Substrato IC - Sfide di efficacia e fattibilità affrontate dai test OTA 5G

Il percorso per costruire uno scenario di test 5G on the air (OTA) economicamente sostenibile non è molto chiaro. Poiché lo sviluppo standard 5G, la distribuzione della rete e la produzione di apparecchiature sono sotto una pressione enorme, non siamo ancora stati in grado di risolvere i problemi pratici correlati attraverso il sistema di test 5G OTA. Questo articolo discute alcune delle sfide affrontate e discute alcune possibili soluzioni. La nuova tecnologia radio (NR, nuova radio) è diventata una soluzione a pacchetto per tutti i requisiti di comunicazione wireless attuali, compreso il raggiungimento di un elevato throughput, bassa latenza e il miglioramento della qualità del servizio (QoS, qualità del servizio) per gli utenti finali. ) E qualità dell'esperienza (QoE, qualità dell'esperienza). Il compito primario è quello di far fronte alla crescita esponenziale della capacità di utenti e servizi nelle comunicazioni mobili a banda larga. Il traffico mobile globale passerà da 7.201 gigabyte al mese nel 2016 a circa 48.270 gigabyte al mese nel 2021, con un tasso di crescita del 670%. 1 NR dovrebbe essere utilizzato anche per gestire la massiccia quantità di dispositivi connessi alle reti IP, il cui numero sarà circa tre volte la popolazione globale nel 2021 (anche in aumento da 2,3 dispositivi di rete pro capite nel 2016 a 3,5 pro capite nel 2021). Le caratteristiche chiave del 5G includono anche la disponibilità percepita del 99,999% e l'ultra-affidabilità, il che aumenta la complessità.

Nel processo di diverse aziende che competono per raggiungere crescita, connettività, disponibilità e affidabilità, 3GPP e CTIA sono emerse come un'organizzazione di standardizzazione, consentendo alle nuove tecnologie di essere completamente testate OTA prima della distribuzione su larga scala. Sulla base dell'esperienza passata della standardizzazione dei test OTA 4G, la domanda chiave è cosa può essere raggiunto dal processo di standardizzazione dei test OTA basato sul consenso e come può essere utilizzato per risolvere le sfide pratiche nell'implementazione e nel funzionamento 5G. Con l'emergere di nuovi concetti 5G come la tecnologia MIMO, il beamforming e le bande di frequenza delle onde millimetriche ampiamente utilizzate, il test OTA 5G è diventato la più grande sfida nel settore della comunicazione wireless negli ultimi dieci anni ed è anche una pietra miliare chiave per la realizzazione di successo della distribuzione e del funzionamento 5G.

Metodo di prova OTA 5G

Il protocollo 3GPP TR 38.810 discute la configurazione dell'antenna di tre diversi dispositivi 5G in test (DUT, dispositivo in test) e diversi metodi di test 5G OTA, che sono riassunti nella Tabella 1. Tra questi, il metodo della camera di riverbero (RC) è molto adatto per misurare gli indicatori chiave di prestazione isotropici (KPI), in particolare la sensibilità totale radiata (TIS) e le emissioni spurie. I risultati recenti della ricerca hanno realizzato la capacità di misurazione direzionale attraverso l'inversione temporale o l'effetto di riconoscimento Doppler2, come mostrato nella Figura 1. Allo stesso tempo, le persone stanno anche sviluppando alcuni nuovi usi delle sale di riverbero per i test OTA 5G, in particolare per le apparecchiature 3 in un ambiente di canale direzionale e test OTA in tempo reale di throughput e delay. Il metodo della stanza di riverberazione ha alcuni effetti positivi sul 5G non standalone (NSA, Non Standalone) e indipendente (SA, Standalone) OTA test. Ad esempio, quando viene utilizzato per risolvere complessi requisiti multi-carrier, è notevolmente ridotto rispetto ad altre soluzioni. Costo di installazione. Anche se il complesso sistema multipath significa che alcune informazioni spaziali possono essere perse, è sufficiente per compensare il ritardo e le prestazioni totali di throughput nella simulazione isotropica 3D. Dopo tutto, quest'ultimo è che l'utente può percepire in una fascia di tempo ragionevole. di. Tuttavia, 5G OTA ha fatto pochi progressi nell'applicazione del metodo della stanza di riverbero per la simulazione isotropica del modello di canale 5G. Allo stesso tempo, poiché il metodo della stanza di riverbero manca di un forte supporto in 3GPP, non è ancora un metodo di test standardizzato 5G.

L'espansione del multiprobe anecoico (MPAC) al 5G significa la necessità di introdurre modelli di canale 3D e onde millimetriche, il che aumenta notevolmente la complessità e il numero di rivelatori richiesti e supporta le porte del simulatore di canale, che influisce notevolmente sulla già ridotta zona tranquilla, quindi lo schema manca di fattibilità. Anche se alcuni ricercatori hanno proposto alcune varianti partizionate semplificate del metodo multi-sonda, hanno bisogno di essere utilizzati in campo lontano. Questo requisito aggiuntivo limita almeno l'applicazione del metodo multi-sonda a 5G OTA nella banda di frequenza dell'onda millimetrica. Incorporare Radiated Two-Stage (RTS) nel processo di test standardizzati 5G OTA, grazie all'evidente coordinamento del metodo multi-probe utilizzando 7 dispositivi 4G LTE FDD in una singola modalità MIMO OTA 2 * 2 single-carrier, Tuttavia, le caratteristiche dell'antenna del "cavo wireless" del dispositivo in esame non sono chiare, e queste caratteristiche devono essere misurate in anticipo prima che questo metodo possa essere applicato. Inoltre, il metodo in due fasi non è temporaneamente in grado di supportare le apparecchiature utente 5G (UE, apparecchiature utente) per utilizzare la funzione di prova del blocco del fascio (UBF), che è ovviamente un fattore limitante per i test OTA standardizzati. D'altra parte, la dimensione elettrica del dispositivo in prova è influenzata solo dalle dimensioni della camera di prova.

Con l'aiuto di un riflettore, il metodo CATR (Indirect Far Field, IFF) Compact Antenna Test Range (CATR) può creare un campo d'onda piana in uno spazio più piccolo rispetto al metodo Direct Far Field (DFF). Sembra essere molto adatto per il test OTA dell'onda millimetrica 5G, ma non può fornire bande di frequenza diverse. Sulla base della situazione attuale, il comitato CTIA ha recentemente deciso di prestare particolare attenzione alla legge IFF durante la stesura del piano di test OTA ad onda millimetrica CTIA 5G NSA v1.0, versione 4 da rilasciare nel secondo trimestre del 2019. Il metodo NFTF ha difetti quando prova l'attrezzatura effettiva in funzione. Inizialmente, il sistema di test NFTF è stato utilizzato per misurare la potenza irradiata isotropica equivalente (EIRP, Equivalent Isotropic Radiated Power) e la potenza radiata totale (TRP, Total Radiated Power). Il metodo DFF deve conoscere la distanza di campo lontano di Fraunhofer, che non è possibile nella banda di frequenza delle onde millimetriche in considerazione dei requisiti di spazio e di costo e del budget di collegamento. Si può vedere dalla Fig. 2 che man mano che la dimensione dell'array aumenta, l'intervallo di campo lontano di un insieme di array N*N con una distanza di mezza lunghezza d'onda aumenta significativamente. Tuttavia, l'applicazione ibrida del DFF può essere molto utile per la banda di frequenza 5G sub-6GHz, perché altri metodi hanno esposto carenze a tali basse frequenze. Ovviamente, al momento non esiste un unico metodo OTA in grado di risolvere tutte le sfide affrontate dai test 5G. In risposta ai numerosi problemi affrontati dal 5G OTA, alcune aziende e istituzioni chiedono lo sviluppo di metodi di test nuovi o ibridi per affrontarli efficacemente. Il sistema di test OTA CATR+DFF+SNF 5G recentemente rilasciato è una buona scelta, come mostrato nella Figura 3. Un design speciale ottimizzato del riflettore può coprire l'area d'onda millimetrica (banda di frequenza FR2) e parte dell'area sub-6 GHz (banda di frequenza FR1), e una torre ibrida DFF/SNF assicura che il test OTA FR1+FR2 sia eseguito contemporaneamente. Sfide del test OTA 5G Array di antenne completamente integrato Diversamente dalle generazioni precedenti, le apparecchiature utente 5G non sono solo riempite con antenne dense come mostrato nella Figura 4, ma anche non sono collegate ad altre porte di radiofrequenza a causa delle sue piccole dimensioni e alta frequenza in alcune bande di frequenza. Testare gli array di antenne senza connettori è ovviamente un problema difficile, che ci richiede di eseguire test e calibrazione OTA in un ambiente rigorosamente controllato. Oltre alla prova delle prestazioni di segnalazione e alla misurazione della potenza, di solito è necessaria la calibrazione di fase tra i collegamenti. L'eventuale accoppiamento e la limitazione della forma dell'oggetto di prova comportano una calibrazione coerente di ciascun collegamento RF non necessariamente formando il fascio ottimale. La conversione up-down della banda di frequenza dell'onda millimetrica rende anche l'apparecchiatura di rilevamento più complicata.