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Entwickler und Ingenieure, die mit 5G-Breitbandgeräten arbeiten, benötigen passgenaue, schnelle und kosteneffektive Lösungen, um die Zuverlässigkeit neuer Chipdesigns sicherzustellen. Erfahren Sie mehr über die großen Herausforderungen beim Testen von 5G-Breitband-ICs und wie Sie diese bewältigen.

1. Die Signalformen sind breiter und komplexer.

5G New Radio umfasst zwei verschiedene Arten von Signalformen:

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  • Orthogonales Frequenzmultiplexing mit zyklischem Präfix (CP-OFDM) für Down- und Uplink
  • OFDM mit diskreter Fourier-Transformation (DFT-S-OFDM) nur für Uplink. Diese Signalform ähnelt dem Frequenzmultiplexverfahren mit Einzelträger (SC-FDMA) bei LTE.

Forscher und Ingenieure, die 5G-Geräte testen, sind mit neuen Herausforderungen bei der Erstellung, Verteilung und Erzeugung von 5G-Signalformen in ihren Prüfständen konfrontiert. Ingenieure müssen mit hochkomplexen, standardkonformen Up- und Downlink-Signalen arbeiten, die größere Bandbreiten aufweisen als jemals zuvor. Sie umfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Ressourcenzuteilungen, Modulations- und Codierungssätze, Demodulations-, Sounding- und Phasenabgleichs-Informationen sowie Einzelträger-Konfigurationen und solche mit Träger-Aggregation, bei denen die Einzelkanäle unmittelbar nebeneinander liegen oder Frequenzlücken aufweisen.

2. Messegeräte müssen breitbandfähig und linear sein sowie einen weiten Frequenzbereich kostengünstig abdecken.

Obwohl Ingenieure im Hochfrequenzbereich mit speziellen und kostspieligen Prüfsystemen für Millimeterwellen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung arbeiten, ist dies für die Halbleiterbranche im Massenmarkt noch unerforschtes Terrain. Ingenieure benötigen kostengünstige Prüfgeräte, um mehr Prüfstände für eine kürzere Markteinführungszeit zu konfigurieren. Diese neuen Prüfstände müssen neben einer hohen Linearität auch enge Amplituden- und Phasengenauigkeit über große Bandbreiten, geringes Phasenrauschen, umfangreiche Frequenzabdeckung für Mehrbandgeräte und Tests auf Koexistenz mit anderen Funkstandards unterstützen. Zusammen mit leistungsfähiger Hardware können modulare, softwarebasierte Prüf- und Messstände schnell an neue Testanforderungen angepasst werden.

3. Die Charakterisierung und Validierung von Komponenten erfordert intensiveres Testen.

Um mit breiten Signalen unterhalb von 6 GHz und mm-Wellen-Frequenzen arbeiten zu können, ist es erforderlich, die Leistung von RF-Kommunikationskomponenten zu charakterisieren und zu validieren. Ingenieure müssen nicht nur innovative Entwürfe für Mehrband-Leistungsverstärker, rauscharme Verstärker, Duplexer, Mischer und Filter testen, sondern auch sicherstellen, dass neue und verbesserte Hochfrequenz-Signalketten den gleichzeitigen Betrieb von 4G- und 5G-Technologien unterstützen. Um größere Ausbreitungsverluste zu vermeiden, werden für 5G-Millimeterwellen zusätzlich Beamforming-Subsysteme und Antennengruppen benötigt, die wiederum schnelle und zuverlässige Mehrkanal-Prüflösungen erfordern.

4. Durch die Funktests von Massive-MIMO- und Beamforming-Systemen liegt bei herkömmlichen Messungen eine räumliche Abhängigkeit vor.

Ingenieure, die an 5G-Beamforming-Geräten arbeiten, stehen vor der Herausforderung, die Sende- und Empfangspfade zu charakterisieren und die Reziprozität für TX und RX zu verbessern. Wenn der Sendeleistungsverstärker beispielsweise mit einer Komprimierung beginnt, führt er Amplituden-, Phasenverschiebungen und andere thermische Effekte ein, die der LNA im Empfängerpfad nicht erzeugen würde. Darüber hinaus können die Toleranzen von Phasenschiebern, variablen Dämpfern, geregelten Verstärkern und anderen Geräten zu ungleichen Phasenverschiebungen zwischen den Kanälen führen, was die zu erwartenden Richtcharakteristiken beeinflusst. Die Messung dieser Effekte erfordert Over-the-Air-Prüfverfahren, bei denen herkömmliche Messungen wie TxP, EVM, ACLR und Empfindlichkeit räumlich abhängig sind.

5. Serienfertigungstests erfordern eine schnelle und effiziente Skalierung.

Durch neue 5G-Anwendungen und Industriezweige wird die Anzahl der 5G-Komponenten und -Geräte, die Hersteller pro Jahr produzieren müssen, exponentiell steigen. Hersteller stehen vor der Herausforderung, schnelle Kalibriermöglichkeiten für die verschiedenen Hochfrequenzpfade und Antennenkonfigurationen neuer Geräte bereitzustellen und die OTA-Lösungen zu beschleunigen, um zuverlässige und wiederholbare Prüfergebnisse für die Fertigung zu erhalten. Bei der Serienproduktion von RFICs können herkömmliche RF-Kammern jedoch einen Großteil der Produktionsfläche beanspruchen, Abläufe zur Materialhandhabung stören und die Investitionskosten vervielfachen. OTA-fähige IC-Sockets – kleine HF-Gehäuse mit integrierter Antenne – sind inzwischen im Handel erhältlich. Diese bieten Funktionen für die OTA-Halbleiterprüfung in einem reduzierten Formfaktor.