​Gestion de la complexité des unités radio (RU) dans les réseaux RAN sans fil

​Le réseau d’accès radio (RAN) décrit l’infrastructure de communication permettant de connecter les téléphones mobiles au réseau central. Il coordonne les ressources et les données du réseau, en facilitant les connexions à d’autres téléphones cellulaires/périphériques et la connectivité des données. Il s’agit de l’épine dorsale de nos méthodes de communication actuelles à l’échelle mondiale.

​Le RAN présente de nombreuses variations. En fonction de la génération cellulaire (3G, 4G, 4G LTE, 5G NR), de la région, de la fréquence de fonctionnement et de nombreux autres facteurs, la composition exacte et les composants du RAN peuvent varier considérablement.

​L’un de ces composants du RAN, l’unité radio (RU), est un élément essentiel pour la communication sans fil via le RAN. Elle est chargée de transmettre et de recevoir des signaux RF provenant d’équipements utilisateur (UE) et de les relayer vers d’autres composants de la station de base. Comme le RAN lui-même, elle varie également en fonction du contexte de l’application. Dans ce white paper, nous aborderons différentes permutations du RAN, dans quelle mesure cela affecte le fonctionnement et la composition de la RU et l’impact sur le test de RU en conséquence.

​Le RAN et l’infrastructure réseau sans fil ont considérablement évolué au cours des décennies qui se sont écoulées depuis leur création. Depuis les premières étapes de la 5G, l’infrastructure cellulaire est passée d’une station de base unique (souvent appelée architecture monolithique) à divers composants de station de base dotés de fonctions divisées.  

​Le rôle d’O-RAN dans les réseaux cellulaires modernes

​L’une de ces permutations de station de base divisée est l’architecture O-RAN. La division fronthaul O-RAN (7.2x), telle que définie dans la Release 15 du 3GPP, divise le RAN en trois composants principaux : l’unité radio (RU), l’unité centralisée (CU) et l’unité distribuée (DU). Cette conception offre une certaine flexibilité dans la mise en œuvre, la gestion des charges, l’amélioration des performances et la possibilité d’utiliser des composants de divers fournisseurs, car les interfaces sont plus ouvertes et accessibles. La Figure 1 présente un diagramme de l’architecture O-RAN.

^{Figure 1 : Architecture de référence O-RAN Alliance (Source : white paper O-RAN)}

​En savoir plus sur l’architecture O-RAN

​Bien que l’architecture O-RAN soit nouvelle et qu’elle gagne en puissance à l’échelle régionale avec de nombreux avantages par rapport aux RAN traditionnels, ce ne sera pas le seul type de déploiement d’infrastructure cellulaire au cours des prochaines décennies. Lors de l’examen de l’infrastructure existante, de la demande en connectivité cellulaire, du coût de mise en œuvre et des contraintes réglementaires, entre autres, l’infrastructure cellulaire déployée dépend de la région spécifique et du cas d’utilisation.

​Par conséquent, des RU différentes seront nécessaires en fonction de la variation exacte de la station de base d’un scénario spécifique. Cette variabilité signifie que les RU dotées d’architectures, de divisions fonctionnelles et d’IP propriétaires ou ouvertes différentes devront continuer à être fabriquées et testées.

​*La division fonctionnelle 7-2x peut varier

^{Tableau 1 : Quelques divisions fonctionnelles RAN RU}

​Comment les divisions fonctionnelles influencent-elles les tests RU ?

​Bien que la division RAN exacte puisse varier, il existe huit méthodes principales de connexion de la RU à des composants de plus haut niveau dans la station de base. Le type de division fonctionnelle mise en œuvre régit les fonctions de la RU. Cette décision, à son tour, détermine les éléments qui doivent être testés au cours du processus de développement.

^{Figure 2 : Divisions fonctionnelles RAN}

​La RU est un composant essentiel dans toute station de base de réseau cellulaire. Chargée de la réception des signaux modulés des UE, la RU connecte le reste de la station de base et du réseau central aux utilisateurs finaux. Elle connecte également simultanément plusieurs UE à une seule station de base. Cette fonction signifie qu’elle dispose du plus grand nombre de composants avec une quantité considérable de points de test, car de nombreuses RU ont plusieurs antennes.

^{Figure 3 : Diagramme d’une RU avec plusieurs ports de test}

​Défis du test en production des RU

​La conséquence de ces fonctions ? La RU présente souvent des défis uniques en matière de test en production :

• ​Configurabilité : les RU peuvent être livrées dans de nombreuses configurations différentes, avec plusieurs antennes, voies et dispositions en duplex. En outre, il existe différentes divisions fonctionnelles RAN qui peuvent nécessiter d’autres exigences de test.
• ​Coût : les fonctions de RU signifient que les systèmes de test requis sont souvent complexes et donc plus coûteux que les équipements de test pour d’autres types de DUT. La réduction du coût total des tests grâce à des facteurs tels que l’évolutivité, la densité de voies et le temps de développement est essentielle à la réussite.
• ​Durée de test : étant donné qu’il s’agit des composants les plus nombreux disposant du plus grand nombre de ports de test, même une petite augmentation de la durée de test a un effet amplifié avec la quantité de tests nécessaires.

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Stratégies de test efficaces pour les unités radio

​Une commutation, un séquençage des tests et un parallélisme appropriés, ainsi qu’une attention particulière aux logiciels évolutifs et réutilisables, sont nécessaires pour garantir des cas de test efficaces et facilement configurables, permettant d’aider à minimiser les défis précédemment soulignés.

​La plus grande variation dans les exigences de test d’une RU concerne peut-être la division fonctionnelle. Étant donné que la division fonctionnelle détermine quelles fonctions se trouvent dans la RU par rapport aux autres composants de la station de base, certaines fonctions de test fondamentales telles que le contrôle du DUT, l’émulation de la DU et l’interfaçage numérique varient considérablement et peuvent influencer le coût du test et la durée du développement et du test.

​Une plate-forme de test ouverte et polyvalente constitue la clé pour tenir compte de ces changements fondamentaux dans le test. Il est difficile de trouver un système de test capable de s’adapter à différentes configurations RAN, d’autant que différentes régions évoluent vers de nouveaux types d’infrastructures sans fil à différents moments et à différents rythmes. Construites sur une plate-forme PXI avec un logiciel central, les solutions de test et de mesure de NI pour les stations de base RU sont bien placées pour répondre à ces exigences. 

​La combinaison de matériel et de logiciels polyvalents de NI peut permettre de fournir des solutions de test en production de RU efficaces. En établissant un point de départ de haut niveau pour la configuration de solutions de test sur mesure, la plate-forme de test NI équilibre les exigences de test personnalisées avec des délais rapides de développement et de mise en service pour obtenir une solution évolutive, personnalisable et rentable avec un minimum d’intégrations et de développement.

​Les solutions matérielles de NI pour le test de RU sont construites sur la plate-forme modulaire PXI, notamment le transcepteur de signaux vectoriels (VST) PXI. Les VST associent un analyseur de signaux vectoriels (VSA), un générateur de signaux vectoriels (VSG), un FPGA programmable par l’utilisateur et des interfaces numériques haute vitesse, ce qui les rend parfaitement adaptés aux applications de test RF complet. Les modèles notables incluent le système PXIe-5842, qui offre une couverture de fréquence allant jusqu’à 26,5 GHz et 2 GHz de bande passante instantanée, ainsi que le PXIe-5841, une option rentable doté d’une couverture de fréquence jusqu’à 6 GHz. Ces VST sont conçus pour répondre aux exigences strictes des tests en production de RU, offrant une évolutivité, des performances élevées et la capacité de s’adapter à diverses normes cellulaires, des anciennes normes à la 5G.

​En ce qui concerne le logiciel, RFmx fournit une interface puissante et intuitive pour la mesure et l’automatisation RF. RFmx prend en charge un large éventail d’applications, des mesures RF à usage polyvalent aux configurations spécifiques aux normes pour la 5G NR, le Wi-Fi 7, etc. Le logiciel est doté de fonctionnalités telles que des faces-avant logicielles interactives pour des configurations de mesure rapides, des API de programmation avancées pour les tests automatisés et la compatibilité avec le logiciel InstrumentStudio™ de NI pour profiter d’une expérience complète de banc de test. RFmx assure une exécution efficace du plan de test avec des capacités de mesure parallèle multithread, ce qui en fait un choix idéal pour optimiser la vitesse, la précision et la durée du développement des tests dans les environnements de production de RU.