Roger Nichols, Leiter 5G-Tests, Keysight »So viel Zeit und Geld hat die Branche nicht«

Durch 5G werden Entwickler und Gerätetester sich neben dem üblichen Wandel in der Arbeitsweise auch an kathegorisch neue Methoden gewöhnen müssen.
Durch 5G werden Entwickler und Gerätetester sich neben dem üblichen Wandel in der Arbeitsweise auch an kathegorisch neue Methoden gewöhnen müssen.

Mit den 5G-Spezifikationen ziehen aufwendigere Testverfahren in die Elektronikentwicklung ein. Verdoppeln wird sich der Testaufwand gegenüber LTE aber nicht, meint Keysight 5G Program Manager Roger Nichols. Dafür gebe es weder die Zeit noch das Geld.

Wie verändert 5G den Ablauf von Gerätetests? Welches Equipment muss neu angeschafft werden? Und welche Verfahren bleiben beim Alten? Diese Fragen sind eng mit den 5G-Spezifikationen verbunden, denn dort werden die maßgeblichen Anforderungen definiert. Für einen erschöpfenden Überblick reicht es nicht, allein die Veröffentlichungen des 3GPP (3rd Generation Partnership Project) zu berücksichtigen, sondern es muss auch der vorläufige 5G-Standard unter der Leitung des 5G Technical Forum (5GTF) von Verizon betrachtet werden.

Die aktuellen 5G-Spezifikationen haben sich über mehrere Phasen entwickelt. Das 3GPP hat die letzte von drei Phasen von Release 15 (Rel-15) im Juni dieses Jahres abgeschlossen. Das erforderte in dieser letzten Phase (»Late Drop«), ein Einfrieren der Spezifikationen im März 2019. Es dauert bis zu achtzehn Monate, bis implementierungsfertige Standards in die kommerzielle Nutzung übergehen. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, was heute kommerziell verfügbar ist, muss man also entsprechend weit zurückblicken.

Der erste »Early-Drop« von Rel-15 stammt aus Dezember 2017. Im Fokus stehen hier die Non-Standalone-Funktionen (NSA) für den frühen Einsatz von FR1 und FR2 5G NR. Es folgte eine zweite Phase in der zweiten Jahreshälfte 2018, die sich auf die 5G NR SA-Funktionen konzentrierte. Im Rel-15 wurden in der finalen Version hauptsächlich die NSA- und SA-eMBB-Funktionen und ein paar frühe Schritte in Richtung UR/LLC spezifiziert. Was das für die Arbeit von Entwicklungs- und Testabteilungen bedeutet, erklärt Roger Nichols.

Herr Nichols, welche der typischen Bestands-Messgeräte der Geräteentwickler können für 5G-Tests aufgerüstet werden und welche müssen komplett neu angeschafft werden?

Roger Nichols: Einige universelle HF-Messgeräte, die für 4G und ältere Technologien verwendet wurden, können für 5G verwendet werden. Dazu gehören HF-Netzwerkanalysatoren, Signalanalysatoren, Signalquellen oder Leistungsmesser. Aber in einigen Fällen sind Aktualisierungen notwendig, da 5G zwei Dimensionen hinzugefügt hat, die in 4G nicht vorhanden sind: Die erste sind Komponententrägerbandbreiten oberhalb von 20 MHz bis 400 MHz. Die zweite sind Trägerfrequenzen von 3 GHz bis 7,2 GHz sowie neue Trägerfrequenzen im Mil­limeterwellen-Spektrum, aktuell von 28 bis 39 GHz und später 24, 26 und 47 GHz. Abhängig von den bereits vorhandenen Testgerätekonfigurationen müssen einige Messgeräte aufgerüstet oder ersetzt werden.

Die größere Herausforderung sind die spezialisierten Messlösungen wie die Netzwerkemulation. Sie auf 5G zu übertragen wird durch eine neue Luftschnittstelle erschwert, die von der physikalischen Schicht bis zu L3 reicht und die Seite an Seite mit LTE arbeiten muss. Die Erweiterung um den FR2-Frequenzbereich führt auch dazu, dass die Anforderungen an die OTA-Messung in den Mainstream der Forschung und Entwicklung gelangen. Dies stellt eine neue Messarchitektur für die meisten in der drahtlosen Mobilfunk-Welt dar.

Wie verändert sich durch 5G der Entwicklungs- und Testprozess für den Geräteentwickler?

Roger Nichols: Viele Dinge sind ähnlich zu dem, was bei früheren Generationswechseln schon geschah. Es gibt zum Beispiel eine neue Luftschnittstelle und Funkverbindungen, die einen gemeinsamen Satz von Messungen und Validierungen erfordern: belegte Bandbreite, Modulationsqualität, Unterdrückung schädlicher oder unerwünschter Signale. Außerdem müssen neue Protokollentwürfe und -konfigurationen validiert werden. Das sind alles keine kategorisch neuen Dinge für Testabteilungen. Grundlegend verändert sich der Entwicklungs- und Testprozess aber durch vier Dinge:

Das sind erstens Millimeterwellen. Dieser neue Frequenzbereich bedeutet nicht nur Messungen mit viel größeren Bandbreiten und viel höheren Frequenzen, sondern auch die Anforderung, praktisch alle Messungen „Over The Air“ durchzuführen. Die Verbindung zwischen Testgerät und Prüfling erfolgt dann von Antenne zu Antenne, ohne die Sicherheit einer galvanischen Verbindung durch eine gut funktionierende Kabelübertragung. Bei früheren Generationen von Wireless-Geräten wurde ein sehr kleiner Prozentsatz aller Messungen und Validierungen OTA durchgeführt, während in FR2 alle diese Messungen OTA sind. So muss nun jeder Entwickler eines HF-Systems zumindest einige Grundlagen der OTA-Messung erlernen. ...


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