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5G Trae Consigo una Nueva Era de Pruebas Inalámbricas

Las promesas de 5G vienen acompañadas de una mayor complejidad.

Se deben desarrollar nuevas técnicas para probar 5G.

Se requerirán nuevas pruebas inalámbricas de menor costo.

image description Desde los inicios de la comunicación celular, los ingenieros de pruebas han estado iterando en un conjunto de medidas y técnicas aceptadas para probar la tecnología de comunicaciones inalámbricas en grandes volúmenes, desde semiconductores de RF hasta estaciones base y teléfonos móviles. Pero con 5G, la tecnología dentro de estos dispositivos inalámbricos será más compleja y se tendrán que replantear las técnicas altamente optimizadas que se han utilizado para probar las generaciones anteriores. Probar los componentes y dispositivos 5G con métodos OTA (over-the-air) en lugar de métodos cableados que se utilizan actualmente, será necesario validar el rendimiento de la tecnología 5G. Como líderes de ingeniería, necesitamos nuevos métodos de pruebas para garantizar la comercialización viable de los productos y soluciones 5G en muchas industrias y aplicaciones.

Aumentando el Ancho de Banda

Una de las metas clave del estándar 5G es incrementar la capacidad de datos de manera significativa conforme las demandas de datos del usuario continúan aumentando, pero para alcanzar el ancho de banda máximo requerido de 10 Gb/s por usuario, se están presentando nuevas tecnologías. Primero, la especificación de 5G incluye tecnología MIMO de Múltiples Usuarios (MU-MIMO) que permite a los usuarios compartir simultáneamente la misma banda de frecuencia a través de la tecnología beamforming que crea conexiones inalámbricas únicas y enfocadas para cada usuario. Segundo, el estándar 5G añade más espectro inalámbrico, expandiéndose a frecuencias de onda centimétrica y milimétrica (mmWave). Las implementaciones físicas de las tecnologías MU-MIMO y mmWave utilizan significativamente más antenas que las generaciones anteriores de los estándares celulares.

image description Las leyes de física determinan que las señales en frecuencias mmWave se atenuarán considerablemente más rápido a medida que viajan a través del espacio libre que las señales en las frecuencias celulares actuales. Por lo tanto, para tener un nivel similar de potencia transmitido, las frecuencias celulares de mmWave tendrán un rango mucho más pequeño que las bandas celulares actuales.

Para superar esta pérdida de trayectoria, los transmisores y receptores 5G utilizarán arreglos de antenas trabajando simultáneamente y tecnología beamforming para aumentar la potencia de la señal en lugar de usar una sola antena por banda como en los dispositivos actuales. Aunque son importantes para aumentar la potencia de la señal, estos mismos arreglos de antenas y técnicas de beamforming son cruciales para implementar técnicas de MU-MIMO.

image description ¿Cómo vamos a colocar todas estas antenas en los teléfonos celulares del mañana? Afortunadamente, las antenas a frecuencias de mmWave serán mucho más pequeñas que las antenas celulares utilizadas para los estándares actuales. Las nuevas tecnologías de empaquetado, como la antena en paquete (AiP), facilitarán la integración de estas antenas en el limitado espacio del teléfono inteligente moderno, pero los arreglos de antenas pueden estar completamente encapsulados sin ningún punto de contacto.

5G INTRODUCE CAPACIDADES DE MU-MIMO CELULAR CON ARREGLOS DE ANTENA ACTIVOS

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Usar OTA para Resolver Nuevos Retos

Para los ingenieros de pruebas, el aumento en frecuencias, las nuevas tecnologías de empaquetamiento de datos y la mayor cantidad de antenas harán que sea difícil mantener la calidad, mientras que aumentan las restricciones en los costos de capital (costo del equipo de prueba) y en los costos de operación (tiempo para probar cada dispositivo). Las nuevas técnicas OTA pueden ayudar con esto, pero también implican algunos retos. Primero, la precisión de las medidas será un reto.

A diferencia de las pruebas cableadas, cuando se realizan medidas de OTA, los ingenieros de pruebas tendrán que lidiar con la incertidumbre de las medidas causada por la calibración y precisión de la antena, la tolerancia de fixtura y las reflexiones de la señal. Segundo, las nuevas medidas deben integrarse en los planes de prueba del dispositivo para la integración de la cámara anecoica, la caracterización del haz, el cálculo óptimo del libro de códigos y la caracterización de los parámetros de la antena. Tercero, conforme los anchos de banda de RF continúan incrementando, también se incrementan las necesidades de procesamiento para calibrar y realizar medidas en estos amplios anchos de banda, lo que agrega preocupaciones sobre el tiempo de las pruebas. Finalmente, los gerentes de pruebas deben tomar otras consideraciones comerciales para garantizar la calidad del producto, además de minimizar el impacto en el tiempo para llegar al mercado, el costo de capital, el costo de operación y el espacio (para acomodar las cámaras de OTA). En los próximos años, la industria de pruebas y medidas responderá rápidamente ante estos retos con muchas nuevas innovaciones. Los grupos de pruebas deben considerar las estrategias y plataformas de pruebas definidas por software y altamente flexibles como una manera de garantizar que sus gastos actuales de capital puedan mantener el ritmo de este rápido ciclo de innovación.

Aunque OTA presenta retos, también ofrece beneficios. Primero, OTA es la única opción para las tecnologías AiP porque los arreglos de antena están integrados dentro de un paquete sin manera de cablear directamente a los elementos del arreglo. Aunque los ingenieros de pruebas pueden contactar elementos de antena individuales utilizando métodos de prueba conducidos, se enfrentan a la difícil elección de probarlos en paralelo (ante el gasto del capital por necesitar más instrumentos) o probarlos en serie (ante el gasto de operación por tiempo de pruebas y el rendimiento). Muchos de los problemas técnicos aún necesitan resolverse, pero las pruebas de OTA ofrecen la posibilidad de probar el arreglo como un sistema en lugar de un conjunto de elementos individuales, lo que podría llevar a mayores promesas de eficiencia de la prueba a nivel del sistema.

En el pasado, los proveedores de equipo de pruebas y los ingenieros de pruebas han logrado superar los retos de realizar pruebas con mayor complejidad y más altos rendimientos, además de minimizar el tiempo para llegar al mercado y el costo de la prueba, y lo harán nuevamente para 5G. Aunque los retos de probar 5G parecen complejos hoy en día, los ingenieros en todo el mundo ya están desarrollando los nuevos instrumentos y metodologías de pruebas, como OTA, que son necesarias para hacer de 5G un éxito comercial.

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Charles Schroeder

Fellow de Negocios y Tecnología de NI

NI Trend Watch 2019: Replantee las Megatendencias para Asegurar su Futuro

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