5G-testen: Een nieuw paradigma voor betrouwbaarheid en prestaties

Charles Schroeder, Business and Technology Fellow bij National Instruments, legt uit dat 5G alles zal revolutioneren van enterprise-communicatie tot autonome voertuigen. Om de beloofde snelheid, ultra-lage latentie en massive connectiviteit te leveren, zijn 5G-apparaten inherent complexer dan eerdere generaties, wat een fundamenteel andere testmethodologie vereist.

Historisch vertrouwden testingenieurs op een welgevestigde suite van metingen en hardware-kabelmethoden om RF-semiconductors, basestations en mobiele handsets op schaal te valideren. Met 5G's uitgebreide spectrum, gesofisticeerde beamforming en dichte antenne-arrays, volstaan die legacy-technieken niet meer. Over-the-air (OTA) testen moet nu kabelbenaderingen vervangen om 5G-prestaties in realistische operatieve omstandigheden accurate te beoordelen.

Om het 5G-doel van 10 Gbps per gebruiker te halen, introduceert de standaard Multi-User MIMO (MU-MIMO) en breidt uit in centimeter- en millimeter-golf (mmWave) banden. MU-MIMO stelt meerdere gebruikers in staat een enkel frequentieband te delen via beamforming, terwijl mmWave-frequenties de bandbreedte leveren die nodig is voor hoge data rates. Echter, mmWave-signalen dempen sneller, dus antenne-arrays en geavanceerde beamforming zijn essentieel om bereik en vermogen te verlengen.

Het implementeren van deze technologieën vereist veel meer antenne-elementen dan eerdere generaties. Op mmWave-frequenties zijn de antennes zelf minuscuul, wat hen in staat stelt geïntegreerd te worden in mobiele apparaten via "antenna-in-package" (AiP) oplossingen. Terwijl AiP ruimtebesparing biedt, elimineert het ook directe testpunten, wat OTA-testen de enige levensvatbare optie maakt.

Hoe OTA opkomende uitdagingen aanpakt

Voor testingenieurs introduceert de stijging in frequentie, nieuwe verpakking en antennedichtheid diverse hurdles. OTA-testen introduceert additionele meetonzekerheid van antennekalibratie, fixture-toleranties en signaalreflecties. Ingenieurs moeten nu anechoic chamber procedures, beam-karakterisering, optimale codebook-berekeningen en antenneparameter-profilering in testplannen incorporeren.

Bovendien verhogen de steeds wijder wordende RF-bandbreedtes de computationele last voor kalibratie en meting, wat testtijden verlengt. Testmanagers moeten deze technische eisen balanceren tegen kapitaalkosten, operationele uitgaven, time-to-market en de fysieke voetafdruk vereist voor OTA-kamers.

Ondanks deze uitdagingen, brengt OTA-testen unieke voordelen. Het is de enigste methode capabel van het onderzoeken van AiP-gebaseerde antenne-arrays die niet via kabels benaderd kunnen worden. OTA stelt systeem-niveau evaluatie van de gehele array in staat, wat potentieel hogere doorvoer en efficiëntie ontgrendelt vergeleken met seriële of parallele individuele-element tests.

Industrie-experts hebben herhaaldelijk gedemonstreerd dat robuuste testframeworks tempo kunnen houden met vooruitgaande technologie terwijl kosten en schema beheerst blijven. Met lopende innovatie in testinstrumenten en methodologieën – met name OTA-oplossingen – zijn ingenieurs wereldwijd goed gepositioneerd om 5G's commercieel succes te waarborgen.

De auteur is Charles Schroeder, Business and Technology Fellow, National Instruments