Geleneksel olarak baz istasyonları, performansları anten arayüzünde iletken olarak ölçülerek doğrulanmıştır. 5G ile birlikte baz istasyonu tasarımı için yeni ve heyecan verici bir döneme giriyoruz. Baz istasyonları ve Uzak Radyo Üniteleri (RRU) daha entegre anten/radyo çözümlerinin yanı sıra 64 veya daha fazla radyo/anten elemanına sahip Massive MIMO’ya doğru ilerliyor. Bu Gelişmiş Anten Sistemi teknolojileri, ağ kapasitesini artırmak ve güç tüketimini azaltmak için LTE baz istasyonlarında da uygulanmaktadır. Bununla birlikte, bu yeni tasarım hususları geleneksel anten konnektörü arayüzünü değiştirdiği veya ortadan kaldırdığı için bu yeni baz istasyonu türü yeni ölçüm zorluklarını beraberinde getirecektir. Bu konektörlere erişim olmadan, test ekipmanı baz istasyonu performansını anten çıkışından sonra yayılan, kablosuz havadan (OTA) bir ortamda ölçmelidir.
 

Baz istasyonu türleri

5G baz istasyonları, mimari ve frekans aralığına bağlı olarak dört kategoriye ayrılır. Gelişmiş Anten Sistemi olan/olmayan 4G baz istasyonları da benzer şekilde sınıflandırılır ve ölçümlerin birçoğu 4G’den 5G’ye taşınır.

• BS Tip 1-C, 7.125 GHz’in altındaki frekanslarda çalışır ve geleneksel bir anten arayüzüne sahiptir. Bu baz istasyonları, baz istasyonu anten arayüz portuna bir kablo bağlanarak iletken olarak ölçülebilir.
• BS Tip 1-H de 7.125 GHz altı aralıkta çalışır, ancak anten arayüzü bir anten dizisine bağlı çoklu anten konektörlerinden oluşur. Gerekli ölçümler iletken ölçümler ve OTA ölçümleri olarak ikiye ayrılır.
• BS Tip 1-O, alıcı-verici ve antenin tamamen entegre olduğu 7,125 GHz altı bir baz istasyonudur, bu nedenle tüm ölçümleri Havadan Alana zorlar
• BS Tip 2-O, BS Tip 1-O ile aynı mimariyi paylaşır ancak 24,25-52,6 GHz alanında çalışır ve tüm ölçümler OTA ölçümleri olarak tanımlanır.

Şekil 1, Baz istasyonu performansını doğrulamak için geleneksel iletken ölçüm arayüzü – BS tip 1-C

Şekil 2, Ara “hibrit” yöntem – anten arayüzüne hala erişilebilir ancak çok sayıda anten portundan oluşur – BS tip 1-H

Şekil 3, Massive MIMO baz istasyonu/sıkı radyo/anten entegrasyonu – Yayılan Arayüz Sınırı – BS tipi 1-O & 2-O

Over-the-Air (OTA) test zorlukları

Baz istasyonu test kapsamı oldukça büyüktür ve tüm OTA kapsamını en verimli şekilde kapsamak için birçok OTA test teknolojisine ihtiyaç duyulacaktır. Tüm test senaryoları için test süresini ve oda yatırım maliyetini yönetmek, “test senaryosu başına maliyet” gibi ölçütleri yönlendirerek giderek daha kritik hale gelmektedir. Test senaryolarının mümkün olduğunda yavaş ve pahalı test sistemlerinden daha hızlı ve/veya daha ucuz sistemlere taşınması, toplam test maliyetlerini düşürür ve toplam test kapasitesini artırır.

Ana OTA teknolojilerinden ikisi yankılanma odası (RC) ve yankısız odadır (AC). Her ikisi de 3GPP NR baz istasyonu yayılan uygunluk testi spesifikasyonu TS 38.141-2 (NR; Baz İstasyonu (BS) uygunluk testi; Bölüm 2: Yayılan uygunluk testi) ve TS 37.145-2 (Aktif Anten Sistemi (AAS) Baz İstasyonu (BS) uygunluk testi; Bölüm 2: yayılan uygunluk testi) içinde yer almaktadır. Yankılanma odası, toplam çıkış gücü, komşu kanal kaçak gücü ve sahte emisyon gibi TRP tabanlı RF ölçümleri için test yöntemi olarak dahil edilirken, yankısız oda (kompakt anten test aralığı dahil), EIRP ve EIS gibi yönlülük bilgilerinin de gerekli olduğu tüm ölçümler için kullanılır.

Ölçüm belirsizliği

Ölçüm belirsizliği, ölçüm cihazlarından gelen katkılar, kalibrasyon yöntemi, ölçüm numunelerinin sayısı ve oda belirsizliği gibi birçok farklı bileşen tarafından belirlenir. Toplam belirsizliğe yapılan tüm bu farklı katkıların tanımlanması ve ölçülmesiyle bir ölçüm belirsizliği bütçesi oluşturulabilir. Daha fazla bilgi için örneğin 3GPP spesifikasyonu TS 38.141-2, bölüm 4.1.2.

Bağlantı bütçesi

3GPP şu anda 60 GHz’e kadar ölçümleri tanımlarken, FCC’nin test nesnesine bağlı olarak 100 GHz’e veya daha da yükseğe kadar gereksinimleri vardır. Oda teknolojisi ne olursa olsun, kayıplar frekans boyunca artacaktır. Kayıpları optimize etmek ve gerektiğinde filtreler ve amplifikatörler eklemek test sistemi tasarım zorluklarından biridir.

Test süresi

Test permütasyonlarının miktarını etkileyen frekans bantlarının, standartların, bant genişliklerinin ve diğer parametrelerin artması ile test vakası başına test süresi giderek daha önemli ve zorlu hale gelmektedir. Daha uzun test süreleri, ek test ekipmanı ihtiyacı ve test vakası başına artan maliyet anlamına gelir. Yankılanma odası, 3D güç ölçümleri için yankısız alternatiflerden genellikle önemli ölçüde daha hızlıdır, çünkü ölçüm örnekleri, her örnek arasında yeniden konumlandırma gerektiren sabit DUT konumları yerine sürekli olarak alınabilir.

RC’deki diğer baz istasyonu ölçümleri

Anten verimliliği

RC’deki temel ölçümlerden biri anten verimliliği, yani antenin iç kayıplarının ölçülmesidir. Bu tür bir ölçüm sadece birkaç dakika içinde çok iyi bir belirsizlikle gerçekleştirilebilir.

Güç eklenmiş verimlilik

Verimlilik ölçümü karmaşık ve yüksek entegre aktif anten yapıları için de genişletilebilir. Toplam yayılan güç, güç tüketimine paralel olarak ölçülür, bu da Güç katma verimliliğinin (PAE) çok ayrıntılı analizine ve tasarımın optimizasyonuna izin verir.

Korelasyon ve bağlantı

Anten çözümünün tasarımıyla yakından ilgili bir başka ölçüm de antenler veya anten elemanları arasındaki korelasyondur. Antenler veya anten elemanları arasındaki korelasyonun düşük olması tipik olarak daha iyi bir genel MIMO ve hüzmeleme performansına katkıda bulunur.

Hata Vektörü Büyüklüğü

Hata Vektörü Büyüklüğü (EVM) tipik olarak yankısız odada ölçülür, ancak Bluetest, yankılanma odasında bulunan soluk ortamda da EVM ölçümlerine izin veren patentli bir yöntem geliştirmiştir.

Yankılanma odasının başlıca avantajları

Yankılanma odasının sağlam performansı, RF güç ölçümlerini iletilen alandan OTA alanına taşımayı kolaylaştırırken, daha yüksek frekanslar ve daha geniş frekans aralıkları için de 10 saniyeden dakikaya kadar ölçüm süresini korur. Yankılanma odası, iletilen RF gücünün cihazın antenleri tarafından harici RF ortamına izotropik RF gücü veya Toplam Yayılan Güç (TRP) olarak nasıl yayıldığını hızlı bir şekilde özetler. Ölçüm örneklemesi, geometrik DUT konumları yerine zaman ve solma konumları üzerinden yapılır. Oda belirsizliği, iyi bir oda tasarımı ile düşük tutulabilir ve mmWave frekanslarında da 3GPP gereksinimleri dahilinde olabilir. Bluetests’in baz istasyonu ölçümleri için çözümü RTS85HP.

Baz istasyonu endüstrisinin beklentilerini karşılamak, test sürelerini kısaltmak ve test vakası başına maliyeti düşürmek için inovasyona devam etmek Bluetest Ar-Ge ekibi için bir taahhüt olmaya devam ediyor.

Kaynak: https://www.bluetest.se/technology/articles/base-station-application/