5G-OTA-/Massive-MIMO-Tests

Rohde & Schwarz bietet umfassende Lösungen für Messungen über die Luftschnittstelle (OTA, Over-the-Air) an Millimeterwellen- und Massive-MIMO-Antennen.

5G-Netze sollen mehr Kapazität und Flexibilität bieten, allerdings zu möglichst niedrigen Betriebskosten. Die naheliegendste Methode zur Steigerung der Kapazität wäre die Erhöhung der Anzahl der Basisstationen im Netzwerk. Da diese Strategie jedoch mit hohen Miet- und Energiekosten verbunden wäre, ist sie für die Netzbetreiber wenig attraktiv. Ein vielversprechenderer Ansatz ist die Verwendung einer großen Zahl von Sende- und Empfangsantennenelementen mit Amplituden- und Phasensteuerung. Diese werden als Massive-MIMO-Systeme bezeichnet. Solche Systeme können auf verschiedene Weise betrieben werden. Sie können eingesetzt werden, um über Raummultiplexbetrieb mehrere vorcodierte Datenströme zuzulassen, um die Verstärkung mittels Strahlformung zu erhöhen oder für eine Kombination beider Techniken.

Rohde & Schwarz Wireless 5G Massive MIMO
E-Feld-Visualisierung und OTA-Messung von Strahlungsmustern

In dem etablierten Sub-6-GHz-Frequenzspektrum verwenden die Basisstationen in der Regel eine große Zahl von Sende-/Empfangsantennenelementen, um mit parallelen Datenströmen mehrere Benutzer zu versorgen. Diese Technologie wird als Multi-User MIMO (MU-MIMO) bezeichnet. Demgegenüber macht die hohe Funkfelddämpfung im Zentimeterwellen- und Millimeterwellenspektrum hohe Antennengewinne notwendig, die durch dynamische Strahlformung realisiert werden. Indem einzelne Endgeräte mittels speziell zugeordneter Signale adressiert werden, reduziert sich der Energieverbrauch erheblich. Sowohl MU-MIMO als auch Beamforming erhöhen die Zellkapazität, ohne dass dazu zusätzliche Basisstationen installiert werden müssen.

Rohde & Schwarz Wireless 5G Architektur eines aktiven Massive-MIMO-Antennensystem
Typische Architektur eines aktiven Massive-MIMO-Antennensystems

Ihre Testherausforderungen bei 5G

Bei der Entwicklung eines aktiven Massive-MIMO-Antennensystems stehen die Ingenieure neuen Herausforderungen gegenüber – beispielsweise Phasenschiebertoleranzen, thermische Effekte der Leistungsverstärker und Frequenzdrift zwischen verschiedenen Modulen – die das gewünschte Strahlungsmuster beeinträchtigen können. In einem aktiven Antennensystem sind die Transceiver-Frontends in die Gruppenantenne integriert, was bedeutet, dass die herkömmlichen HF-Ausgänge nicht mehr erreichbar sind. Darüber hinaus ersetzt eine Glasfaserschnittstelle die herkömmlichen HF-Eingänge für digitale I/Q-Daten. Folglich werden Funktests (OTA, Over-the-Air) bei Massive-MIMO-Systemen zum Regelfall, auch für die Modellierung der räumlichen Eigenschaften des Übertragungskanals. Aufgrund der unterschiedlichen Größen von Massive-MIMO-Systemen sind für Tests unter Fernfeldbedingungen verschiedene Abschirmumgebungen notwendig.

Der R&S®PWC200 Plane Wave Converter ist äußerst kompakt
R&S®PWC200 Plane Wave Converter

Vorteile der 5G-Testlösungen von Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz verfügt über ein umfangreiches Portfolio an Testlösungen zur Durchführung von OTA-Messungen an 5G-Modulen, Geräten und aktiven Massive-MIMO-Antennensystemen, die bei herkömmlichen Mobilfunkfrequenzen unterhalb von 6 GHz und im Zentimeterwellen- und Millimeterwellen-Frequenzbereich arbeiten:

  • Schlüsselfertige Testlösungen einschließlich aller erforderlichen Messgeräte, Antennen und Zubehörkomponenten
  • Testen von Zentimeterwellen- und Millimeterwellen-Endgeräten: skalierbare und portable Schirmkammer R&S®ATS1000 einschließlich integriertem Kegelstumpf-Drehstand mit optionalem Laser für die richtige Kalibrierung des Pfadverlusts und die genaue Ausrichtung des Prüflings
  • Optionale thermische Lösung, die in die R&S®ATS1000 passt und das Testen von Mobilgeräten unter extremen Temperaturbedingungen ermöglicht, um thermische Effekte im Temperaturbereich von –20 °C bis +85 °C mit Hilfe eines externen thermischen Stroms zu untersuchen
  • Präzise und schnelle Tests von Sub-6-GHz-Massive-MIMO-Basisstationen: Der extrem kompakte, innovative R&S®PWC200 Plane Wave Converter erzeugt eine kugelförmige 3D-Ruhezone von 1 m Durchmesser in einer Entfernung von nur 1,5 m für gestrahlte Leistungs- und Transceiver-Messungen in Echtzeit
  • Breites Sortiment an standardisierten Wireless-Performance-Prüfkammern (WPTC) mit unterschiedlichen Abmessungen, um den räumlichen Gegebenheiten beim Kunden gerecht zu werden – in Zusammenarbeit mit Albatross Projects
  • Mit dem Viertor-Netzwerkanalysator R&S®ZVA lässt sich in Verbindung mit der Mess- und Steuersoftware R&S®AMS32 eine 2D/3D-Strahlmustercharakterisierung einschließlich Nahfeld-Fernfeld-Transformation (NF-FF-Transformation) durchführen
  • Die Kombination des Vektorsignalgenerators R&S®SMW200A und des Spektrum- und Signalanalysators R&S®FSW ermöglicht die vollständige Charakterisierung von HF-Transceivern, beispielsweise durch Verwendung modulierter Signale zur Messung wichtiger Performance-Kennzahlen wie EVM
  • Die optionale R&S®OSP Open Switch and Control Platform vereinfacht die interne Verschaltung des Systems
  • Zusätzliche R&S®NRPM OTA-Leistungsmessköpfe ermöglichen Leistungsmessungen z. B. zum Testen der Strahlschwenkung

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