Substrat IC - Kesepatan dan cabaran kemudahan yang dihadapi oleh ujian OTA 5G

Laluan untuk membina 5G ekonomi yang boleh dijalankan di atas skenario ujian udara (OTA) tidak terlalu jelas. Sebagai pembangunan piawai 5G, penerbangan rangkaian dan penghasilan peralatan berada di bawah tekanan yang luar biasa, kita belum dapat menyelesaikan masalah praktik berkaitan melalui sistem ujian OTA 5G. Artikel ini membahas beberapa cabaran yang dihadapi dan membahas beberapa penyelesaian yang mungkin. Teknologi radio baru (NR, radio baru) telah menjadi penyelesaian pakej untuk semua keperluan komunikasi tanpa wayar semasa, termasuk mencapai kelajuan tinggi, kelemahan rendah, dan meningkatkan kualiti perkhidmatan (QoS, kualiti perkhidmatan) untuk pengguna akhir. ) Dan kualiti pengalaman. Tugas utama adalah untuk memenuhi pertumbuhan eksponensial kapasitas pengguna dan perkhidmatan dalam komunikasi jalur lebar bimbit. Trafik bimbit global akan meningkat dari 7,201 gigabyte per bulan pada 2016 ke sekitar 48,270 gigabyte per bulan pada 2021, kadar pertumbuhan 670%. 1 NR juga dijangka digunakan untuk mengendalikan jumlah besar peranti yang disambung ke rangkaian IP, bilangannya akan sekitar tiga kali lipat populasi global pada 2021 (juga meningkat dari 2.3 peranti rangkaian per capita pada 2016 kepada 3.5 per capita pada 2021). Ciri-ciri utama 5G juga mengandungi 99.999% perasan kesediaan dan kepercayaan-ultra, yang meningkatkan kompleksiti.

Dalam proses pelbagai syarikat yang bersaing untuk mencapai pertumbuhan, sambungan, keterbatasan dan kepercayaan, 3GPP dan CTIA telah muncul sebagai organisasi pembuat piawai, membolehkan teknologi baru untuk diuji sepenuhnya OTA sebelum penerbangan skala besar. Berdasarkan pengalaman masa lalu dari standardisasi ujian OTA 4G, soalan utama adalah apa yang boleh dicapai dengan proses standardisasi ujian OTA berasasi konsensus dan bagaimana ia boleh digunakan untuk memecahkan cabaran praktik dalam pengambilan dan operasi 5G. Dengan muncul konsep 5G baru seperti teknologi MIMO, pembentukan cahaya, dan bands frekuensi gelombang milimeter yang digunakan secara luas, ujian OTA 5G telah menjadi cabaran terbesar dalam industri komunikasi tanpa wayar dalam dekad lepas, dan ia juga adalah batu utama untuk pencapaian berjaya penggunaan dan operasi 5G.

Kaedah ujian OTA 5G

Protokol 3GPP TR 38.810 membahas konfigurasi antena tiga peranti 5G yang berbeza di bawah ujian (DUT, peranti di bawah ujian) dan beberapa kaedah ujian OTA 5G, yang tersingkatkan dalam Jadual 1. Di antara mereka, kaedah Kamar Reverberasi (RC) sangat sesuai untuk mengukur Indikator Performance Kekunci Isotropik (KPI), terutama keseluruhan sensitiviti radiasi (TIS) dan emisi spurious. Hasil kajian baru-baru ini telah menyedari kemampuan pengukuran arah melalui pembalikan masa atau kesan pengenalan Doppler2, seperti yang dipaparkan dalam Figure 1. Pada masa yang sama, orang juga mengembangkan beberapa penggunaan baru bilik reverberation untuk ujian OTA 5G, terutama untuk peralatan 3 dalam persekitaran saluran arah dan ujian OTA pada masa nyata untuk melambat dan melambat. Kaedah bilik reverberasi mempunyai beberapa kesan positif pada ujian OTA bukan-standalone 5G (NSA, Non-Standalone) dan independen (SA, Standalone). Contohnya, apabila ia digunakan untuk menyelesaikan keperluan pelbagai pembawa kompleks, ia akan dikurangkan jauh dibandingkan dengan penyelesaian lain. Tetapkan kos. Walaupun sistem berbilang laluan kompleks bermakna bahawa sebahagian maklumat ruang mungkin hilang, ia cukup untuk mengembalikan untuk lambat dan total prestasi tekanan dalam simulasi isotropik 3D. Lagipun, yang terakhir adalah pengguna boleh menyaksikan dalam slot masa yang masuk akal. bagi Namun, OTA 5G telah membuat sedikit kemajuan dalam melaksanakan kaedah bilik reverberasi untuk simulasi model saluran 5G isotropik. Pada masa yang sama, kerana kaedah bilik reverberation kekurangan sokongan kuat dalam 3GPP, ia belum lagi kaedah ujian piawai 5G.

Pembangunan anechoic multiprobe (MPAC) kepada 5G bermakna perlukan untuk memperkenalkan model saluran 3D dan gelombang milimeter, yang meningkatkan dengan besar kompleksiti dan bilangan pengesan yang diperlukan dan sokongan port simulator saluran, yang sangat mempengaruhi zon senyap yang telah dikurangkan, jadi skema tidak boleh dilakukan. Walaupun beberapa peneliti telah mengusulkan beberapa varian terpecah bagi kaedah multi-probe, mereka perlu beroperasi di medan jauh. Keperluan tambahan ini sekurang-kurangnya hadapi aplikasi kaedah multi-probe kepada OTA 5G dalam band frekuensi gelombang milimeter. Memasukkan Dua Tahap Radiasi (RTS) dalam proses ujian OTA 5G standardisasi, berkat koordinasi jelas kaedah berbilang-sonde menggunakan peranti FDD 7 4G LTE dalam mod MIMO OTA 2*2 tunggal, Namun, ciri-ciri antena "kabel tanpa wayar" peranti yang sedang diuji tidak jelas, - dan ciri-ciri ini mesti diukur secara lanjut sebelum kaedah ini boleh dilaksanakan. Selain itu, kaedah dua-langkah secara sementara tidak dapat menyokong peralatan pengguna 5G (UE, peralatan pengguna) untuk menggunakan fungsi ujian kunci cahaya (UBF), yang jelas adalah faktor pembatasan untuk ujian OTA standardisasi. Di sisi lain, saiz elektrik peranti yang sedang diuji hanya dipengaruhi oleh saiz bilik ujian.

Dengan bantuan reflektor, kaedah Range Uji Antena Kompak (CATR) Medan Jauh Indirekt (IFF) boleh mencipta medan gelombang pesawat dalam ruang yang lebih kecil daripada kaedah Medan Jauh Direkt (DFF). Ia kelihatan sangat sesuai untuk ujian OTA gelombang 5G, tetapi ia tidak boleh menyediakan band frekuensi yang berbeza. Berdasarkan situasi semasa, komite CTIA baru-baru ini memutuskan untuk memberikan pertimbangan istimewa kepada undang-undang IFF semasa penciptaan rancangan ujian OTA gelombang milimeter NSA CTIA 5G v1.0, versi 4 yang akan dilepaskan pada kuartal kedua 2019.Kaedah dekat-medan-ke-jauh-medan (NFTF) menggunakan perubahan matematik untuk menentukan KPI medan jauh dari imbasan corak medan dekat. Kaedah NFTF mempunyai kesalahan bila menguji peralatan sebenar dalam operasi. Pada awalnya, sistem ujian NFTF digunakan untuk mengukur kuasa radiasi isotropik yang sama (EIRP, kuasa radiasi isotropik yang sama) dan kuasa radiasi keseluruhan (TRP, kuasa radiasi keseluruhan). Kaedah DFF perlu tahu jarak medan jauh Fraunhofer, yang tidak mungkin dalam band frekuensi gelombang milimeter kerana keperluan ruang dan kos dan anggaran pautan. Ia boleh dilihat dari Fig. 2 bahawa sebagaimana saiz tatasusunan meningkat, julat medan jauh bagi set tatasusunan N*N dengan jarak panjang gelombang setengah juga meningkat secara signifikan. Namun, aplikasi hibrid DFF mungkin sangat berguna untuk band frekuensi 5G sub-6GHz, kerana kaedah lain telah mendedahkan kekurangan pada frekuensi rendah seperti ini. Jelas sekali, tiada kaedah OTA tunggal yang boleh menyelesaikan semua cabaran yang dihadapi oleh ujian 5G. Sebagai balasan kepada banyak masalah yang dihadapi oleh 5G OTA, beberapa syarikat dan institusi memanggil pembangunan kaedah ujian baru atau hibrid untuk menangani mereka secara efektif. Sistem ujian OTA yang baru-baru ini dibebaskan CATR+DFF+SNF 5G adalah pilihan yang baik, seperti yang dipaparkan dalam Figur 3. Design reflektor khas yang optimum boleh meliputi kawasan gelombang milimeter (band frekuensi FR2) dan sebahagian kawasan sub-6 GHz (band frekuensi FR1), dan menara DFF/SNF hibrid memastikan ujian OTA FR1+FR2 dilakukan pada masa yang sama. Tandakan pengujian OTA 5G Array antena sepenuhnya terintegrasi berbeza dari generasi terdahulu, peralatan pengguna 5G tidak hanya diisi dengan antena padat seperti yang dipaparkan dalam Gambar 4, tetapi juga tidak tersambung ke port frekuensi radio lain kerana saiz kecil dan frekuensi tinggi dalam beberapa band frekuensi. Menguji tatasusunan antena tanpa sambungan jelas masalah yang sukar, memerlukan kita untuk melakukan ujian frekuensi radio OTA dan kalibrasi dalam persekitaran yang ketat dikawal. Selain pengujian prestasi isyarat dan pengukuran kuasa, kalibrasi fasa antara pautan biasanya diperlukan. Penyambungan yang mungkin dan keterangan bentuk objek ujian mengakibatkan kalibrasi konsisten setiap pautan RF tidak perlu membentuk sinar optimal. Perubahan ke atas-bawah band frekuensi gelombang milimeter juga membuat peralatan pengesan lebih rumit.