​RANワイヤレスネットワークにおける無線ユニット (RU) テストの複雑さに対処する

​無線アクセスネットワーク (RAN) は、携帯電話をコアネットワークに接続するための通信インフラストラクチャを表現するものです。ネットワークのリソースとデータを調整し、他の携帯電話やデバイスへの接続、およびデータ接続を可能にし、今日のグローバルな通信方法のバックボーンとなっています。

​RANにはさまざまなバリエーションがあり、携帯電話の世代 (3G、4G、4G LTE、5G NR)、地域、動作周波数その他の多くの要因によって、RANの具体的な構成やコンポーネントは大きく異なります。

​これらのRANコンポーネントの1つである無線ユニット (RU) は、ユーザ機器 (UE) に対してRF信号の送受信を行い、基地局の他のコンポーネントへ中継する役割を担います。そのため、RAN経由のワイヤレス通信において重要なコンポーネントです。RANそれ自体と同様に、RUもまたアプリケーションの状況に応じて異なります。このホワイトペーパーでは、RANのさまざまな配列と、それがRUの動作と構成に与える影響、およびその結果としてRUのテストにどのような影響が生じるのかについて説明します。

​RAN、そしてワイヤレスネットワークインフラストラクチャは、その登場以来数十年にわたって大きく進化してきました。5Gの初期の段階以後、携帯電話インフラストラクチャは単一の (モノリシックと呼ばれることが多い) 基地局から、分割された機能を持つさまざまな基地局コンポーネントへと変遷してきています。 

​最新の携帯電話ネットワークにおけるO-RANの役割

​そのような分割基地局の配列の1つが、O-RANアーキテクチャです。3GPP Rel-15で定義されているように、O-RAN (7.2x) のフロントホール分割では、RANが無線ユニット (RU)、集中型ユニット (CU)、分散型ユニット (DU) の3つの主要なコンポーネントに分割されます。この設計により、インタフェースのオープン性とアクセス性が高まるため、実装、負荷管理、パフォーマンスの向上が柔軟に行えるようになり、さまざまなベンダーのコンポーネントを利用できるようになります。図1はO-RANアーキテクチャの図を示したものです。

^{​図1:O-RAN Allianceのリファレンスアーキテクチャ (出典: O-RANホワイトペーパー)}

​O-RANアーキテクチャの詳細

​O-RANは新しく、地域レベルで普及しつつあり、従来のRANが持つ多くの利点を提供していますが、今後数十年は携帯電話インフラストラクチャにおける唯一の導入タイプとなることはないでしょう。既存のインフラストラクチャ、携帯電話接続の需要、実装コスト、規制上の制約などを考慮すると、デプロイされる携帯電話インフラストラクチャは特定の地域とユースケースによって異なります。

​その結果、どのようなRUが必要になるかは、特定のシナリオにおける具体的な基地局のバリエーションに応じたものになるでしょう。つまり、さまざまなアーキテクチャ、機能分割、独自のIPまたはオープンIPを備えたRUを、継続的に製造およびテストする必要があることを意味します。

​*7-2x 機能的分割はさまざまに異なる

^{​表1:RANのRU機能分割の選択}

​機能的分割がRUテストに与える影響

​RANの具体的な分割はさまざまですが、RUが基地局の上位コンポーネントに接続する方法は主に8つあります。実装される機能分割のタイプによって、RUに含まれる機能が決まります。この決定により、開発プロセス中に何をテストする必要があるかが決まります。

^{​図2:RANの機能分割}

​RUは、携帯電話ネットワークの基地局において重要なコンポーネントです。RUはUEから変調信号を受信する役割を持ち、残りの基地局およびコアネットワークをエンドユーザに接続します。また、複数のUEを1つの基地局に同時に接続します。多くのRUには複数のアンテナがあるため、この機能はコンポーネントが最も多く、テストポイントも相当数あります。

^{​図3:複数のテストポートを持つRUの図}

​RU製造テストの課題

​これらの機能の結果として、RUはしばしば、製造テストにおいて次のような固有の課題が生じます。

• ​構成可能性―RUには、複数のアンテナ、チャンネル、二重レイアウトといった、さまざまな構成があります。さらに、さまざまなRAN機能分割があり、それらは異なるテスト要件を必要とする可能性があります。
• ​コスト―RUの機能は多くの場合、必要となるテストシステムが複雑になり、そのため他の種類のDUT用のテスト装置よりもコストがかかります。テストを首尾よく行うためには、拡張性、チャンネル密度、開発時間といった要素を考慮してテストの総コストを最小限に抑えることが重要です。
• ​テスト時間―コンポーネントの数が最も多く、テストポートも最も多いため、テスト時間が少しでも長くなると、必要なテストの量が複合的に増加します。

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無線ユニットの効率的なテスト戦略

​テストケースを効率的で構成の容易なものとし、前述した課題を最小限に抑えるためには、適切な切り替え、テストシーケンス、並列化、拡張性と再利用性を備えたソフトウェアに注目することが必要です。

​RUのテスト要件における最大の変動要因には、おそらく機能分割が関係します。機能分割により、基地局の他のコンポーネントにはないどのような機能がRUにあるのかが決まります。そのため、DUT制御、DUエミュレーション、デジタルインタフェースといった基本的なテスト機能は大きく異なり、開発とテストの両方のテストコストと時間に影響を与えます。

​こうしたテストの根本的な変化に対処する上で鍵となるのが、多目的のオープンなテストプラットフォームです。多様なRAN構成に適応できるテストシステムを見つけることは容易ではありません。とりわけ、新しい種類の無線インフラストラクチャへの移行は地域により異なり、その時間もスピードもさまざまです。PXIプラットフォームを基盤とし、ソフトウェアを中核とした、NIの基地局RU向けテスト/測定ソリューションは、こうした要求に十分に応えることができます。 

​NIが提供する汎用性の高いハードウェアとソフトウェアの組み合わせは、効果的なRU製造テストソリューションの実現に役立ちます。NIのテストプラットフォームを、カスタマイズされたテストソリューションを構成する際の総合的な出発点とすることで、カスタマイズされたテスト要件と迅速な開発/ブリングアップ時間とのバランスが保たれ、拡張性、カスタマイズ性、費用対効果に優れたソリューションを最小限の統合と開発で実現できます。

​NIのRUテスト用ハードウェアソリューションは、PXIベクトル信号トランシーバ (VST) を備えたモジュール式PXIプラットフォーム上に構築されています。VSTは、ベクトル信号アナライザ (VSA)、ベクトル信号発生器 (VSG)、ユーザプログラマブルFPGA、高速デジタルインタフェースを組み合わせたもので、包括的なRFテストアプリケーションに適しています。注目すべきモデルには、最大26.5 GHzの周波数帯域と2 GHzの瞬時帯域幅を提供するPXIe-5842と、最大6 GHzの周波数帯域を持つ費用対効果の高いオプションであるPXIe-5841があります。これらのVSTは、RU製造テストの厳しい要件に対応するように設計されており、拡張性、高性能、レガシーから5Gまでのさまざまな携帯電話規格に対応する機能を提供します。

​ソフトウェアについては、RFmxはRF測定と自動化のための強力で直感的なインタフェースを提供します。RFmxは、汎用RF測定から5G NR、Wi-Fi 7などの規格固有の構成まで、幅広いアプリケーションをサポートしています。迅速な測定セットアップのためのインタラクティブなソフトフロントパネル、自動テストのための高度なプログラミングAPI、包括的なテストベンチエクスペリエンスのためのNI InstrumentStudio™ソフトウェアとの互換性などの機能を提供します。RFmxは、マルチスレッドの並列測定機能によって効率的なテスト計画の実行を確保し、RU本稼働環境でのテスト速度、確度、開発時間の最適化に最適です。