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"Trois défis sont à surmonter pour le test des équipements 5G NR"

Publié le 17 mai 2019 à 12:12 par François Gauthier        Test & Validation

Expert

[TRIBUNE de Nick Ben, KEYSIGHT] Aussi prometteuse que puisse paraître la technologie 5G NR, sa mise en œuvre comporte de nombreux défis à relever en termes de test et de validation, dont trois sont essentiels. Explications de Nick Ben, ingénieur marketing produit chez Keysight Technologies.

La demande des consommateurs pour plus de bande passante, des vitesses de transfert de données plus élevées et une meilleure connectivité pousse les ingénieurs à innover au-delà des technologies cellulaires, notamment en allant vers la 5G NR. Pour l'automobile, le temps de réponse des véhicules autonomes avec la 5G NR est beaucoup plus rapide que le temps de réponse humain. Dans le domaine du divertissement et de la diffusion multimédia en continu sur les téléphones mobiles et les PC, la durée moyenne de téléchargement d'un film peut passer de 7 minutes à 6 secondes. Enfin, dans le domaine de l'Internet des objets, la 5G promet d'accroître la sécurité et la santé en permettant aux appareils IoT de bénéficier des vitesses de transfert de données élevées dans la maison intelligente.

Mais pour atteindre les débits attendus, de nouveaux défis de tests apparaissent pour les ingénieurs, liés à l'usage des fréquences millimétriques, à une large bande passante des canaux et à des configurations multi-antennes complexes. Les appareils mobiles et les stations de base 5G NR implémenteront en effet des conceptions fondées sur des fréquences inférieures à 6 GHz mais aussi sur des ondes millimétriques (mmWave) qui nécessitent l'optimisation et la validation des performances des faisceaux 3D des signaux. Il faut alors aller vers de nouvelles configurations de test OTA (Over-the-Air) complexes, avec des largeurs de bande de canaux élevées, et vers des tests de systèmes Mimo multicanaux. Cette complexité augmente de fait le nombre d'instruments nécessaires et les incertitudes de mesure afférentes, ce qui rend difficile la réalisation de mesures précises et reproductibles.

Trois grands défis à relever

Au-delà, il faut franchir trois types d’obstacles : la complexité de la configuration du système de test, l’augmentation de la perte de trajectoire du système, et enfin la gestion de cycles longs de développement de produits.

En ce qui concerne le premier point, les tests 5G nécessitent le support de configurations de tests pour des applications fonctionnant à des fréquences inférieures à 6 GHz mais aussi à des fréquences comprises entre 28 GHz et 39 GHz. La 5G nécessite également des largeurs de bande de modulation plus élevées (jusqu'à 2 GHz) pour prendre en charge les débits de données de pointe. Avec l’obligation de réaliser à ce niveau des tests en direct avec des antennes réseau à commande de phase.

Le second défi, l’augmentation de la perte de trajectoire du système, est lié au fait que les signaux se propagent dans l'air avec un phénomène d'affaiblissement d’autant plus élevé que le rapport signal/bruit (SNR) est faible. Ce SNR de bas niveau entraîne des mesures pour la partie émission avec une faible amplitude du vecteur d'erreur (EVM) et l’existence d’un rapport de puissance du canal adjacent (ACPR) non négligeable. L’instrumentation doit s’adapter avec la mise en œuvre de tests de performances paramétriques et fonctionnels RF à des fréquences millimétriques, intégrant des essais EVM et ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio) aux traditionnels tests de modem et de débit de données.

Enfin, la norme 5G NR présente un autre grand défi au niveau du nombre croissant de tests à effectuer, ce qui allonge significativement les cycles de développement des produits.

Des instruments adaptés à la nouvelle donne

Face à la variété de tests 5G requis, disposer de plusieurs instruments n'est pas forcément la meilleure solution. Un instrument qui effectue tous les tests dans une seule boîte réduit non seulement la durée de leur configuration, mais contribue également à répondre plus rapidement aux évolutions constantes des normes 5G 3GPP. Par exemple, pour l’analyse de l’affaiblissement des signaux, il “suffit” d’avoir un générateur de signaux à puissance de sortie élevée, doté d’une sortie linéaire, avec un minimum de distorsion et un faible bruit de phase à des niveaux de puissance élevés. Des caractéristiques essentielles pour effectuer des mesures précises à des fréquences d'ondes millimétriques, afin de s'assurer que les erreurs ne proviennent pas du générateur de signal lui-même. Car in fine, il ne faut pas perdre de vue que le temps de développement du produit peut être ralenti par l'absence d'un générateur de signal ad hoc permettant de passer rapidement d'un test indépendant de canal d'interférence à un test Mimo à deux canaux et à un test de formation de faisceau. Et qu'il est aussi nécessaire de se tenir à jour de manière indépendante sur l’évolution des normes via la création de signaux conformes au 5G NR.

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