一致性和验收测试使5G成为主流

2020-11-13 17:45:00
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移动网络运营商(MNO)正在启动商用5G网络。 他们需要基站和设备来向消费者交付5G的承诺。 将5G基站和设备推向市场需要进行一致性测试,以确保符合标准和设备之间的互操作性。

5G增加了新的工作频段和更复杂的网络架构,从而增加了测试过程的复杂性; 一致性测试的标准尚未完成。 这是5G一致性和设备验收测试要求的概述,其中包括网络设备和设备测试工程师经过此过程的关键注意事项。

5G NR一致性测试
第三代项目合作伙伴(3GPP)是商业移动通信的事实上的标准机构。 无线电接入网络(RAN)技术规范组定义了设备和基站的一致性测试。 该小组由几个编号为5G规范的工作组组成。

他们产生的文件 可在线获得 RAN4和RAN5工作组专注于一致性测试。 TS  38系列中的 TS 38.101 – TS 38.173(+38.307) 涵盖了无线电性能和协议方面。 TS 38.508 – TS 38.533提供了移动终端一致性测试的要求。

一旦将芯片组和组件组装到诸如5G上下文中的移动设备和基站-gNB之类的系统中,就会进行一致性测试。 移动网络运营商可能还需要进行补充测试,称为运营商接受测试,以确保设备能够满足移动运营商的特定网络需求。 由于不同国家/地区的频谱可用性不同,因此这就形成了一个复杂的一致性测试环境。

对于任何蜂窝技术,一致性测试都是一个挑战。 但是,与前几代产品相比,5G将设备工作流程这一部分的复杂性提高了几个步骤。 增加的复杂性来自于新的操作频段以及对非独立(NSA)网络操作的需求。 5G新无线电(NR)标准将商用移动通信的频率从3 GHz扩展到7.125 GHz,带来了包括链路预算约束在内的重大挑战。 它还引入了毫米波(mmWave)频谱中的新频段。 毫米波频段代表了商业蜂窝技术的未知领域。 新频段为基站和设备带来了新的规范和一致性测试,并增加了 载波聚合的 复杂性 一致性测试的发展也在继续。 尽管版本15是“完整的”,但RAN4和RAN5工作组仍在进行中,以阐明如何执行测试和最终确定性能要求。 此外,将来的版本将带来补充的一致性测试。

5G基站的
一致性测试分为以下几章:第6章处理发射机特性,第7章介绍接收机特性,第8章重点介绍与物理信道管理相关的性能要求。

测试gNB发射机
表1 显示了第6章涵盖的发射功率,包括总辐射功率(TRP)和有效各向同性辐射功率(EIRP),信号质量,无用发射和互调。 下面提供了发射机一致性测试的配置示例。

图1 提供了一个针对基站发射机的时间对准误差测试的示例。 此设置使用信号分析仪验证两个天线端口之间的时间对准。


表1 基站的传导和辐射一致性测试。

图1 进行的gNB发送器时间对准误差测试配置。

图2 显示了带有干扰信号的配置,以确保互调失真低于规范要求。 现实世界中许多潜在的干扰信号都可能导致基站的发射机行为异常。 该测试验证了基站设计一旦部署在网络中,将能够承受这种干扰。

  图2 进行的gNB发送器互调配置。


测试gNB接收器

对于接收机特性(第7章),测试涵盖动态范围,相邻信道泄漏比(ACLR)和灵敏度以及其他参数。 图3 显示了用于互调测试的配置。 此测试设置可验证基站接收器是否可以区分所需信号和有害信号,并拒绝可能影响传输的信号。

图3 进行的gNB接收机互调测试配置。

测试gNB物理通道
第8章介绍了性能测试。 这些测试通过关注物理通信信道来评估基站作为网络元素的性能。 它们有助于确定系统对物理信道(物理上行链路共享信道,控制信道和随机接入信道)的管理程度,以确保基站按预期管理物理层的性质。

不同的基站,不同的测试方法
除了不同类型的一致性测试之外,区分基站架构对于gNB一致性测试也是必不可少的。 这会影响执行一致性测试的方式。

基站变得越来越集成。 1-O和2-O型基站架构(例如在小型小区中使用的架构)限制了对天线端口的访问。 这些架构使得在低频和毫米波频率下都无法进行连接的测量。 他们需要辐射测试方法。 1-H基站虽然集成程度不高,但也需要进行一些空中测量。 表2 提供了3GPP指定的四种基站配置的测试方法。

  表2   3GPP基站配置和相关测试方法

5G设备的
一致性测试与基站相比, 设备的 一致性测试更为广泛。 首先,除了3GPP之外,还有更多的认证机构参与其中,包括 全球认证论坛 (GCF)和PCS类型认证审查委员会(PTCRB)。 GCF管理除北美以外所有地区的一致性测试的认证和确认过程。 PTCRB 是蜂窝电信和互联网协会(CTIA)的一部分,负责北美地区的这一流程。 这些组织采用3GPP规范并将其精简为基本而实用的测试套件。 他们还管理测试用例的验证和执行测试服务的测试实验室的认证。

设备一致性过程涉及由这些实体认证的测试机构,它们按照标准和经过验证的测试用例执行测试。 这些机构必须针对相关地理区域验证所有测试设备和测试用例,以便对5G设备进行一致性测试。 一致性测试既昂贵又费时。 如果设备未通过测试,则很可能会错过市场窗口。除了一致性测试之外,许多MNO还需要补充测试,以确保设备不会破坏其网络并提供高用户体验。 这些测试称为运营商验收测试,并因网络运营商而异。 今年,包括AT&T和NTT DoCoMo在内的多家运营商已经发布了他们的5G接受计划。

RF设备一致性测试设备的一致性测试
涵盖了RF,协议以及两者之间的交互性测试-无线电资源管理(RRM)。 射频测试涵盖了设备射频子系统的基本物理原理。 这些测试 表3 包括发射机特性,例如发射功率,信号质量和频谱发射,以确保设备产生足够的功率,成为一个良好的邻居并提供良好的传输链路。 接收器测试可确保设备抑制不想要的信号并评估整个系统的灵敏度。 设备一致性测试还包括互操作和性能测试,这些测试评估物理通道行为,但不评估虚拟或逻辑通道。


表3 无线电传输和接收的设备一致性测试。

协议设备一致性测试
协议一致性测试可检查第2层和第3层的系统操作。这些测试可验证消息传递和计时以及其他方面 表4 )。

表4 设备一致性协议测试

RRM设备一致性测试
RRM测试 表5 与诸如切换之类的活动有关。 这些测试对于5G在波束管理中将波束从一个天线切换到另一个天线而言尤其重要。 5G通过5G与传统无线电接入网络之间的双重连接以及独立选项2显着提高了RRM的复杂性。RRM测试可确保告知无线电操作方法,并在管理无线电资源时完成任务

表5 设备一致性RRM测试

一致性测试环境
5G的 OTA注意事项 代表了带有空中(OTA)测试的商业移动通信的范式转变。 该声明对于一致性测试尤其如此。 几乎所有针对前几代设备的一致性测试都是使用电流连接进行的。 现在,必须在OTA测试设置中管理所有mmWave一致性测试。 在通信系统中放置测试点过去很容易。 由于高度集成,情况已不再如此。 对于许多gNB和5G设备,不可能进行电缆测试。 必须 使用天线 消声室内 扩展校准平面

在基站前端,只能使用OTA方法在辐射接口边界(RIB)上测试1-O和2-O型基站。 它们的集成限制了对天线端口和连接的测量的访问。 与通过电缆进行测试相比,通过空中进行测试要更加费力,因为它更加复杂。 测试在消声室内进行。 该测试环境会影响准确性和功率水平。

对于设备,还有其他注意事项。 一个关键方面是测试类型,因为它会影响OTA方法的选择。 根据一致性测试的类型,需要使用不同类型的腔室。 例如:

  • RF测试需要间接远场(IFF)方法 图4 )。
  • 针对多个到达角(AoA)的RRM测试需要具有多个探头天线的直接远场(DFF)方法 图5 )。
  • 使用单个AoA进行协议测试也需要DFF方法 图6 )。

DFF OTA测试方法提供了被测设备与探头天线之间的直接链接。 IFF方法使用探针天线与设备之间的抛物线反射器进行物理转换,从而提供较短的路径长度。 您可以在 5G OTA测试中查看5G OTA测试的关键概念和定义:关键概念和定义

图4 用于射频设备一致性测试的IFF OTA测试设置。

图5   RRM多AoA设备一致性测试的DFF OTA测试设置。

 

图6 用于协议单AoA设备一致性测试的DFF OTA测试设置。

使5G成为主流

自2012年开始研究以来,5G技术已经走了很长一段路。该技术已进入其生命周期的关键阶段。 特定地区的消费者正在体验5G。 2020年将启动40多个网络。版本15将于2019年中期完成。 尽管许多一致性测试正在最终确定中,并且该标准的未来版本中将出现新的一致性测试,但3GPP已在5G方面完成了重要的工作-足以使工作顺利进行。
5G主流迫在眉睫。 业界的重点已经转移到一致性和验收测试上。 这些测试对于扩展5G是必不可少的,也是必不可少的。 他们还提出了重大的技术和业务挑战。

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