集成電路基板 - 5G OTA測試面臨的有效性和可行性挑戰

The path to build an economically viable 5G over the air (OTA) test scenario is not very clear. As 5G標準開發, 網絡部署和設備製造面臨巨大壓力, 我們還無法通過5G OTA測試系統解决相關的實際問題. 本文討論了面臨的一些挑戰，並討論了一些可能的解決方案.
新的 無線電（NR，新無線電）科技 已成為滿足當前所有無線通訊需求的一攬子解決方案, 包括實現高輸送量, 低延遲, and improving the quality 屬於 service (QoS, quality of service) for end users. ) And quality of experience (QoE, quality of experience). 首要任務是滿足移動寬帶通信中用戶和服務容量的指數級增長. 全球移動通信量將從7,2016年每月201 GB至約48 GB,2021每月270 GB, 670%的增長率. 1 NR預計還將用於處理大量連接到IP網絡的設備, the number of which will be approximately three times the global population in 2021 (also increasing from 2.2016年人均3臺網路設備至3臺.5 per capita in 2021). 5G的主要功能還包括99.999%的感知可用性和超可靠性, 這新增了複雜性.

在眾多公司競相實現增長、連接性、可用性和可靠性的過程中，3GPP和CTIA已成為一個標準製定組織，使新技術能够在大規模部署之前經過全面的OTA測試。 基於以往4G OTA測試標準化的經驗，關鍵問題是基於共識的OTA測試標準化過程可以實現什麼，以及如何利用它來解决5G部署和運營中的實際挑戰。 隨著MIMO科技、波束形成和廣泛使用的毫米波頻段等新5G概念的出現，5G OTA測試已成為過去十年無線通訊行業面臨的最大挑戰，也是成功實現5G部署和運營的關鍵里程碑。

5G OTA試驗方法

3GPP TR 38.810 protocol discusses the antenna configuration of three different 5G device under test (DUT, device under test) and several 5G OTA試驗方法s, 錶1對其進行了總結. 其中, the Reverberation Chamber (RC) method is very suitable for measuring isotropic Key Performance Indicators (KPI), especially the total radiated sensitivity (TIS) and spurious emissions. 最近的研究成果已經實現了通過時間反轉或都卜勒識別效應進行方向量測的能力2, 如圖1所示. 同時, 人們也在開發混響室的一些新用途，用於5G OTA測試, 特別是對於定向通道環境中的設備3，以及輸送量和延遲的實时OTA測試.
The reverberation room method has some positive effects on 5G non-standalone (NSA, Non-Standalone) and independent (SA, Standalone) OTA testing. 例如, 用於解决複雜的多載波需求時, 與其他解決方案相比，它大大减少了. 安裝成本. 雖然複雜的多徑系統意味著一些空間資訊可能會遺失, 這足以彌補3D各向同性模擬中的延遲和總輸送量效能. 畢竟, 後者是用戶可以在合理的時間段內感知到的. of. 然而, 5G OTA在將混響室方法應用於各向同性5G通道模型模擬方面進展甚微. 同時, 因為混響室方法在3GPP中缺乏强大的支持, 它還不是5G標準化測試方法.

The expansion of multiprobe anechoic (MPAC) to 5G means the need to introduce 3D channel models and millimeter waves, 這大大新增了所需檢測器和支持通道模擬器埠的複雜性和數量, 這對已經减少的安靜區有很大影響, 囙此該方案缺乏可行性. 雖然一些研究人員已經提出了多探針方法的一些簡化分區變體, 他們需要在遠處進行手術. 該附加要求至少將多探針方法的應用限制在毫米波頻帶中的5G OTA.
Incorporating Radiated Two-Stage (RTS) into the process of standardized 5G OTA testing, thanks to the obvious coordination of the multi-probe method using 7 4G LTE FDD devices in a single 2*2 single-carrier MIMO OTA mode, 然而, 被測設備“無線電纜”的天線特性不清楚, 在應用該方法之前，必須提前量測這些特性. 此外, the two-step method is temporarily unable to support 5G user equipment (UE, user equipment) to use the beam lock test function (UBF), 這顯然是標準化OTA測試的一個限制因素. 另一方面, 受試設備的電力尺寸僅受試驗箱尺寸的影響.

借助反射器, the Indirect Far Field (IFF) Compact Antenna Test Range (CATR) method can create a plane wave field in a smaller space than the Direct Far Field (DFF) method. 它似乎非常適合5G毫米波OTA測試, 但它不能提供不同的頻段. 根據現時的情况, CTIA委員會最近决定在起草CTIA 5G NSA毫米波OTA測試計畫v1時，對IFF法給予特別考慮.0, 版本4將於2019年第二季度發佈.
The near-field-to-far-field (NFTF) method uses mathematical transformations to determine the far-field KPI from the near-field pattern scan. NFTF方法在測試實際運行設備時存在缺陷. 開始, the NFTF test system was used to measure equivalent isotropic radiated power (EIRP, Equivalent Isotropic Radiated Power) and total radiated power (TRP, Total Radiated Power).
DFF方法需要知道夫琅和費遠場距離, 考慮到空間和成本要求以及連結預算，這在毫米波頻段是不可能的. 從圖中可以看出. 2隨著陣列大小的新增, the far field range of a set of N*N arrays with a half-wavelength spacing also increases significantly. 然而, DFF的混合應用對於5G到6GHz頻段可能非常有用, 因為其他方法在如此低的頻率下暴露了缺點.
明顯地, 現時沒有單一的OTA方法可以解决5G測試面臨的所有挑戰. 針對5G OTA面臨的諸多問題, 一些公司和機构呼籲開發新的或混合測試方法，以有效應對這些問題. The recently released CATR+DFF+SNF 5G OTA test system is a good choice, 如圖3所示. 優化的特殊反射器設計可以覆蓋 毫米波面積 (FR2 frequency band) and part of the sub-6 GHz area (FR1 frequency band), 和混合DFF/SNF tower ensures that FR1+FR2 OTA testing is carried out at the same time.
Challenges of 5G OTA testing
Fully integrated antenna array
Different from previous generations, 5G用戶設備不僅充滿密集天線，如圖4所示, 但也沒有連接到其他 無線電頻率 埠，因為其體積小，在某些頻段的頻率高. 測試沒有連接器的天線陣列顯然是一個難題, 要求我們執行OTA 無線電頻率 在嚴格控制的環境中進行測試和校準. 除訊號性能測試和功率量測外, 通常需要連結之間的相位校準. 可能的耦合和測試對象形狀的限制導致每個射頻連結的相干校準不一定形成最佳波束. 毫米波頻段的上下轉換也使得檢測設備更加複雜.