Während weltweit 5G-Netze den kommerziellen Betrieb aufnehmen, geht die Entwicklung des 5G NR-Standards weiter. Mit Release 17 wird 3GPP die Frequenzunterstützung der 5G NR-Millimeterwellenbänder auf das unlizenzierte Spektrum bis 71 GHz ausweiten, ein Frequenzband, das traditionell von nicht-zellularen Standards wie IEEE 802.11ad und 11ay genutzt wird.
Mit Release 17 wird 3GPP die Frequenzunterstützung für den 5G New Radio-Standard (5G NR) bis Mitte 2022 auf 71 GHz erweitern. Diese Erweiterung erfordert eine Anpassung der Bitübertragungsschicht, insbesondere zwei neue Unterträgerabstände (480 kHz und 960 kHz) sowie die Unterstützung grösserer Signalbandbreiten von bis zu 2 GHz. Die Unterstützung des neuen Frequenzbandes stellt HF-Transceiver-Hersteller, die bereits zellulare Anwendungen adressieren, vor neue Herausforderungen. Sie bietet aber auch Chancen für diejenigen, die sich bisher auf die Entwicklung und Herstellung von Transceiver-Chipsätzen für nicht-zellulare IEEE-Standards, die diese Millimeterwellenbänder nutzen, spezialisiert hatten.
Rohde & Schwarz, ein marktführender Anbieter von Messtechniklösungen für HF-Komponenten und die Mobilfunkindustrie, und Sivers Semiconductors, ein führendes, international anerkanntes Technologieunternehmen, das Chips und integrierte Module fertigt, haben gemeinsam die Performance der neuesten Generation von HF-Transceiver-Chipsätzen, die bisher die Standards IEEE 802.11ad und 802.11ay unterstützten, mit 5G NR-Signalen bis 71 GHz getestet.
Für die gemeinsamen Tests stellte Sivers Semiconductors ein Evaluierungskit als Prüfling zur Verfügung, das auf dem hochmodernen RFIC-Chip (Radio Frequency Integrated Circuit) TRXBF01 und dem HF-Antennenmodul BFM06010 basiert. Der RFIC-Chip unterstützt IEEE 802.11ad/ay Signale bis 64QAM über den gesamten Frequenzbereich von 57 bis 71 GHz. Der Testaufbau bestand aus dem R&S SMW200A Vektorsignalgenerator, der dank einer neuen Frequenzoption Frequenzen bis 67 GHz – im Overrange-Modus sogar 72 GHz – unterstützt, und dem R&S FSW85 Signal- und Spektrumanalysator, der als weltweit einziger über eine integrierte Signalanalysebandbreite von bis zu 8,3 GHz verfügt und HF-Frequenzen bis 90 GHz unterstützt. Die auf dem CATR-Antennenkompaktmessverfahren basierende R&S ATS1800C 5G NR-Millimeterwellen-Messkammer vervollständigte den Aufbau für Over-the-Air (OTA)-Tests.
Zur Validierung der Sender-Performance des Prüflings liefert der R&S SMW200A ein differenzielles analoges IQ Basisband-Signal an den Prüfling, der die IQ-Modulation des Signals und die Aufwärtsmischung auf die gewünschte HF-Frequenz durchführt. Das erzeugte Signal entspricht Release 17 des 5G NR 3GPP-Standards und verwendet einen Unterträgerabstand von 960 kHz sowie eine Modulationsbandbreite von 2 GHz. Der Prüfling fokussiert seinen Sendestrahl, der von 16 einzeln ansteuerbaren Antennenelementen erzeugt wird, in der Hauptstrahlrichtung auf den CATR-Reflektor der R&S ATS1800C. Dieser bündelt das Signal für die Feed-Antenne und führt es dem Eingang des R&S FSW85 zu, der dann eine vollständig 3GPP-konforme Signalanalyse durchführt.
Um die Empfänger-Performance des Prüflings zu testen, erzeugt der R&S SMW200A das 5G NR-HF-Signal bei 64 GHz (FR2-2), während er mit der Feed-Antenne der R&S ATS1800C verbunden ist. Die Feed-Antenne richtet das Signal auf den CATR-Reflektor, der Fernfeldbedingungen innerhalb einer hochwertigen Quiet Zone (QZ) mit einem Durchmesser von 30 cm schafft. Der integrierte Positionierer ermöglicht wiederholbare HF-Messungen des Prüflings in der QZ. Der Chipsatz von Sivers Semiconductors konvertiert das empfangene Signal ins Basisband, das mit einem R&S RTP Oszilloskop erfasst und mit Hilfe der R&S VSE Vector Signal Explorer Software oder dem R&S FSW Signal- und Spektrumanalysator zur individuellen Signalanalyse verarbeitet wird.
Erik Öjefors, Chief Technology Officer der Wireless Business Unit von Sivers Semiconductors, erläutert: „Das Projekt war eine gute Gelegenheit für Sivers Semiconductors, unsere weltweit führende Millimeterwellentechnik ein weiteres Mal unter Beweis zu stellen. Gemeinsam mit Rohde & Schwarz konnten wir zeigen, dass dank der hohen Leistungsfähigkeit unserer Millimeterwellen-Transceiver-RFICs die Grundlagen für künftige NR-U-Netze im 60-GHz-Band auf Grundlage des kommenden 3GPP-Release-17-Standards gelegt sind. Der frühe Zugang zu Messtechniklösungen, die sich für neue und kommende Standards wie 5G NR im 60-GHz-Band eignen, untermauert unseren Anspruch auf Technologieführerschaft.“
Andreas Pauly, Leiter des Geschäftsbereichs Messtechnik bei Rohde & Schwarz, kommentiert: „Gemeinsam mit Sivers Semiconductors haben wir einen weiteren Meilenstein für die Mobilfunkindustrie gesetzt. Mit unseren innovativen Messtechniklösungen verifizieren wir neue Funktionalitäten des 5G New Radio-Standards und unterstreichen damit unser Engagement für unsere Partner und Kunden. Dadurch ermöglichen wir ihnen die Entwicklung modernster Technologien, die neue 5G-Anwendungsfälle für Verbraucher und Unternehmen Realität werden lassen.“
Weitere Informationen zur neuen Frequenzoption des R&S SMW200A finden sich unter: https://www.rohde-schwarz.com/promo-smw200a. Dort ist unter Use Case #5 ein Video zur gemeinsamen Testkampagne mit Sivers Semiconductors verfügbar.
