים של -16GB/s בקירוב. היות וערוצי הבסיס וטכנולוגיות העיבוד ממשיכים להתפתח, נראה כי מערכות מדידה המבוססות על PXI הן פתרון המדידה ההגיוני עבור טכנולוגיות מדידה עתידיות.
איסטרטגיית מדידות = איסטרטגיה עסקית
לאור ההשקעות הגדולות במחקרים בתחום הגמ”מ עבור ישומי תקשורת של הדור החמישי, ולנוכח אי הוודאות אילו תדרים יבחרו לבסוף, ברור שהאתגרים לפניהם ניצבים כיום יצרני WiGig RFIC הולכים ומתרבים. ארגונים בעלי הבנה בנושא יתכננו את איסטרטגית המדידות בהקדם, תוך שתוף פעולה הדוק עם ספקים אשר יכולים להציע פלטפורמת מדידות גמישה התומכת באסטרטגיות מוצר ארוכות טווח. פלטפורמות מודולריות הובילו את המחקר בתחום הדור החמישי וטכנולוגיות הגמ”מ. פלטפורמות אלה ימשיכו להוביל את התפתחות המדידות היות והן יכולות להציע טכנולוגיות יעילות במחיר סביר, ולתת פתרונות טכנולוגיים גמישים עבור היישומים המורכבים המתפתחים אשר עושים שמוש בטכנולוגיות תדרים גבוהים.
