Подложка ИС - Проблемы эффективности и осуществимости тестирования 5G OTA

Путь построения экономически жизнеспособного сценария тестирования 5G Air Transport (OTA) еще не ясен. Поскольку развитие стандартов 5G, развертывание сетей и производство оборудования находятся под огромным давлением, мы не можем решить практические проблемы с помощью системы тестирования 5G OTA. В настоящем документе рассматриваются некоторые из стоящих перед нами проблем и некоторые возможные решения. Новая технология радиосвязи (NR, New Radio) стала пакетом решений для всех текущих потребностей беспроводной связи, включая достижение высокой пропускной способности, низкой задержки и улучшение качества обслуживания конечных пользователей (QoS, качество обслуживания). А также качество опыта (QoE, качество опыта). Основная задача - обеспечить экспоненциальный рост возможностей пользователей и услуг в мобильной широкополосной связи. Глобальный объем мобильной связи вырастет с 7201 гигабайта в месяц в 2016 году до примерно 48 270 гигабайтов в месяц в 2021 году, увеличившись на 670%. Ожидается, что 1 NR также будет использоваться для обработки большого количества устройств, подключенных к IP - сетям, которые будут примерно в три раза больше, чем население мира в 2021 году (также с 2,3 сетевых устройств на душу населения в 2016 году до 3,5 на душу населения в 2021 году). Ключевые функции 5G также включают 99,99% воспринимаемой доступности и сверхнадежности, что увеличивает сложность.

В то время как компании конкурируют за рост, подключение, доступность и надежность, 3GPP и CTIA стали нормотворческой организацией, которая позволяет новым технологиям проводить полномасштабные испытания OTA до массового развертывания. Основываясь на прошлом опыте стандартизации тестирования 4G OTA, ключевой вопрос заключается в том, что может быть достигнуто в процессе стандартизации тестирования OTA на основе консенсуса и как его можно использовать для решения практических проблем развертывания и эксплуатации 5G. С появлением новых концепций 5G, таких как технология MIMO, формирование луча и широко используемая миллиметровая полоса частот, тестирование 5G OTA стало самой большой проблемой в отрасли беспроводной связи за последнее десятилетие и ключевой вехой в успешном развертывании и эксплуатации 5G.

Методы тестирования 5G OTA

Протокол 3GPP TR 38.810 обсуждает конфигурацию антенны для трех различных измеренных устройств 5G (DUT, измеренных устройств) и несколько методов тестирования 5G OTA, которые кратко описаны в таблице 1. Среди них метод реверберационной камеры (RC) идеально подходит для измерения ключевых показателей производительности изотропности (KPI), особенно общей чувствительности излучения (TIS) и рассеянного излучения. Недавние результаты уже позволяют проводить ориентированные измерения с помощью инверсии времени или эффекта доплеровской идентификации 2, как показано на рисунке 1. В то же время разрабатываются новые виды использования реверберационных камер для тестирования 5G OTA, особенно для устройств 3 в среде направленного канала, а также для тестирования OTA в режиме реального времени с пропускной способностью и задержкой. Метод реверберационной камеры имеет некоторые положительные эффекты на 5G неавтономные (NSA, не независимые) и независимые (SA, независимые) тесты OTA. Например, когда он используется для решения сложных многонесущих потребностей, он значительно меньше, чем другие решения. Расходы на установку. Хотя сложные многопроходные системы означают, что некоторая пространственная информация может быть потеряна, этого достаточно, чтобы компенсировать задержку и общую пропускную способность в трехмерном изотропном моделировании. В конце концов, последнее может быть воспринято пользователем в разумный промежуток времени. Принадлежность Тем не менее, 5G OTA мало продвинулась в применении метода реверберации камеры к моделированию изотропных каналов 5G. В то же время, поскольку метод реверберации не имеет сильной поддержки в 3GPP, он еще не является стандартизированным методом тестирования 5G.

Расширение многолучевого неэхо (MPAC) до 5G означает необходимость внедрения 3D - моделей каналов и миллиметровых волн, что значительно увеличивает сложность и количество требуемых детекторов и портов для поддержки симуляторов каналов, что значительно влияет на и без того уменьшенную зону тишины, поэтому схема не имеет жизнеспособности. В то время как некоторые исследователи предлагают несколько упрощенных вариантов зонирования с несколькими зондовыми методами, они должны работать в дальнем поле. Это дополнительное требование, по крайней мере, ограничивает применение многозондового метода 5G OTA в миллиметровом диапазоне. Включение двух уровней излучения (RTS) в стандартизированный процесс тестирования 5G OTA стало возможным благодаря очевидной координации многозондового метода с использованием семи устройств 4G LTE FDD в режиме MIMO OTA с одной несущей 2 * 2. Однако характеристики антенны « беспроводного кабеля» измеренного устройства не ясны, и для применения этого метода необходимо предварительно измерить эти характеристики. Кроме того, двухэтапный подход временно не может поддерживать пользовательские устройства 5G (UE, пользовательские устройства) с использованием функции тестирования блокировки луча (UBF), что, очевидно, является ограничением стандартного тестирования OTA. С другой стороны, электрический размер измеренного устройства зависит только от размера испытательной камеры.

С помощью рефлекторов метод компактного диапазона тестирования антенны (CATR) с косвенным дистанционным полем (IFF) может создать плоское волновое поле в меньшем пространстве, чем метод прямого дальнего поля (DFF). По - видимому, он идеально подходит для 5G - миллиметрового тестирования OTA, но не может обеспечить другой диапазон частот. Основываясь на текущей ситуации, Комиссия CTIA недавно приняла решение о том, что закон IFF будет учитываться, в частности, при разработке четвертого варианта тестового плана CTIA 5G NSA миллиметрового диапазона OTA v1.0, который будет выпущен во втором квартале 2019 года. Метод ближнего поля - дальнего поля (NFTF) использует математические преобразования для определения удаленных KPI с помощью сканирования ближнего поля. Метод NFTF имеет недостатки при тестировании фактически работающих устройств. Первоначально тестовая система NFTF использовалась для измерения эквивалентной изотропной излучающей мощности (EIRP, эквивалентная изотропная излучающая мощность) и общей излучающей мощности (TRP, общая излучающая мощность). Метод DFF требует знания расстояния до Fraunhofer, что невозможно в миллиметровой полосе частот с учетом пространственных и стоимостных требований, а также бюджета канала связи. Как видно из диаграммы 2, по мере увеличения размеров массива диапазон дальнего поля группы массивов N * N с полуволновым интервалом также значительно увеличивается. Тем не менее, гибридное применение DFF может быть очень полезным для суб - 6 ГГц диапазона 5G, поскольку другие методы выявили недостатки при таких низких частотах. Очевидно, что в настоящее время не существует OTA - подхода, который мог бы решить все проблемы, связанные с тестированием 5G. Чтобы справиться со многими проблемами, с которыми сталкивается 5G OTA, некоторые компании и учреждения призывают к разработке новых или гибридных методов тестирования для эффективного решения этих проблем. Недавно выпущенная тестовая система CATR + DFF + SNF 5G OTA является отличным выбором, как показано на рисунке 3. Оптимизированная конструкция специального отражателя может охватывать область миллиметровых волн (диапазон FR2) и часть суб6 ГГц (диапазон FR1), а гибридная башня DFF / SNF обеспечивает одновременное тестирование FR1 + FR2 OTA. Полностью интегрированная антенная решетка для тестирования 5G OTA отличается от предыдущих поколений тем, что пользовательские устройства 5G не только заполнены плотными антеннами, как показано на рисунке 4, но и не подключены к другим радиочастотным портам из - за их небольшого размера и высокой частоты в некоторых диапазонах частот. Тестирование антенной решетки без разъема, очевидно, является сложной задачей, которая требует от нас проведения радиочастотного тестирования и калибровки OTA в строго контролируемой среде. В дополнение к тестированию характеристик сигнала и измерению мощности обычно требуется фазовая калибровка между линиями связи. Возможные связи и ограничения формы испытуемого объекта приводят к тому, что калибровка когерентности каждой линии RF не обязательно формирует оптимальный луч. Преобразование диапазона миллиметровых волн вверх и вниз также усложняет оборудование для обнаружения.