Tests 5G : Un nouveau paradigme pour la fiabilité et la performance

Charles Schroeder, Business and Technology Fellow chez National Instruments, explique que la 5G révolutionnera tout, de la communication enterprise aux véhicules autonomes. Pour délivrer la vitesse promise, l'ultra-faible latence et la connectivité massive, les appareils 5G sont inhérents plus complexes que les générations précédentes, demandant une méthodologie de test fondamentalement différente.

Historiquement, les ingénieurs de test s'appuyaient sur une suite bien établie de mesures et méthodes hardware-câble pour valider les semi-conducteurs RF, stations de base et handsets mobiles à l'échelle. Avec le spectre étendu de la 5G, le beamforming sophistiqué et les arrays d'antennes denses, ces techniques legacy ne suffisent plus. Les tests over-the-air (OTA) doivent maintenant remplacer les approches câblées pour évaluer accuratement la performance 5G dans des conditions d'opération réalistes.

Pour rencontrer l'objectif 5G de 10 Gbps par utilisateur, le standard introduit le Multi-User MIMO (MU-MIMO) et s'étend dans les bandes centimétriques et millimétriques (mmWave). Le MU-MIMO permet à multiples utilisateurs de partager une seule bande de fréquence via beamforming, tandis que les fréquences mmWave fournissent la bande passante nécessaire pour les hauts débits. Cependant, les signaux mmWave s'atténuent plus vite, donc les arrays d'antennes et le beamforming avancé sont essentiels pour étendre la portée et la puissance.

Implémenter ces technologies requiert bien plus d'éléments d'antenne que les générations précédentes. Aux fréquences mmWave, les antennes elles-mêmes sont minuscules, permettant leur intégration dans les appareils mobiles via des solutions « antenna-in-package » (AiP). Si l'AiP offre des économies d'espace, il élimine aussi les points de test directs, faisant du test OTA la seule option viable.

Comment l'OTA adresse les défis émergents

Pour les ingénieurs de test, la hausse de fréquence, le nouveau packaging et la densité d'antennes introduit plusieurs obstacles. Le test OTA introduit une incertitude de mesure additionnelle depuis la calibration d'antenne, tolérances de fixture et réflexions de signal. Les ingénieurs doivent maintenant incorporer des procédures de chambre anéchoïque, caractérisation de beam, calculs optimal code-book et profilage de paramètres d'antenne dans les plans de test.

De plus, les bandes passantes RF toujours plus larges augmentent la charge computationnelle pour la calibration et la mesure, allongeant les temps de test. Les managers de test doivent balancer ces demandes techniques contre les coûts capitaux, dépenses opérationnelles, time-to-market et l'empreinte physique requise pour les chambres OTA.

Malgré ces défis, le test OTA apporte des avantages uniques. C'est la seule méthode capable de sonder les arrays d'antennes AiP-based qui ne peuvent être accédés via câbles. L'OTA permet l'évaluation system-level de l'array entier, potentiellement débloquant un throughput et une efficacité plus hauts comparé aux tests série ou parallèles d'éléments individuels.

Les experts de l'industrie ont répétitivement démontré que des frameworks de test robustes peuvent suivre le rythme de la technologie avançant tout en contrôlant coût et schedule. Avec l'innovation continue en instruments et méthodologies de test — particulièrement les solutions OTA — les ingénieurs worldwide sont bien positionnés pour assurer le succès commercial de la 5G.

L'auteur est Charles Schroeder, Business and Technology Fellow, National Instruments