ADD ProS d.o.o.
2020_285_10
Cena obetov nove tehnologije 5G je povečana kompleksnost. Razviti bo treba nove tehnike za testiranje opreme 5G. Obstaja potreba po novih, cenejših testih prekoradijskih valov (OTA).
Testni inženirji vse od začetka brezžične komunikacije uporabljajo uveljavljene meritve in tehnike za množično preizkušanje brezžičnih komunikacijskih naprav, vse od VF-polprevodnikov do baznih postaj in mobilnih terminalov.
Tehnologija 5G v teh brezžičnih napravah bo kompleksnejša in zato bo potrebno poiskati nadgradnjo visoko-optimiziranih tehnik, s katerimi so bile testirane predhodne generacije opreme. Za preverjanje delovanja tehnologije 5G bo nujno potrebno preizkušanje komponent in naprav 5G z metodami testiranja preko radijskih valov (OTA) namesto kabelskih metod, kot se uporabljajo danes. Vodilni razvijalci potrebujejo nove testne metode za uspešno komercializacijo izdelkov in rešitev 5G v različnih industrijah in aplikacijah.
Povečanje pasovne širine
Eden glavnih ciljev standarda 5G je znatno povečanje zmogljivosti prenosa podatkov kot odgovor na vse večje potrebe uporabnikov, za uvajanje najvišje ciljne pasovne širine 10 Gb/s na uporabnika pa se uvajajo nove tehnologije. Specifikacija 5G tako vključuje tehnologijo Multiuser MIMO (MU-MIMO), ki uporabnikom omogoča skupno rabo istega frekvenčnega pasu s tehnologijo oblikovanja snopa, ki za vsakega uporabnika ustvari edinstveno, fokusirano brezžično povezavo. Standard 5G tudi širi brezžični spekter v področje centimetrskih in milimetrskih valov (mmWave).
Fizična implementacija tehnologij MU-MIMO in mmWave uporablja bistveno večje število antenskih elementov kot prejšnje generacije standardnih celičnih omrežij. Signali v frekvenčnem območju mmWave zaradi zakonov fizike med potovanjem skozi prazen prostor slabijo bistveno hitreje kot signali na frekvencah trenutnih mobilnih omrežij. Frekvence mmWave imajo tako pri primerljivi oddajni moči precej manjši doseg kot frekvenčni pasovi trenutnih celičnih omrežij.
Oddajniki in sprejemniki 5G bodo za kompenzacijo teh izgub uporabljali nize istočasno delujočih anten in tehnologijo oblikovanja snopov za ojačenje moči signala namesto ločenih anten za vsak frekvenčni pas, kot je običajno za trenutne naprave. Antenski nizi in tehnike oblikovanja snopov pa niso pomembni le za povečanje moči signala, saj so tudi ključni za implementacijo tehnik MU-MIMO.
Seveda se postavlja vprašanje, ali bo za vse te antene sploh dovolj prostora v mobilnih telefonih jutrišnjega dne. Antene za frekvence mmWave so na srečo precej manjše od anten v današnjih standardnih celičnih omrežjih, nove tehnologije pakiranja, kot je AiP (antenna in package), pa bodo olajšale integracijo teh anten v sodobne mobilne telefone z omejenim prostorom. Ti nizi anten pa bodo morda popolnoma obdani z ohišjem in brez neposredno dostopnih točk za testiranje.
OTA kot odgovor na nove izzive
Testni inženirji bi zaradi razširjenih frekvenc, novih tehnologij pakiranja in večjega števila anten težko ohranili visoko kakovost ob omejenih investicijskih (oprema) in obratovalnih stroških (čas za preizkušanje vsake naprave). Pri tem bodo lahko pomagale nove tehnike OTA, kjer pa spet ne gre brez novih izzivov.
Prva težava bo točnost meritev. Za razliko od testov s kabli morajo testni inženirji pri meritvah OTA računati z dodatno merilno negotovostjo, ki izhaja iz umerjanja in točnosti antene, vgradnih toleranc in odbojev signala. Kot drugo bo potrebno v načrte za testiranje naprav dodati povsem nove meritve za integracijo gluhih sob, karakterizacijo snopov, izračun optimalne šifrirne knjige in karakterizacijo antenskih parametrov. Kot tretje bodo s povečevanjem pasovnih širin RF naraščale tudi potrebe po umerjanju in merjenju teh povečanih pasovnih širin, zato se bo podaljšal čas testiranja.
Na koncu pa bodo morali vodje testiranj sprejeti določene poslovne odločitve za zagotavljanje zahtevane kakovosti izdelkov ob minimalnem vplivu na čas izdaje produkta na trg, investicijske in obratovalne stroške ter prostorske razmere za vpeljavo OTA-komor. Industrija testiranja in meritev se bo v prihodnjih letih naglo odzvala na te potrebe z mnogimi inovacijami. Testne skupine bodo morale razmisliti o prilagodljivih, softversko opredeljenih strategijah in platformah za testiranje, da bodo njihove investicije lahko obdržale korak s hitrim ciklom inovacij.
Tehnike OTA pa imajo seveda tudi svoje prednosti. OTA je edina možnost za testiranje tehnologij AiP, kjer so nizi anten zaprti v ohišju, brez neposrednega dostopa do posameznih elementov. Tudi če bi bil testnim inženirjem zagotovljen kontakt s posameznimi elementi antene za prevodne teste, bi bili postavljeni pred težavno odločitev za paralelno testiranje (več opreme in višji investicijski stroški) ali serijsko testiranje (podaljšanje časa in manjša produktivnost testiranja). Razrešiti bo treba še veliko tehničnih problemov, toda testi OTA omogočajo preizkušanje nizov anten kot sistema namesto kot množice ločenih elementov, zato obetajo večjo učinkovitost testov na sistemski ravni.
Proizvajalcem naprav za testiranje in testnim inženirjem je v preteklosti še vedno uspelo odgovoriti na izzive testiranja vse bolj zmogljive in kompleksne opreme ob hkratnih zahtevah po skrajšanju časa prihoda na trg in zmanjšanju stroškov testiranja, in to jim bo ponovno uspelo tudi pri tehnologiji 5G. Problemi testiranja tehnologij 5G so danes morda videti zelo zahtevni, toda inženirji po vsem svetu že razvijajo nove instrumente in metode za preizkušanje, kot je OTA, ki bodo potrebni za komercialni uspeh tehnologije 5G.
