​Umgang mit der Komplexität von Funkeinheitentests (RU-Tests) in drahtlosen RAN-Netzwerken

​Das Funkzugangsnetz (RAN) beschreibt die Kommunikationsinfrastruktur zum Verbinden von Mobiltelefonen mit dem Kernnetz. Es koordiniert die Ressourcen und Daten des Netzwerks, ermöglicht Verbindungen zu anderen Mobiltelefonen, Geräten und Datenverbindungen und ist das Rückgrat unserer heutigen globalen Kommunikation.

​Es gibt viele Variationen des RAN, und je nach Mobilfunkgeneration (3G, 4G, 4G LTE, 5G NR), Region, Betriebsfrequenz und vielen anderen Faktoren können die genaue Zusammensetzung und die Komponenten des RAN stark variieren.

​Eine dieser RAN-Komponenten, die Funkeinheit (RU), ist eine entscheidende Komponente für die drahtlose Kommunikation über das RAN, da sie für das Senden und Empfangen von RF-Signalen von Benutzergeräten (UE) und das Weiterleiten an andere Komponenten der Basisstation zuständig ist. Genau wie das RAN selbst variiert es je nach Kontext der Anwendung. In diesem Whitepaper behandeln wir einige Permutationen des RAN, wie sich dies auf den Betrieb und die Zusammensetzung der RU auswirkt und wie sich dies wiederum auf den Test der RU auswirkt.

​Die RAN- und drahtlose Netzwerkinfrastruktur hat sich im Laufe der Jahrzehnte seit ihrer Einführung stark weiterentwickelt. Seit den Anfängen von 5G hat sich die Mobilfunkinfrastruktur von einer (oft als monolithische Basisstation bezeichneten) Einzelbasisstation zu verschiedenen Basisstationskomponenten mit geteilten Funktionen gewandelt.  

​Die Rolle von O-RAN in modernen Mobilfunknetzen

​Eine solche Permutation der geteilten Basisstation ist die O-RAN-Architektur. Der in 3GPP Rel-15 definierte Fronthaul-Split für O-RAN (7.2x) unterteilt das RAN in drei Hauptbestandteile: Funkeinheit (RU), Zentraleinheit (CU) und verteilte Einheit (DU). Dieser Entwurf ermöglicht Flexibilität bei der Implementierung und Lastverwaltung und Leistungssteigerungen. Außerdem bietet er die Möglichkeit, Komponenten verschiedener Anbieter zu verwenden, da Schnittstellen offener und zugänglicher sind. Ein Diagramm der O-RAN-Architektur sehen Sie in Abbildung 1.

^{Abbildung 1: Referenzarchitektur der O-RAN Alliance (Quelle: O-RAN-Whitepaper)}

​Weitere Informationen zur O-RAN-Architektur

​O-RAN ist zwar neu und gewinnt mit vielen Vorteilen traditioneller RANs regional an Zugkraft, wird aber in den kommenden Jahrzehnten nicht die einzige Art der Bereitstellung von Mobilfunkinfrastrukturen sein. Berücksichtigt man u. a. die bestehende Infrastruktur, die Nachfrage nach Mobilfunkverbindungen, die Kosten für die Implementierung und regulatorische Einschränkungen, so hängt die bereitgestellte Mobilfunkinfrastruktur von der Region und dem jeweiligen Anwendungsfall ab.

​Je nach Basisstationsvariante eines bestimmten Szenarios sind daher unterschiedliche RUs erforderlich. Diese Variabilität bedeutet, dass RUs mit unterschiedlichen Architekturen, Funktionsteilungen und proprietärem oder offenem IP weiterhin hergestellt und getestet werden müssen.

​*7-2x Funktionsteilung kann variieren

^{Tabelle 1: Ausgewählte RAN-RU-Funktionsteilungen}

​Wie Funktionsteilungen RU-Tests beeinflussen

​Obwohl die genaue RAN-Teilung variieren kann, gibt es acht primäre Möglichkeiten, wie die RU eine Verbindung zu übergeordneten Komponenten in der Basisstation herstellt. Die Art der implementierten Funktionsteilung bestimmt, welche Funktionen in der RU enthalten sind. Diese Entscheidung bestimmt wiederum, was während des Entwicklungsprozesses getestet werden muss.

^{Abbildung 2: RAN-Funktionsteilungen}

​Die RU ist eine entscheidende Komponente in jeder Mobilfunk-Basisstation. Die RU ist für den Empfang modulierter Signale von UEs zuständig und verbindet den Rest der Basisstation und das Kernnetz mit den Endnutzern. Sie verbindet auch viele UEs gleichzeitig mit einer Einzelbasisstation. Mit dieser Funktion hat sie die meisten Komponenten und eine beträchtliche Anzahl von Testpunkten, da viele RUs mehrere Antennen haben.

^{Abbildung 3: Diagramm einer RU mit mehreren Testports}

​Herausforderungen im RU-Produktionstest

​Die Konsequenz dieser Funktionen bedeutet, dass die RU im Produktionstest oft mit einzigartigen Herausforderungen verbunden ist:

• ​Konfigurierbarkeit – RUs können in vielen verschiedenen Konfigurationen mit mehreren Antennen, Kanälen und Duplex-Layouts vorhanden sein. Darüber hinaus gibt es verschiedene RAN-Funktionsteilungen, die unterschiedliche Testanforderungen haben können.
• ​Kosten – Aufgrund der Funktionen der RU sind die erforderlichen Testsysteme oft komplex und damit teurer als Testgeräte für Prüflinge anderer Typen. Die Minimierung der Gesamttestkosten durch Faktoren wie Skalierbarkeit, Kanaldichte und Entwicklungsdauer ist entscheidend für den Erfolg.
• ​Testzeit – Die Vielzahl der Komponenten mit den meisten Testports bedeutet, dass bereits eine geringfügige Erhöhung der Testzeit einen kombinierten Effekt mit der Anzahl der erforderlichen Tests hat.

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Effiziente Teststrategien für Funkeinheiten

​Die richtige Umschaltung, Testablaufsteuerung und Parallelität sowie der Fokus auf skalierbare und wiederverwendbare Software sind erforderlich, um effiziente und leicht konfigurierbare Testfälle zu gewährleisten und die zuvor hervorgehobenen Herausforderungen zu minimieren.

​Die vielleicht größte Variation in den Testanforderungen einer RU besteht in der Funktionsteilung. Da die Funktionsteilung bestimmt, welche Funktionen in der RU im Gegensatz zu anderen Basisstationskomponenten sind, variieren einige grundlegende Testfunktionen wie Prüflingssteuerung, DU-Emulation und digitale Schnittstellenkopplung stark und können Testkosten und -zeit sowohl für die Entwicklung als auch für den Test beeinflussen.

​Der Schlüssel zur Berücksichtigung dieser grundlegenden Veränderungen im Test ist eine offene und vielseitige Testplattform. Es ist schwierig, ein Testsystem zu finden, das sich an unterschiedliche RAN-Konfigurationen anpassen kann, zumal verschiedene Regionen zu unterschiedlichen Zeiten und mit unterschiedlichen Raten zu neuen Arten von drahtloser Infrastruktur übergehen. Die auf einer PXI-Plattform basierenden Test- und Messlösungen von NI für RUs in Basisstationen sind mit Software in ihrem Kern bestens aufgestellt, um diese Anforderungen zu erfüllen. 

​Die Kombination aus vielseitiger Hard- und Software von NI kann dabei helfen, effektive RU-Produktionstestlösungen bereitzustellen. Die NI-Testplattform bietet einen umfassenden Ausgangspunkt für die Konfiguration maßgeschneiderter Testlösungen und findet eine gute Balance zwischen benutzerdefinierten Testanforderungen und kurzen Entwicklungs- und Einführungszeiten für eine skalierbare, anpassbare und kostengünstige Lösung mit minimaler Integration und Entwicklung.

​Die Hardwarelösungen von NI für RU-Tests basieren auf der modularen PXI-Plattform mit dem PXI-Vektorsignal-Transceiver (VST). VSTs kombinieren einen Vektorsignalanalysator (VSA), einen Vektorsignalgenerator (VSG), einen benutzerprogrammierbaren FPGA und digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, wodurch sie für umfassende RF-Testapplikationen geeignet sind. Nennenswerte Modelle sind das PXIe-5842, das eine Frequenzabdeckung von bis zu 26,5 GHz und eine Momentanbandbreite von 2 GHz bietet, und das PXIe-5841, eine kostengünstige Option mit einer Frequenzabdeckung von bis zu 6 GHz. Diese VSTs sind auf die anspruchsvollen Anforderungen von RU-Produktionstests ausgelegt und bieten Skalierbarkeit, hohe Leistung und die Fähigkeit, verschiedene Mobilfunkstandards von veralteten Standards bis 5G zu erfüllen.

​Bei Software ist RFmx eine leistungsstarke und intuitive Schnittstelle für die RF-Messung und -Automatisierung. RFmx unterstützt eine Vielzahl von Anwendungen, von universellen RF-Messungen bis hin zu standardspezifischen Konfigurationen für 5G NR, Wi-Fi 7 und mehr. Dies bietet Funktionen wie interaktive Soft-Frontpanels für Einstellungen für schnelle Messungen, APIs mit erweiterter Programmierung für automatisierte Tests und Kompatibilität mit der InstrumentStudio™-Software von NI für Prüfstände mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. RFmx gewährleistet eine effiziente Testplanausführung mit Möglichkeiten der multithreadfähigen parallelen Messung, wodurch es eine ideale Wahl für die Optimierung von Testgeschwindigkeit, Genauigkeit und Entwicklungsdauer in RU-Produktionsumgebungen ist.