5G dans l'espace : implications pour le test et mesure NTN

Test et mesure de station de base NTN

Nous vivons un changement de paradigme – le terme “station de base” ne s'appliquera plus vraiment aux réseaux non terrestres (NTN). Au lieu de ça, les nœuds réseaux sont intégrés au sein des satelliteset se déplacent par rapport à la surface de la Terre. Sur le long terme – pour la 6G, c'est à dire – des réseaux multi-orbitesseront une réalité, avec des nœuds réseaux 3 dimensionsà toutes les altitudes LEO, MEO et GEO.

Il y a diverses approches architecturales qui sont actuellement en cours de normalisation :

• Initialement, comme définie dans le communiqué 17, un mode transparentsera utilisé. En d'autres termes, le satellite agira comme une sorte de répéteur, avec le signal radio 5G NR généré et reçu dans un noeud terrestre (gNB). La communication entre le gNB terrestre et le satellite se fera via la liaison de connexionentre le satellite et une passerelle terrestre. La connexion directe entre le satellite et l'appareil est appelée la liaison de service.
• Le futur mode régénératif, actuellement évoqué en tant qu'élément de travail dans le communiqué 19, intégrera les fonctions gNB entières ou désagrégéesdans le noeud d'accès du satellite (SAN). L'objectif est d'avoir des décisions de planification plus rapides ainsi qu'une puissance informatique et de traitement plus importante dans le noeud satellite. Cependant, cela se fait au prix d'une plus complexité accrue.

Actuellement, il existe deux documents suggérant des exigences de normalisation qui seront importantes pour les futurs tests SAN :

• La TS 38.108décrit les exigences pour les récepteurs et émetteurs NTN.
• La TS 38.181décrit les exigences de test actuelles.
• La TS 38.101-5décrit les spécifications pour le test d'équipement utilisateur NTN

La Figure 1 ci-dessous illustre un bref schéma de scénarios de test et une configuration symbolique pour un fonctionnement SAN en mode de charge utile transparent NTN. Le dispositif sous test (DUT) se compose de trois blocs fonctionnels : le satellite (décrit comme charge utile RF NTN), la passerelle et les fonctions réseaux non NTN (gNB).

Les test d'interface RF peuvent être rigoureusement divisés en :

• Tests d'émetteur (TX)
• Sensibilité du récepteur (RX)
• Performance du récepteur (performance RX)

Les tests sur l'émetteur ont une approche similaire à ceux pour le cas terrestre, avec des mesures telles que la puissance émise (puissance TX, contrôle de puissance TX), la qualité de modulation (EVM) et les caractéristiques d'émissions spectrales (ACLR, émissions parasites, SEM). Un analyseur de signauxest l'instrument de test idéal ici. Selon la catégorie de noeud du satellite, la connexion à l'instrument de test peut être établie via une connexion câblée ou sans fil (OTA). Les tests sans fil permettent une vérification des antennes directionnelles, qui sont utilisées pour la formation de faisceaux. Ce type de test nécessite des chambres entièrement anéchoïques (FAC)ainsi que des systèmes de positionnement.

Il y a deux approches différentes pour les tests de récepteurs :

• Pour des mesures telles que la sensibilité du récepteur, un signal de test de référence est envoyé au DUT en utilisant un générateur de signaux. Le résultat de ce test est le taux d'erreur de bloc (BLER)dans le récepteur ou le flux de données. Les spécifications 3GPP nécessitent que le flux atteigne un seuil de 95% d'un canal de référence défini à un niveau d'entrée minimum pour passer le test de sensibilité. Du fait de la désagrégation du composant, le point d'injection du signal RF est à l'entrée du satellite, mais le BLER peut uniquement être déterminé dans le protocole gNB.
• La seconde approche est basée sur la performance RX, qui est similaire à la sensibilité, avec le respect de la mesure de 95% dans le flux. Cependant, les tests de performance simulent une situation de stresspour le récepteur en, par exemple, appliquant un profil d'évanouissement au signal de test ou en ajoutant des signaux d'interférences.

Équipement de test pour l'équipement utilisateur NTN

En principe, l'équipement final pour les communications satellite 5Ga les mêmes exigences d'émetteur et de récepteur que ceux des réseaux terrestres. Cependant, le diable est dans les détails : il y aura de nombreuses configurations de test différentes et méthodologies en fonction de la capacité NTN de l'équipement utilisateur et du cas d'utilisation. Par le biais d'un exemple, la catégorie de l'appareil NTN-IoTutilisera une architecture moins complexe.

De plus, des cas d'utilisation tels que la messagerie ou des petits ensembles de données ne nécessitent généralement pas de profil QoS et sont très tolérants au retard. Le futur équipement utilisateur NTN, tel qu'un terminal à très petite ouverture (VSAT), intégrera des méthodes plus sophistiquées comme la formation de faisceaux, des fréquences supérieures et des bandes passantes plus larges. Cela nécessitera un test étendu. L'onglet spectre de fréquenceest essentiel pour les NTN car il y a de nombreuses organisations possibles : les bandes NTN peuvent chevaucher les bandes terrestres, être adjacentes les unes aux autres ou avoir une marge de sécurité suffisante. Ainsi, la campagne de test devra également prendre en compte certains scénarios de coexistence.

La 3GPP travaille sur l'extension des exigences de l'équipement utilisateur dans les communications satellite avec la spécification TS 38.101-5. Ce document élargit les exigences des séries de spécifications relatives à l'équipement utilisateur La TS 38.101-x pour intégrer les aspects NTN et couvre les mesures pertinentes :

• Puissance émise
• Bande passante spectrale
• Qualité de modulation
• Sensibilité du récepteur
• Émissions spectrales (SEM, ACLR, émissions parasites)

Le test de l'équipement utilisateur adapté nécessite un système de simulation pouvant gérer une connexion qui intègre le protocole en entieret permet des méthodes de test RFainsi qu'à la test de protocoles. La Figure 2 ci-dessous fournit un aperçu de ce type de configuration. L'équipement utilisateur est le DUT connecté au système de simulation soit via un câble soit dans une chambre sans fil. Ce système de simulation effectue des tests RF et de protocoles, où des tests de protocoles sont particulièrement importants pour la vérification de scénarios de connexion et de mobilité.

L'une des exigences des terminaux NTN est la détermination de la position terrestre. Par conséquent, le positionnement basé sur des signaux GNSSest une capacité obligatoire de l'équipement utilisateur NTN. La station satellite émet ses propres données orbitales via un système d'informations et prend en charge l'équipement utilisateur dans le bon décalage temporel et décalage Doppler.

Dans un système de test NTN pour le test de conformité, un générateur de signaux peut simuler un signal GNSS pour permettre la détermination de la position de l'équipement utilisateur. De plus, l'approbation du type et le test obligatoire nécessitent des mesures spectrales étendues, telles que les émissions parasites et les tests de performance RX. Le système de simulation 5Gpeut inclure des mesures T&M additionnelles, comme avec des générateurs et des analyseurs de signaux, afin de prendre en charge ces besoins pour des scénarios d'interférences supplémentairesou des analyses de spectre étendues.

Le testeur de radio mobile R&S®CMX500prend en charge les options de signalisation et de mesure RF LTE/FR1 et FR2 de manière entièrement indépendanteainsi que toutes les combinaisons de bande 3GPP actuelles et futures, avec un flux de données jusqu'à 20 Gbps au niveau IP. Il suit la stratégie d'une plateformede Rohde & Schwarz, proposant des bandes passantes de fréquences totales jusqu'à 10 GHz et préparant les utilisateurs aux défis de test actuels et futurs. Avec son interface utilisateur graphique intuitive basée sur le web R&S®CMsquares, ce testeur tout-en-undéfinit de nouveaux standards pour le test 5G dans l'espace.