Возросшая ёмкость мобильных сетей пятого поколения (5G) требует развёртывания базовых станций с MIMO высоких порядков и мобильных устройств с поддержкой как диапазонов до 6 ГГц, так и миллиметровых диапазонов. Динамическое формирование луча диаграммы направленности и отсутствие ВЧ портов для подключения к тестируемым устройствам делает тестирование по эфиру единственным способом при развёртывании систем 5G. К счастью, решение для тестирования по эфиру, использующее программные и аппаратные преобразования ближнего поля позволяют решить эти трудности.
Авторы: Benoît Derat, Corbett Rowell, Adam Tankielun и Sebastian Schmitz
Перевод и редакция: Александр Патшин, Инженер R&S RUS
Системы связи 5G new radio (NR) увеличат ёмкость подвижной радиосвязи, используя частотный диапазон до 6 ГГц, названный 3GPP частотным диапазоном 1 (FR1), или миллиметровый диапазон частот, названный диапазоном 2 (FR2). Новые технологические подходы были выбраны отраслью и 3GPP, с прицелом на использование более широких полос при меньших эксплуатационных расходах.
В частотном диапазоне FR1 основные усилия в плане инноваций были сконцентрированы на стороне базовых станций (BS) для поддержки технологии MIMO высоких порядков. Системы 4G используют MIMO для одного единственного пользователя, где пользовательское оборудование (UE) вычисляет инверсную матрицу канала для извлечения отдельных потоков данных. Многопользовательское MIMO (MU-MIMO) в 5G переносит сложность оборудования от устройства пользователя на базовую станцию используя матрицу предварительного кодирования. Здесь каждый поток данных принимается независимо отдельными приёмниками. Формирование диаграммы направленности (ДН) решёткой с числом элементов от 64 до 512 уменьшает интерференцию от смежных пользователей в схеме MU-MIMO. В дополнении к содействию технологии MU-MIMO в увеличении ёмкости сети, формирование луча имеет другие преимущества. Её низкое энергопотребление снижает эксплуатационные затраты сети путём нацеливания на отдельные пользовательские устройства индивидуальными сигналами.
Системы связи в диапазоне частот FR2 используют широкую доступную полосу на частотах вблизи 28 ГГц и 39 ГГц. Следствие этого – потери в тракте более 60 дБ на 1 метр расстояния и большое поглощение электромагнитного поля близлежащими объектами. Как и в системах диапазрна FR1, решение состоит в том, чтобы использовать антенные решетки и управление лучом, улучшая усиление как на мобильных устройствах, так и на стороне сети
Будь то устройства диапазона FR1 или FR2, разворачивание систем основано на параметрах высоко интегрированных решений, сочетающих модем, входные тракты и антенну. Тогда задача состоит в том, чтобы определить новые методы и измерительные установки для оценки параметров, поскольку порты ВЧ-тестирования, как правило, исчезают, а технологии управления лучом требуют тестирования на уровне системы.
Качественные показатели при тестировании по эфиру
В этом контексте критерии качества приёмопередатчика и антенны должны измеряться по эфиру (OTA): EIRP, TRP, EIS, TIS, EVM, ACLR, SEM. Оценка этих показателей качества в OTA поднимает критический вопрос о необходимом расстоянии измерения.
Характеристики антенн обычно измеряются в дальней зоне (FF). Используя прямое зондирование дальнего поля и применяя критерий растояния Фраунгофера (R = 2D²/l), тестируемое MIMO устройство (DUT) размером 75 см, работающее на частоте 2,4 ГГц, следует исследовать в безэховой камере длинной по меньшей мере 9 метров. Даже смартфон размером 15 см, излучающий на частоте 43,5 ГГц, может потребовать расстояния для тестирования 6,5 метров. Это расстояние требуется для создания области, охватывающей DUT, промежуточную зону (QZ), в которой поле является более равномерным и приближается к плоской волне с отклонением фазы менее 22,5 градусов.
Теоретические исследования показывают, что реальное поведение в дальней зоне в пике диаграммы направленности может начинаться значительно ближе, чем расстояние Фраунгофера. Эти результаты, например, доказали, что эффективная изотропно излучаемая мощность (EIRP) в дальней зоне тестируемого устройства размером 15 см на частоте 24 ГГц может быть оценена на расстоянии 1,14 метра. Сокращение расстояния примерно на 70% происходит за счет увеличения продольной погрешности конусности, вызванной отклонением видимого фазового центра от центра системы координат измерения. Кроме того, уровни боковых лепестков не могут быть точно оценены на более коротких расстояниях [3].
Хотя прямые измерения в дальней зоне на более коротких расстояниях не удобны для всех применений, существует серьезный стимул делать это в проверенных условиях применения. Это связано с тем, что большие безэховые камеры ОТА имеют высокую стоимость владения и ограниченный динамический диапазон. Условия применения обычно могут быть организованы в так называемом случае «белого ящика», когда местоположение антенны в устройстве и размер ее апертуры известны.
Завтра мы расскажем о: Программное преобразование ближней зоны
Остались вопросы? Присоединяйтесь к нашим проектам: "Видео Академия R&S" и Клуб Радиоинженеров.
