5G-тестирование: новая парадигма для надежности и производительности

Чарльз Шроедер, Business and Technology Fellow в National Instruments, объясняет, что 5G революционизирует всё — от энтерпрайз-коммуникаций до автономных автомобилей. Для доставки обещанной скорости, ультра-низкой латентности и массовой связности, 5G-устройства по сути более сложны предыдущих поколений, требуя фундаментально разную методологию тестирования.

Исторически тест-инженеры полагались на устоявшийся набор измерений и hardware-cable методы для валидации RF-полупроводников, базовых станций и мобильных хендсетов в масштабе. С расширенным спектром 5G, изощренным beamforming и плотными антенными массивами, эти legacy-техники больше не достаточны. Over-the-air (OTA) тестирование теперь должно заменить кабельные подходы для точной оценки 5G-производительности в реалистичных операционных условиях.

Для встречи 5G-цели 10 Gbps на пользователя, стандарт вводит Multi-User MIMO (MU-MIMO) и расширяется в сантиметровые и миллиметровые волны (mmWave). MU-MIMO позволяет множественным пользователям делить единый частотный диапазон через beamforming, в то время как mmWave частоты предоставляют полосу пропускания, нужную для высоких дата-рейтов. Однако mmWave сигналы аттенуируют быстрее, поэтому антенные массивы и продвинутый beamforming необходимы для расширения диапазона и мощности.

Реализация этих технологий требует далеко больше антенных элементов, чем предыдущие поколения. На mmWave частотах сами антенны крошечны, позволяя им интегрироваться в мобильные устройства через решения «antenna-in-package» (AiP). Пока AiP предлагает экономию пространства, он также устраняет прямые тест-точки, делая OTA-тестирование единственным жизнеспособным вариантом.

Как OTA адресует emerging вызовы

Для тест-инженеров рост частоты, новая упаковка и плотность антенн вводят несколько препятствий. OTA-тестирование вводит дополнительную измерительную неопределенность от калибровки антенн, допусков фикстур и отражений сигналов. Инженеры теперь должны включать anechoic chamber процедуры, beam characterisation, оптимальные code-book расчеты и антенный параметр профилирование в тест-планы.

Более того, все шире RF-полосы пропускания увеличивают вычислительную нагрузку для калибровки и измерения, расширяя тест-таймы. Тест-менеджеры должны балансировать эти технические требования против капитальных затрат, операционных расходов, time-to-market и физического фуутпринта, требуемого для OTA-камер.

Несмотря на эти вызовы, OTA-тестирование приносит уникальные преимущества. Это единственный метод, способный зондировать AiP-базированные антенные массивы, к которым нет доступа через кабели. OTA позволяет system-level оценку всего массива, потенциально разблокируя более высокую пропускную способность и эффективность по сравнению с serial или parallel индивидуально-элементными тестами.

Эксперты отрасли повторно демонстрировали, что надежные тестовые фреймворки могут идти в ногу с передвижной технологией, контролируя затраты и расписание. С текущей инновацией в тест-инструментах и методологиях — особенно OTA-решениях — инженеры по всему миру хорошо позиционированы для обеспечения коммерческого успеха 5G.

Автор — Чарльз Шроедер, Business and Technology Fellow, National Instruments