IC-Substrat - Die Test- und Messindustrie strebt an, das OTA-Testproblem unter 5G zu lösen

Im Juni 2018, 3GPP genehmigt offiziell den R15 Standard. Vor Ende desselben Jahres, 5G commercial networks were quickly established in the United States (Verizon and AT&T) and South Korea (KT, LG UPlus, and SK Telecom). Im 2019, Weitere 5G-Netze werden in der gesamten Telekommunikationsbranche eingeführt, und der Fokus wird von LTE auf 5G verlagert. Da der 5G-Standard noch nicht vollständig festgelegt ist, Weltweite Hersteller von Basisstationen und Mobiltelefonen, Mobilfunkbetreiber, und Regulierungsbehörden müssen schnell zusammenkommen und eine Einigung über die Installation erzielen, überprüfen, und Pflege kommerzieller 5G-Netze. In dieser wichtigen Zeit, Dieses Magazin interviewte neun führende Unternehmen in der Prüf- und Messindustrie, Zusammenfassung der aktuellen Herausforderungen und Lösungen für OTA-Tests unter 5G. Zu diesen Unternehmen gehören Anritsu, EMITE, ETS-Lindgren, Keysight, MVG, National Instruments (NI), NSI-MI, Rohde & Schwarz (R&S), Boonton, Noisecom.

5G test challenges
Anritsu said that the primary problem is that there are fundamental differences between the test technologies used in 5G and LTE, wie Millimeterwellenfrequenzen, große Antennen-Arrays, Strahlformung, Eigenschaften der dynamischen physikalischen Schicht, also sind mechanische Verfahren nicht machbar.

Länder auf der ganzen Welt haben verschiedene Frequenzbänder für die 5G-Bereitstellung übernommen. Neben der Einhaltung der 3GPP 5G Air Interface (NR)-Standards erfordern die meisten von ihnen auch die Einhaltung lokaler Regierungsvorschriften.

R&S also pointed out that for this series of OTA evaluations, die Schlüsselfrage der Abstandsmessung zu berücksichtigen ist. We usually measure antenna characteristics in the far field (see Figure 1). If the far-field direct detection is adopted and the Fraunhofer distance criterion (R = 2D2/λ) is applied, die Seitenlänge der Kammer erforderlich, um eine große MIMO Prüfgerät mit einer Strahlungsfrequenz von 2.4GHz und eine Größe von 75 cm müssen mindestens 9 Meter betragen . Selbst ein Smartphone mit einer Länge von nur 15 cm und einer Übertragungsfrequenz von 43.5 GHz erfordert einen Testabstand von 6.5 Meter. Dieser Abstand stellt sicher, dass sich das zu prüfende Gerät in der Ruhezone befindet, das ist, der Bereich, der durch das Strömungsfeld des einfallenden Stroms umschlossen ist, der ausreichend gleichmäßig ist und sich einer ebenen Welle mit einer Phasendifferenz von weniger als 22 nähert.5°.

Eine Möglichkeit, die Platzbeschränkungen der Kammer zu überwinden, ist die Verwendung eines Reflektors, dessen parabolische Form die einfallende sphärische Wellenfront in eine ebene Welle projizieren kann. Diese Art von Reflektor ist in Millimeterwellen-OTA-Testgeräten weit verbreitet, genannt kompaktes Antennentestfeld

Anritsu behauptet, dass Gated Scanning helfen kann, EIRP gut zu messen. Mit Hilfe von Gated Scanning können Benutzer bestimmen, welchen Teil des 5G-Signalübertragungsprozesses gemessen werden soll. Dies ist sehr wichtig, da 5G-NR Signale 55 verschiedene TDD Tx/Rx Verhältnisse für die Zeitfensterkonfiguration innerhalb eines 10ms Rahmens verwenden können. Durch die Auswahl von nur bestimmten Subframes oder Symbolen können Benutzer sicherstellen, dass nur die Radiofrequenz des Downlinks gemessen wird, die die in die Atmosphäre ausgestrahlte Radiofrequenz genauer reflektieren kann.

ETS-Lindgren und Anritsu glauben auch, dass erhebliche Änderungen erforderlich sind, um effektive EMV-Tests von 5G-Geräten durchzuführen. Regulatorische Normen erfordern in der Regel die Messung von TRP, um sicherzustellen, dass die Funkübertragungsleistung nicht zu groß ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal von einem isotropen Sender gesendet, der Energie gleichmäßig in einem bestimmten LTE-Sektor ausstrahlt, so dass es einfach ist, die gesamte Funkleistung zu messen und festzustellen, ob sich die Energie in der Luft in einem sicheren Bereich befindet. ETS-Lindgren betonte die Schwierigkeit der Strahlformung, wie in Abbildung 3 gezeigt. Da das Signal hier direktional ist, können wir nicht leicht die Energie eines Punktes messen, geschweige denn wissen, wie viel Energie in die Atmosphäre abgestrahlt wird. In Anbetracht der seitlichen und hinteren Kolben ist die einzige Möglichkeit, TRP zu messen, die Leistung in eine 360°-Kugel zu integrieren, die um die Antenne gewickelt ist. Obwohl diese Methode machbar ist, benötigt sie Zeit und Verbrauchsmaterialien.

Anritsu wies auch darauf hin, dass, da sich die gesamte Industrie allmählich zu einem optimalen Installations- und Wartungsprogramm vereinigt, die nächste Herausforderung darin bestehen wird, den Prüfprozess zu formulieren und die Prüfgeräte zu bestimmen, um sicherzustellen, dass sie so genau, effizient und wirtschaftlich wie möglich sind. Dies erfordert, dass Testanbieter schnell auf Testanforderungen reagieren und eine neue Generation von Hardware-Geräten für die Herausforderungen vorbereiten.

OTA test method
Keysight explained the test method in detail for us, und erklärte, dass das Wichtigste bei der Formulierung eines OTA-Testplans ist, das Testobjekt und den erforderlichen Testinhalt vollständig zu verstehen, sowie die für verschiedene Testfälle anwendbaren Prüfmethoden. Auf dem tatsächlichen Verbrauchermarkt, Modems, Antennen, Teilsysteme, und komplett montierte Endbenutzerausrüstung werden alle getestet. Der Test der Basisstation wird ebenfalls ein ähnlicher Prozess sein. From the R&D stage, Konformitäts- und Abnahmeprüfungen stellen einen typischen Prüfzyklus dar.

Im Allgemeinen können Tests in Konformitätstests und Leistungstests unterteilt werden. Wenn Sie ein neues Gerät freigeben möchten, müssen Sie einen Konformitätstest durchführen. Es ist eine Schlüsselanforderung, die erfordert, dass wir die Geräte an das drahtlose Testsystem anschließen und die erforderlichen 3GPP-Testinhalte abschließen:

·RF Transceiver Leistung – das niedrigste Niveau der Signalqualität

Demodulation-Datendurchsatz Leistung

·Radio Resource Management (RRM)-Initialisierung, Übergabe und Mobilität

Signalisierung--Signalisierungsprozess der oberen Schicht

Keysight glaubt, dass Modem-Chipsätze, Antennen, Basisstationen und integrierte Geräte gemischte Anwendungsleitungs- und OTA-Tests erfordern. Die meisten Tests im Frequenzbereich 1 (FR1: 450 MHz bis 7.125 GHz) verwenden das Leitungsschema, und 3GPP hat festgelegt, dass alle Konformitätstests im Frequenzbereich 2 (FR2: 24.25 bis 52.6 GHz) OTA-Testmethoden annehmen.

Keysight sagte, dass 3GPP die folgenden drei OTA-Testmethoden bisher genehmigt hat:

Direktfernfeldmethode (DFF): Die Messantenne wird im Fernfeld platziert. Der Fernfeldabstand (Fraunhofer-Abstand) beginnt bei 2D2/Î", wobei D der maximale Durchmesser des Strahlungselements und Î" die Wellenlänge ist. Bei Erreichen dieser Entfernung ändert sich die Winkelfeldverteilung nicht mehr. Die direkte Fernfeldmethode kann den umfassendsten Test durchführen und kann mehrere Signale messen, aber gleichzeitig bewirkt das Millimeterwellenfrequenzband auch, dass das Testfeld größer ist.

·Indirekte Fernfeld-Methode (IFF): Erstellen Sie eine Fernfeld-Umgebung durch physikalische Umwandlung, in der Regel unter Verwendung eines Parabolreflektors, um die Sondentenne zu kollimieren, um Signale zu übertragen. Diese Methode wird in der Regel von CATR implementiert. Obwohl es nur verwendet werden kann, um den Ankunfts-/Abfahrtswinkel eines einzelnen Signals zu messen, ist die Entfernung viel kürzer und der Wegverlust geringer.

·Near-field to far-field method (NFTF): sample the phase and amplitude of the electric field in the radiation near-field area, und das Fernfeldmuster berechnen. Diese Methode ist auch nur für die Messung einer einzelnen LOS-Transceiver.

Bezüglich der SA-Bereitstellungssituation waren die entsprechenden ersten (Sub-6 GHz) und zweiten Teil (Millimeterwelle) des 38.521-Standards detailliertere Spezifikationen, obwohl die erste Charge von 5G-NRs, die Anfang dieses Jahres bereitgestellt werden, NSA sind. Darüber hinaus sind die Leistungsprüfstandards (38.521-4) und RRM-Prüfanforderungen (38.533) nach der NSA noch nicht vollständig.

Tabelle 1 wird von NSI-MI gezeichnet und fasst die Anwendbarkeit jeder Testumgebung unter verschiedenen Testtypen und Antennengrößen zusammen, und verwendet Farben, um die Qualität der Lösung zu unterscheiden. Zu den Betrachtungsfaktoren gehören das Signal-Rausch-Verhältnis, Dienstprogramm, und Kosten.
Nach der Veröffentlichung des Field Master™ Pro MS2090A auf der MWC Konferenz in Barcelona im Februar 2019, Anritsu bringt das erste tragbare 5G NR-Messgerät auf den Markt, kontinuierlich über Sub-3 GHz, Sub-6 GHz und Millimeter Wellenfrequenzbänder. . The R&D process of Field Master Pro MS2090A has been closely supported by a group of leading 5G base station manufacturers and was used to install the first commercial 5G NR network. Ein Handheld-Gerät mit solch leistungsstarken Funktionen wird sicherlich einen großen Einfluss auf die Prüfindustrie haben.