Современная электроника №1/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 Производство оборудования 5G: решение проблем тестирования базовых станций Технологии 5G стремительно развиваются. В 2018 году были представлены первые чипсеты, а в этом году уже отмечено первое коммерческое внедрение базовых станций (gNB) и появление абонентских устройств. Новая технология охватила всю экосистему мобильной связи: от производства чипсетов и абонентских устройств до производителей сетевого оборудования и операторов связи. Но прежде чем операторы начнут получать прибыль от 5G, промышленность должна справиться с тем, что, вероятно, является самой большой проблемой этой технологии – с производственным тестированием. Джесси Кавазос (Keysight Technologies, Inc.) Технология 5G буквально взорвала всю отрасль беспроводной связи – от научных исследований до практиче- ского применения – экспоненциаль- ным ростом сложности. По большей части это было обусловлено приме- нением таких технологий, как сверх- большие системы MIMO (несколько входов и несколько выходов) и фор- мирование диаграммы направленно- сти, а также сдвигом рабочих частот в область миллиметрового диапазо- на. Однако производство является именно тем этапом жизненного цик- ла продукта, где теория проверяется практикой. Для того чтобы техноло- гия 5G достигла успеха, производи- тели сетевого оборудования должны найти способы недорогого тестиро- вания своей продукции, обеспечить высокое качество изделий при сокра- щении сроков производства и сохра- нить гибкость, позволяющую работать с сигналами с неравномерным уров- нем, соблюдать новые требования к каналу связи и новым частотным диа- пазонам. Эти три фактора – рост слож- ности устройств, поиск радикальных способов снижения стоимости испы- таний и ускорение продвижения това- ра на рынок – находятся в полном про- тиворечии. Самой большой производ- ственной проблемой производителей сетевого оборудования является одно- временное преодоление этих препят- ствий на пути к победе в гонке 5G. С появлением сверхбольших систем MIMO число каналов выросло до 16, 32, 64 и даже до 128, что значительно увеличило время тестирования и, как следствие, стоимость. Производите- ли сетевого оборудования вынужде- ны существенно повышать скорость тестирования, одновременно не допу- ская разрастания производственных площадей и обеспечивая масштаби- рование производственных испыта- ний. В то же время частоты миллиметро- вого диапазона порождают проблемы энергетического баланса линий свя- зи из-за больших потерь мощности на этих частотах и в связи с необхо- димостью тестирования по радиоэфи- ру, поскольку антенны подключаются непосредственно к ИС приёмопередат- чика без промежуточного кабеля. Всё это приводит к сужению динамиче- ского диапазона. Выполнение точных измерений становится очень трудным. Для производителей сетевого оборудо- вания жизненно важно снизить стои- мость изготовления базовых станций, в то время как перечисленные пробле- мы требуют применения дополнитель- ного оборудования, такого как каме- ры для тестирования по радиоэфиру и измерительные приборы с макси- мальными техническими характери- стиками. П РАКТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ПО РАДИОЭФИРУ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ С появлением 5G и требований к уве- личению полосы пропускания кана- лов производители сетевого обору- дования были вынуждены покинуть привычный, но, увы, перегруженный спектр ниже 6 ГГц и перейти в свобод- ные диапазоны более сложного мил- лиметрового спектра. Частоты ниже 6 ГГц, названные в стандарте 5G New Radio (5G NR) частотным диапазоном 1 (FR1), разительно отличаются от печально известного миллиметрово- го диапазона 2 (FR2), простирающе- гося от 24,25 до 52,6 ГГц. Менее загруженный, по сравнению с частотами ниже 6 ГГц, миллиметро- вый диапазон позволяет достичь нуж- ных пользователям скоростей переда- чи данных за счёт расширения поло- сы канала, поскольку этот диапазон практически не используется други- ми приложениями. И хотя этот аспект очень привлекателен, о характеристи- ках распространения миллиметровых волн этого не скажешь. В связи с боль- шей дифракцией, глубиной проник- новения и потерями в атмосфере этим частотам свойственно высокое затуха- ние, что снижает дальность передачи радиосигналов. Это вынуждает приме- нять фазированные антенные решётки и исключает возможность реализации контрольных точек для подключения пробников. В результате технологии 5G привели к резкому переходу от контакт- ных замеров к измерениям через эфир (известным также как тестирование по радиоэфиру). В схемах тестирования по радиоэ- фиру дополнительное затухание на пути от тестируемого устройства (ТУ) до измерительного прибора снижает отношение сигнала к шуму (С/Ш), что ухудшает такие параметры, как модуль вектора ошибки (EVM) и относитель- ный уровень мощности в соседнем канале (ACPR). Значение ACPR играет критически важную роль в миними- зации помех, гарантируя, что излуче- ние устройства не выходит за пределы назначенного ему канала. Для компенсации потерь в миллиме- тровом диапазоне инженеры-исследо- ватели могут использовать высокока- чественные СВЧ-приборы. В произ- водственных условиях применение таких приборов может оказаться нео- правданным и привести к значитель- ному росту стоимости тестирования. Вероятно, вместо этого лучше приме- нить узкополосное решение, объединя- ющее приборы более низкого частот- ного диапазона с внешним миллиме- тровым трансивером и позволяющее