一致性和验收测试使5G成为主流

2020-11-13 16:46:00
技术管理员
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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。


文本
                                                            表1 基站的传导和辐射一致性测试。
 

 

5G发射器测试
        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。

5G干扰测试  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。


 

进行的gNB接收机互调测试配置  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。


3GPP基站配置  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。


一致性测试  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 )。

                                               设备一致性协议测试
                                                      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。

                                                   设备一致性RRM测试
                                                            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

                                5G OTA测试
                                             图4
用于射频设备一致性测试的IFF OTA测试设置。

 

                                            5G OTA测试箱
                                              图5
 RRM多AoA设备一致性测试的DFF OTA测试设置。

 

                                              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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