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Mess- und Prüftechnik / 5G-OTA-Tests

Soft- und hardwarebasierte Nahfeld-Fernfeld-Transformationen

5. September 2018, 13:17 Uhr | Dr. Benoît Derat et al., Rohde & Schwarz München

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Fortsetzung des Artikels von Teil 5

Planarwellensynthese: kosteneffiziente OTA-Tests an 5G-FR1-Basisstationen

Ein CATR-Reflektor wird in der Regel aus einem massiven Aluminiumstück gefertigt, das den strengen Anforderungen an die Oberflächengeometrie gerecht wird. Im 5G-NR-FR2-Millimeterwellenbereich erlaubt die geforderte Größe des Prüflings die Verwendung kompakter und relativ leichter Reflektoren (20 kg bis 40 kg). Im Sub-6 GHz 5G-FR1-Bereich dagegen nimmt das Reflektorgewicht deutlich zu und erreicht bei Prüflingen in der Größenordnung von Basisstationen mehrere hundert Kilogramm.

Die Kosten, Fertigungszeit und Handhabung der großen und schweren Spiegel werden zum Problem. Eine leichte und kosteneffiziente Alternative ist die Verwendung einer „elektronischen Version“ des CATR-Spiegels [3]. Die Überlagerung der Strahlung mehrerer Antennen, die zusammen eine phasengesteuerte Gruppenantenne bilden und mit einer vorgegebenen Signalamplitude und Phase gespeist werden, schaffen Planarwellenbedingungen innerhalb einer definierten QZ. Eine Version dieser Nahfeld-Fokussierungsmethode wurde mehrere Jahre lang vom MIT Lincoln Laboratory für die Messung großer phasengesteuerter Radar Gruppenantennen eingesetzt und von 3GPP als Grundlage für OTA-Messungen an Basisstationen vorgeschlagen [5].

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Bild 4 zeigt das Plane Wave Converting (PWC)-System, das auf der European Conference on Antennas and Propagation 2018 vorgestellt wurde [3]. Es besteht aus einer Gruppenantenne mit 156 Breitband-Vivaldi-Antennen mit einem Beamforming-Netzwerk von Phasenschiebern und Dämpfungsgliedern auf der Rückseite. Diese PWC-Gruppenantenne hat einen Durchmesser von 1,8 m und erzeugt eine kugelförmige QZ mit einem Durchmesser von 1 m in einem Abstand von nicht mehr als 1,5 m im Frequenzbereich von 2,3 GHz bis 3,8 GHz. Beim Messaufbau von Bild 4 ist der Prüfling (hier die Kalibrierantenne) auf einem Drehstand mit horizontaler und vertikaler Achse montiert, der vollständige sphärische Messungen erlaubt. Die Kalibrierantenne wird zur Beurteilung geeigneter Kompensationen der einzelnen HF-Kanäle des PWC-Arrays sowie zur Bestimmung des Pfadverlusts des gesamten Testsystems genutzt. Das PWC-System arbeitet reziprok und besitzt nur einen HF-Ein-/Ausgang, der an einen Signalgenerator, einen Spektrumanalysator oder einen Vektornetzwerkanalysator angeschlossen werden kann; so werden Messungen an Prüflingen mit oder ohne HF-Testports möglich.

Bild 5 zeigt die Einzelträger-Ergebnisse von EVM-Messungen, die mit dem PWC-System für ein OFDM-Signal mit fünf 20-MHz-Trägern durchgeführt wurden. Das 5-Träger-Signal erzeugte ein R&S SMW200A Vektorsignalgenerator im Bereich von 2,35 GHz bis 2,45 GHz. Die Ausgangsleistung wurde auf 5 dBm eingestellt und einem 60 cm × 60 cm Patch-Array-Prüfling zugeführt. Die Demodulation eines Einzelträgers wurde von einem an den R&S PWC angeschlossenen R&S FSW Spektrumanalysator über eine Bandbreite von 30,72 MHz ausgeführt. Die gemessene EVM betrug lediglich 0,41%, was in etwa der Eigen-EVM der Messgeräte entspricht. Für die anderen vier Träger ergab sich eine EVM von weniger als 0,5%. Dies bedeutet, dass das PWC-System dem Messaufbau nur eine vernachlässigbare EVM hinzufügt.