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5G商用在即 测试还需克服三大挑战
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日期:2017-12-11 10:33:07来源:飞象网 点击:514
核心提示:在今年年初3GPP宣布,将于2017年12月左右发布第一代5G新无线电(NR)标准,就在上周3GPP Rel.15作为5G的第一个版本正式冻结,也就是NSA(非独立组网)核心标准已冻结。随着行业继续向着5G进发,测试公司也将在5G版图上受益。当然,对于正在开发下一代无线网络系统的工程师来说,这带来了许多挑战,其中最困...

在今年年初3GPP宣布,将于2017年12月左右发布第一代5G新无线电(NR)标准,就在上周3GPP Rel.15作为5G的第一个版本正式冻结,也就是NSA(非独立组网)核心标准已冻结。

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随着行业继续向着5G进发,测试公司也将在5G版图上受益。

当然,对于正在开发下一代无线网络系统的工程师来说,这带来了许多挑战,其中最困难的障碍是:标准的演变、毫米波(mmWave)的采用以及控制测试的成本。

标准演变

当3G转向4G时,由于频率覆盖、传播和许多其他参数的相似性,转换更顺畅。但5G并非完全如此。

虽然LTE技术将在许多5G应用中得到利用,但毫米波频率将用于适应预期的高带宽服务。值得注意的是,在28 GHz、37 GHz和39 GHz之间,可用带宽为3.85 GHz,是FCC授权频谱的六倍。

在2017年12月3GPP标准中概述的初始规范将集中在非独立(NSA)模式。NSA将利用现有的LTE无线电和演进分组核心网络作为移动性管理和覆盖的基础。它还将增加一个新的无线接入运营商,以支持某些用例,即固定无线宽带。

早期的5G部署将具有双重连接性,使网络能够在设备和无线电接入中提供多标准和多频段支持:核心移动设备行动,如调度和切换将使用LTE信道进行,以利用其更广泛的覆盖范围;mmWave将作为数据管道,因为它为高带宽服务提供了更快的吞吐量。

5G模式是独立的(SA)。顾名思义,这个版本可以部署在新建的地区,不会依赖现有的LTE元素。3GPP规范的第一个版本预计不会解决SA问题,而是让工程师们推测这种模式的条件。更复杂的是,未来几年内美国国家安全局的规范将会被修订。

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工程师没有坚定的指导方针来开发产品。为了解决这个问题,测试制造商必须与芯片组供应商和运营商合作,制定关于5G的共同假设,并提倡将其纳入标准。将这些讨论与参与3GPP标准开发会议相结合,已经导致了这些规范将在短期和长期内可能达成的共识?;谒姓庑┬畔?,已经建立了指导方针,帮助测试供应商开发解决方案,使工程师能够开发出能够帮助加速设计过程的精确模型。

毫米波的挑战

尽管LTE将成为5G不可分割的一部分,但由于其吞吐量优势,毫米波将扮演重要角色。预计毫米波波段中的聚合信道带宽为1GHz或更高,明显比LTE提供的20MHz宽。

与传输更多数据的能力有一些权衡。高频率导致波长更短。在毫米波的情况下,范围是1毫米到10毫米。由于高频容易受到气体、雨水、湿度吸收和树叶的影响,信号能量也可以轻易地减少。因此,毫米波只能传输短距离,并需要视线(LoS)传播。

为了补偿非视距(NLoS)环境中有限的传输距离和操作,智能波束成形和波束追踪将被整合到5G传输中。

报告:5G测试需要克服三个挑战

图1.波束形成将数据传输到特定设备

如图1所示,波束成形是一种交通信号系统,可识别给用户的最有效的数据传输路线,并减少对过程中附近人员的干扰。波束形成是帮助大规模MIMO阵列更有效利用附近频谱的有效技术。

因此,波束形成和其他毫米波应用产生了测试挑战,因为工程师必须在主动波束形成环境中对设备和天线进行静态测试。工程师必须知道需要多少点才能获得准确的测量结果,但是测试效率并不高,成本太高。

还有,毫米波器件最重要的测试之一就是传播损耗。如前所述,高频信号功率可能因环境条件而降低。在28 GHz时,损耗比LTE频率高大约40 dB。如果考虑到每3 dB的损耗就将总功率降低一半这一事实,这一点相当重要。

另外,5G移动设备设计使传播损失问题变得更加复杂。目前,工程师通过EVM、占用带宽、频谱发射掩模、泄漏和邻道漏电比(ACLR)等一系列测试验证了收发器的性能。为了测试集成在电路板上或外壳内的天线,采用了空中(OTA)测量,包括功率和灵敏度?;菇辛薕TA测试,以确保移动设备按照真实世界环境中的规范执行。

但测试与下一代移动设备有所不同。虽然目前的移动终端有几个内置的天线,5G的天线数量将明显增加。此外,天线阵列嵌入在5G移动设备的芯片中,使工程师验证其性能显得更具挑战性,例如:为每个天线实施测量连接器会导致移动终端尺寸的问题,并且与成本降低趋势相矛盾。

当然,在毫米波设计上进行OTA测试会带来成本上的损失。传统上,在执行OTA测量时使用两个测试室(混响室和更昂贵的消声室)。研究表明:通过远场实现更好的结果毫米波设计的测量(FFM)。以此为基础,在支持28 GHz的设备上,OTA测量必须采用1.5 m到2 m,这将需要大量投资,因为测试室将比目前用于LTE的测试室大得多。

测试成本

控制成本将在5G的成功中扮演关键角色。如果没有令人信服的商业案例来部署5G服务,则技术可能无法按预期展开。

为了控制测试成本,工程师必须决定在OTA室中需要进行哪些测试。芯片组、设备和运营商都必须就某些性能参数达成可接受的误差范围,以消除对某些OTA测试的需求。例如:将会有相当数量的协议测试需要执行。由于验证协议栈不需要RF测量,所以协议测试可以在没有腔室的情况下完成。

第二,是开发FFM对话或反射参数。使用这种方法,工程师可以进行近场测量(NFM)并使用行业认可的技术将其转换为FFM。表1比较了FFM和NFM。

报告:5G测试需要克服三个挑战

表1.近场测量和远场测量的比较

在NFM应用中,可以使用紧凑的毫米波测量仪器,并且可以使用房间中的简单无线电消声器来测量辐射图。这种方法消除了与使用大型无线电消声室的测量系统相关的高成本和长的配置时间。

从更广泛的测试意义上讲,通过设计测试解决方案可以保持经济效率。强大的集成平台能够根据需求扩展高效地添加功能,从而提高投资回报率。它还将简化添加测试案例,以处理标准的新版本。与5G一样,该版本将在2017年12月前后继续发展。


出处:飞象网
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