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Superando los desafíos de pruebas 5G-NR Over-The-Air (OTA)

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La introducción de las medidas Over-The-Air (OTA) en la validación de chipsets y equipos de usuario (UE) se enfrenta a nuevos obstáculos a la hora de cumplir las regulaciones y lograr la precisión de la medición requerida. Este artículo presenta algunos de los grandes desafíos para las pruebas 5G-NR OTA, así como nuevos métodos desarrollados para superar los retos. Estas soluciones de pruebas novedosas acortan el tiempo de llegada al mercado, reducen el coste de las pruebas y proporcionan a las empresas ventajas competitivas en la nueva frontera de la tecnología inalámbrica.

Artículo escrito por Enrico Brinciotti, PhD, Field Application Engineer de Anritsu

La necesidad de pruebas OTA en 5G

5G tiene el objetivo de proporcionar una banda ancha móvil mejorada (eMBB), con velocidades de datos de hasta 20 Gbps. Para aumentar la capacidad a través de la adopción de anchos de banda adyacentes más amplios, el enfoque se ha desplazado a frecuencias más altas, denominadas ondas milimétricas (mmW). Los diseños de dispositivo optimizados para el Rango de Frecuencia 2 (FR2) son muy complejos y presentan retos, incluyendo elevada pérdida en el camino, disfunciones IQ, ruido de fase, compresión lineal/no lineal y error de frecuencia, que son más comunes con frecuencias más elevadas y anchos de banda más amplios.

Para mitigar el impacto de la pérdida en el camino en FR2 (> 60 dB), se han desarrollado las técnicas de conformación de haces (beamforming), realizadas a través de conjuntos de antenas activas (AAS) con múltiples antenas steered de fase y técnicas de señalización de alta velocidad. En AAS, los frontends de transceptor se integran con el array de antena. En otras palabras, no hay puertos de salida RF tradicionales disponibles, por lo que resulta imposible la conexión por cable. La prueba OTA se ha convertido en el caso de prueba predeterminado de 5G, al menos, para FR2. Esto afecta a los procesos de pruebas y exige el cumplimiento de los requisitos de incertidumbre de medida en un entorno OTA. Otro obstáculo importante para superar en la verificación efectiva de dispositivos es hacer frente a las especificaciones más estrictas asociadas con las métricas de pruebas clave.

Métodos de pruebas OTA

En la especificación técnica TS 38.810, 3GPP define tres métodos de pruebas OTA UE permitidos: Direct Far Field (DFF), Indirect Far Field (IFF) y NearFieldToFarField (NFTF). Determinar cuál es el mejor para una aplicación depende de varios factores, como el tamaño de la antena y la configuración de dispositivo bajo prueba (Device Under TestDUT).

Figura 1.CATR MA8172A para la prueba FR2 5G-NR OTA de UE.

DFF consiste en dimensionar la cámara para que la antena de prueba y el DUT estén a una distancia mayor de 2D2/ λ, donde D es el máximo tamaño del dispositivo y λ es la longitud de onda. Esta distancia aumenta con el tamaño de antena D y con la frecuencia. Cuando D es grande y/o la frecuencia es alta, el enfoque DFF conduce a cámaras que son demasiado grandes y prohibitivamente caras. A menudo, el dispositivo se encuentra en su propia carcasa durante la prueba y, por lo tanto, se desconoce el tamaño y/o la ubicación de la antena de DUT. En estos casos, se debe utilizar el mayor tamaño de dispositivo, lo que se traduce en cámaras muy grandes incluso para dispositivos relativamente pequeños. Aquí hay alternativas más prácticas para crear condiciones de prueba de distancia de campo lejano.

IFF permite la creación de condiciones de campo lejano en cámaras de tamaño reducido. A pesar de tener un formato más compacto y reducir las pérdidas de camino con respecto a DFF, los métodos IFF todavía ofrecen una velocidad de prueba razonable, respaldando las pruebas paramétricas de RF para caracterizar los patrones de haz y validar test de dirección de haz, EIRP/TRP y EIS testing, así como dar validez a la conformación de haces.

La principal desventaja de los métodos IFF se encuentra en la limitación a la hora de medir un ángulo de llegada (Angle of Arrival – AoA), por lo que no pueden soportar algunos casos de prueba RRM ni las pruebas de gestión de haz. La configuración IFF más común se denomina rango de prueba de antena compacta (Compact Antenna Test RangeCATR), que usa un reflector parabólico para transformar una onda esférica en una onda plana. La Figura 1 muestra el CATR MA8172A para la prueba FR2 5G-NR OTA de UE.

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