5G-Mobilfunk Konformitätstests für Geräte und Basisstationen

Konformitätstests für 5G-NR-Funktionen bringen zahlreiche Änderungen mit sich.
Konformitätstests für 5G-NR-Funktionen bringen zahlreiche Änderungen mit sich.

Die kommerzielle Einführung von 5G-Endgeräten hat begonnen. Aber wo steht der 5G-NR-Rollout im Hinblick auf erforderliche Konformitätstests?

Die Entwicklung von 5G-Standards und deren kommerzielle Einführung sind auf dem besten Weg. Mobilfunkbetreiber und Netzwerkausrüster haben Feldversuche durchgeführt; jetzt wurden die ersten kommerziellen 5G-Dienste gestartet und die ersten Smartphones auf den Markt gebracht. Laut der Marktstudie »The State of 5G« [1] setzt fast die Hälfte der globalen Unternehmen bereits 5G-Netze ein oder plant, sie innerhalb der nächsten 12 Monate einzuführen.

Sind wir nun am Wendepunkt angelangt? Also dem Punkt, ab dem keine Rückkehr mehr möglich ist und eine signifikante Veränderung stattfinden wird. 5G New Radio (NR) hat mit dem im Juni 2018 eingefrorenen Release-15-Standard einen großen Fortschritt erzielt. Der Standard wird aber noch weiter entwickelt. Offen bei der Frage um 5G ist auch, ob die 5G-NR-Produkte den Erwartungen der Verbraucher gerecht werden. Und falls nicht, welche Auswirkungen hat das auf die Branche und auf die Produktentwicklung? An welchem Punkt steht der 5G-NR-Rollout im Hinblick auf erforderliche Tests, Herausforderungen und Risiken?

Erforderliche Tests für 5G

5G-Produkte und -Komponenten müssen im getegesamten Ökosystemstet werden; dazu gehören Modems, Antennen, Subsysteme und vollständig montierte Endgeräte. Alle diese Geräte und Basisstationen werden nach einem ähnlichen Schema getestet werden: Forschung und Entwicklung (F&E), Designvalidierung, Konformität, Geräteabnahme und schließlich Herstellungs- und Bereitstellungstests.

Die Markteinführung von Mobilfunkprodukten ist mit vielen Regeln und Vorschriften verbunden. Um sie einzuhalten, müssen Tests während des gesamten Lebenszyklus eines Produkts durchgeführt werden. So wird sichergestellt, dass das Endprodukt nicht nur die regulatorischen Anforderungen erfüllt, sondern auch die Anforderungen der Spezifikationen von 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Hinzu kommen Anforderungen an die Servicequalität, die ein Mobilfunkbetreiber seinen Kunden bieten will.

Die Konformität ist ein obligatorischer Bestandteil der Markteinführung eines Geräts. Dabei wird ein Gerät an ein Wireless-Testsystem angeschlossen und die von den Zertifizierungsstellen – Global Certification Forum (GCF) und PTCRB – geforderten Tests durchgeführt, die dazu beitragen, dass kommerzielle 5G-Geräte den neuesten 3GPP-Spezifikationen entsprechen und wie erwartet in Mobilfunknetzen funktionieren:

  • Hochfrequenz- (HF-) Sende- und Empfangstest: Mindestniveau der Signalqualität.
  • Demodulation: Datendurchsatz.
  • Radio Resource Management (RRM): Initial Access, Handover und Mobilität.
  • Signalisierung: Signalisierungsverfahren der oberen Schicht.

Die 3GPP-Standards legen ein Mindestleistungsniveau für Endgeräte (User Equipment, UE) und Basisstationen (gNB) fest. Diese Anforderungen sind in den technischen Spezifikationen (TS) von RAN4 und RAN5 definiert: RAN4 definiert Mindestanforderungen für Basisstationen und UEs. Außerdem werden Testfälle und Testmethoden für Konformitätstests von Basisstationen festgelegt. RAN5 definiert die Spezifikationen und Methoden für die UE-Konformitätstests.

5G-NR-Produkte können in zwei Frequenzbereichen betrieben werden: Frequenzbereich 1 (FR1: 410 MHz bis 7,125 GHz) und/oder Frequenzbereich 2 (FR2: 24,25 bis 52,6 GHz). Die Tests in FR1 werden ähnlichen Ansätzen folgen wie bei LTE. Die meisten Testmethoden und die damit verbundenen Unsicherheiten sind daher weitgehend bekannt. Die meisten FR1-Konformitätstests werden leitungsgebunden durchgeführt. Einige wenige Antenneneigenschaften, und MIMO-Tests (Multiple Input Multiple Output) müssen gestrahlt oder Over the Air (OTA) durchgeführt werden.

FR2 bei Millimeterwellenfrequenzen (mmWave) fügt eine völlig neue Variante für die Konformitätsprüfung hinzu, da alle Messungen in FR2 OTA durchgeführt werden.

Konformitätstests werden in der Regel von zertifizierten Testlabors durchgeführt. Diese Tests sind teuer und veranlassen die meisten Unternehmen, ihre eigenen Pre-Conformance-Tests durchzuführen, um sicherzustellen, dass ihr Produkt die Konformität in unabhängigen Labors erfolgreich bestehen wird. Die Tests für Rel-15 befinden sich noch in der Entwicklung und werden in den nächsten Monaten abgeschlossen. Noch mehr werden für die neuen Rel-16-Fähigkeiten entwickelt, während sich dieser Teil des Standards weiterentwickelt.