Mobile-Menu

5G: Komponententests over the Air sind entscheidend

Seite: 2/2

Anbieter zum Thema

ET System electronic GmbH
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
dataTec AG
Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

Beispiele für typische OTA-Messungen

Verschiedene Nutzungsszenarien wie die Verwendung eines Mobilgeräts in Gebäuden oder im Freien, in städtischem oder ländlichem Umfeld, auf offenen Flächen oder in Wäldern, stationär oder in Bewegung und in der Nähe anderer Mobilfunkgeräte sind zwar für die Praxis relevant, lassen sich jedoch nicht für Testzwecke quantifizieren. Deshalb werden solche realen Einsatzbedingungen über verschiedene genau definierte Testszenarien simuliert, die derzeit auch für 5G-Anwendungen weiterentwickelt werden. Für Zertifizierungstests werden Prüfkammern mit vorgegebener Spezifikation eingesetzt, die genaue, wiederholbare und reproduzierbare Messungen ermöglichen.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 8 Bildern

Über OTA-Tests prüfen die Testingenieure Performance-Faktoren wie den Signalweg, den Antennengewinn und die Strahlungscharakteristik sowie die abgestrahlte Leistung und Empfindlichkeit des Prüflings gegenüber internen Komponenten sowie in Bezug auf andere Geräte. Hinzu kommen Tests zu Zuverlässigkeits- und Sicherheitsaspekten. Im Mai 2015 legte die CTIA mit dem „Test Plan for Wireless Device Over-the-Air Performance“ die Test- und Konfigurationsverfahren sowie Messmethoden für OTA-Messungen fest. Diese umfassen ausschließlich die Messung von Leistung und Performance.

Zu den wichtigsten OTA-Tests gehören aktuell die Messung der gesamten gestrahlten HF-Leistung (Total Radiated Power, TRP), der gesamten isotropen Empfängerempfindlichkeit (Total Isotropic Sensitivity, TIS; gemäß CTIA-Spezifikation), der gesamten gestrahlten Empfängerempfindlichkeit (Total Radiated Sensitivity, TRS; gemäß 3GPP-Spezifikation), der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (Equivalent Isotropically Radiated Power, EIRP) und der gestrahlten Empfängerempfindlichkeit auf Zwischenkanäle (Radiated Sensitivity on Intermediate Channels, RSIC) eines Geräts. Die TRP ist ein Indikator für die Sender-Performance, während TIS und TRS den Empfänger betreffen.

Weitere Messungen werden durchgeführt, um die Strahlungscharakteristik und Effizienz der Antenne zu bestimmen. Mit Hilfe von Koexistenzmessungen wird der Empfindlichkeitsverlust bei parallelem Betrieb mehrerer Mobilfunktechnologien bewertet. Werden OTA-Tests während der Entwicklung eines Geräts durchgeführt, können Entwickler die dabei festgestellten Problempunkte frühzeitig lösen und so die Geräte-Performance kontinuierlich optimieren.

Was bei Messungen von 5G-OTA zu beachten ist

Der Aufbau eines OTA-Testsystems und die Durchführung der Messungen sind mit verschiedenen Herausforderungen verbunden. Einiges davon betrifft das Antennensystem. So müssen im Kontext der 5G-Einführung ein geeigneter Messaufbau und die richtige Positionierung der 3D-Antennen zum Testen der beweglichen Strahlen unter Berücksichtigung von Störsignalen und Streuung bestimmt werden. Dazu ist eine neue Messdimension – Raum bzw. Leistung versus Abstrahlrichtung – notwendig. Die Geräte müssen insbesondere auch dem blockierenden Effekt des menschlichen Körpers auf das Strahlungsmuster Rechnung tragen. Dazu werden bei den OTA-Tests Phantome eingesetzt (Bild 7).

OTA-Tests zur Bestimmung des dreidimensionalen Antennendiagramms können entweder im Nahfeld oder im Fernfeld durchgeführt werden. Messungen im Nahfeld haben den Vorteil, dass kleinere Absorberkammern verwendet werden können. Sie erfordern allerdings einen Messaufbau, mit dem sowohl die Phase als auch die Amplitude mit hoher Ortsgenauigkeit messbar sind, und machen eine Nachbearbeitung, die sogenannte Nahfeld-Fernfeld-Transformation, notwendig (Bild 8).

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass jeder einzelne Transceiver im aktiven Antennensystem über eine OTA-Schnittstelle charakterisiert werden muss. Dabei sind Messungen sowohl für den Sender als auch den Empfänger durchzuführen. Für eine individuelle Verifizierung muss jeder Transceiver eingeschaltet werden und für eine gemeinsame Beurteilung eine Gruppe von Transceivern.

Dynamische Strahlmesssysteme notwendig

Eine dritte Herausforderung betrifft das Beamforming, das bei 5G eine wichtige Rolle spielt. Aufgrund der hohen Funkfelddämpfung und begrenzten Reichweite eines Millimeterwellen-Funksystems ist es entscheidend, dass die Geräte den Sendestrahl präzise erzeugen, ihn schnell erfassen und nachführen können. Für die bestehenden zellularen Technologien reicht eine statische Strahlmustercharakterisierung aus, doch bei den künftigen Millimeterwellensystemen sind dynamische Strahlmesssysteme notwendig, um die Algorithmen für Strahlnachführung und Strahlschwenkung exakt zu charakterisieren.

Eine Reihe ganz spezieller Herausforderungen betreffen die Prüfungen der Geräte auf HF-Konformität. Heute werden zu diesem Zweck gut charakterisierte kabelbasierte Testportverbindungen verwendet, die wiederholbare Messungen ermöglichen. Da 5G-Geräte über keine HF-Testports mit Steckverbinder verfügen, müssen der entsprechende Messaufbau und die notwendige Kalibrierung für eine OTA-Umgebung definiert werden.

Tests in der Fertigung

Ein ähnliches Problem entsteht bei der Fertigung. Für alle funkenden Geräte sind Strahlungsmessungen verpflichtend. Angesichts extrem hoher Produktionsgeschwindigkeiten müssen die OTA-Testsysteme flexibel sein und sich schnell an die Testanforderungen zukünftiger und noch unvorhersehbarer Geräte anpassen lassen, ohne dass dabei Kompromisse bei Qualität oder Gründlichkeit der Testverfahren eingegangen werden. Zu den Produktionstests gehören Funktionstests der komplett montierten Einheit sowie die Kalibrierung des Antennensystems. Diese gewährleistet, dass die Fehlanpassung zwischen den HF-Signalwegen unterhalb eines bestimmten Grenzwerts bleibt.

Die Auswahl eines OTA-Testsystems

Bei der Auswahl eines OTA-Performance-Testsystems sind Flexibilität und Skalierbarkeit die wichtigsten Kriterien, damit es für diverse Frequenzbereiche, Gerätegrößen und Nutzungsmuster verwendbar ist. Ein OTA-Testsystem kann eine Zusammenstellung von einzelnen Komponenten sein, die der Anwender selbst montiert und integriert. Sinnvoller ist aber ein schlüsselfertiges System. Angesichts der Komplexität der Systeme und der notwendigen Integration vieler unterschiedlicher Komponenten ist der Erwerb eines schlüsselfertigen Systems der schnellste Weg zum Erfolg. Zum einen sind die Komponenten aufeinander abgestimmt. Und zum anderen kann der Anbieter des OTA-Testsystems bei der Auswahl der benötigten Funktionen behilflich sein, Zusatzfunktionen für spezielle Kundenanforderungen vorschlagen und alle Phasen von der Installation bis zur Nutzung begleiten.

Mit 5G werden für OTA-Tests neue Verfahren aufkommen. Die Ausrüstung muss für die künftigen Mobilfunkgerätedesigns anpassbar sein, die noch lange nicht feststehen. Um hier die neuesten Trends und übergeordneten Marktanforderungen im Blick zu behalten, sollte der Anbieter des OTA-Testsystems im engen Kontakt mit den Geräte- und Komponentenherstellern sein und sich in den relevanten Standardisierungsgremien und Workshops engagieren.

Das bietet Rohde & Schwarz für OTA-Tests

Rohde & Schwarz bietet mit Performance Test System für OTA R&S TS8991 ein Mobilfunktestsystem aus einer Hand an, das den Anforderungen der Zertifizierungstests von Industrie und Regulierungsbehörden gerecht wird. Es umfasst eine Absorberkammer, die Positionierungsausrüstung, Testgeräte und eine automatisierte Messsoftware. Es ist mit den Testplänen der CTIA, der CTIA & Wi-FI Alliance sowie 3GPP-konform. Das Testsystem ist in verschiedenen Größen erhältlich. Zudem ermöglicht der modulare Aufbau kundenspezifische Konfigurationen. Die Systeme lassen sich im Hinblick auf Größe, Funktionsumfang, Frequenzbereich und mögliche Anwendungen auf individuelle Kundenanforderungen zuschneiden. Erste Versionen für 5G-Testanwendungen sind bereits installiert.

* Christoph Pointner leitet das Fachgebiet Signalgeneratoren, Audioanalysatoren und Leistungsmesser bei Rohde & Schwarz in München.

(ID:45256181)

Weiterführende Inhalte