5G Testing: Neues Paradigma für Reliability und Performance

Charles Schroeder, Business and Technology Fellow bei National Instruments, erklärt, dass 5G alles revolutionieren wird – von Enterprise Communication bis Autonomous Vehicles. Um promised Speed, Ultra-Low Latency und Massive Connectivity zu liefern, sind 5G Devices inherent komplexer als vorherige Generationen und verlangen eine fundamental andere Testing Methodology.

Historisch vertrauten Testingenieure auf eine etablierte Suite von Measurements und Hardware-Kabel-Methoden, um RF Semiconductors, Base Stations und Mobile Handsets at Scale zu validieren. Mit 5Gs erweitertem Spektrum, sophistiziertem Beamforming und dichten Antennen-Arrays reichen diese Legacy-Techniken nicht mehr. Over-the-Air (OTA) Testing muss nun kabelbasierte Ansätze ersetzen, um 5G Performance in realistischen Operating Conditions akkurat zu assessen.

Um das 5G Ziel von 10 Gbps pro User zu treffen, führt der Standard Multi-User MIMO (MU-MIMO) ein und expandiert in Zentimeter- und Millimeterwellen (mmWave) Bänder. MU-MIMO ermöglicht mehreren Usern, ein einzelnes Frequenzband via Beamforming zu teilen, während mmWave Frequenzen die für hohe Datenraten nötige Bandbreite liefern. Allerdings attenuieren mmWave Signale schneller, weshalb Antennen-Arrays und advanced Beamforming essenziell sind, um Range und Power zu extendieren.

Implementation dieser Technologien erfordert weit mehr Antennen-Elemente als frühere Generationen. Bei mmWave Frequenzen sind die Antennen selbst winzig, was Integration in Mobile Devices via „Antenna-in-Package“ (AiP) Lösungen erlaubt. Während AiP Platz spart, eliminiert es auch direkte Testpunkte, was OTA Testing zur einzigen viable Option macht.

Wie OTA Emerging Challenges adressiert

Für Testingenieure führen der Frequenzanstieg, neue Packaging und Antennendichte zu mehreren Hürden. OTA Testing führt zusätzliche Measurement Uncertainty durch Antennenkalibrierung, Fixture Toleranzen und Signalreflexionen ein. Ingenieure müssen nun Anechoic Chamber Procedures, Beam Characterisierung, optimale Codebook-Berechnungen und Antennenparameter-Profiling in Testpläne incorporieren.

Zudem erhöhen die ever-wider RF Bandbreiten die Computational Load für Kalibrierung und Messung, extendierend Testzeiten. Test Manager müssen diese technischen Demands gegen Capital Costs, Operating Expenses, Time-to-Market und physischen Footprint für OTA Chambers balancieren.

Trotz dieser Challenges bringt OTA Testing einzigartige Vorteile. Es ist die einzige Methode, fähig AiP-basierte Antennen-Arrays zu proben, die nicht via Kabel zugänglich sind. OTA ermöglicht System-Level Evaluation des gesamten Arrays, potenziell unlocking höheren Throughput und Effizienz im Vergleich zu seriellen oder parallelen Individual-Element Tests.

Industrie-Experten haben wiederholt demonstriert, dass robuste Testing Frameworks mit advancing Technology Schritt halten können, während Cost und Schedule kontrolliert werden. Mit ongoing Innovation in Test Instruments und Methodologien – besonders OTA Solutions – sind Ingenieure weltweit gut positioniert, um 5Gs kommerziellen Erfolg zu sichern.

Autor: Charles Schroeder, Business and Technology Fellow, National Instruments