5G memerlukan pendekatan baru untuk pengujian nirkabel
Charles Schroeder
5G memiliki potensi untuk mengubah hidup kita secara signifikan, kata Charles Schroeder, rekan Bisnis dan Teknologi, National Instruments. Dari komunikasi bisnis yang lebih baik, rumah dan pabrik yang lebih cerdas, hingga kemajuan dalam kendaraan otonom. Untuk mengaktifkan transformasi tersebut, perangkat nirkabel 5G harus lebih cepat, memiliki latensi yang lebih rendah, dan memiliki konektivitas yang tak tertandingi dibandingkan dengan generasi sebelumnya. Akibatnya, mereka akan lebih kompleks dalam riasan mereka sehingga memerlukan pendekatan baru untuk pengujian
Sebelumnya, teknisi pengujian telah mengulangi serangkaian pengukuran dan teknik yang diterima untuk menguji teknologi komunikasi nirkabel dalam volume tinggi, dari semikonduktor RF hingga stasiun pangkalan dan handset seluler. Dengan 5G, teknologi di dalam perangkat nirkabel ini akan menjadi lebih kompleks, sehingga teknik yang sangat dioptimalkan yang telah digunakan untuk menguji generasi sebelumnya perlu dipikirkan kembali. Pengujian komponen dan perangkat 5G dengan metode over-the-air (OTA) alih-alih metode kabel yang saat ini digunakan akan diperlukan untuk memvalidasi kinerja teknologi 5G.
Teknologi baru untuk meningkatkan bandwidth
Salah satu tujuan utama standar 5G adalah meningkatkan kapasitas data secara signifikan hingga 10 Gbps per pengguna, untuk memenuhi permintaan data pengguna yang meningkat. Tetapi untuk mencapai ini, teknologi baru sedang diperkenalkan. Pertama, spesifikasi 5G mencakup teknologi Multiuser MIMO (MU-MIMO) yang memungkinkan pengguna untuk secara bersamaan berbagi pita frekuensi yang sama melalui teknologi beamforming, menciptakan koneksi nirkabel yang unik dan terfokus untuk setiap pengguna. Kedua, standar 5G menambahkan lebih banyak spektrum nirkabel, meluas ke frekuensi gelombang sentimeter dan milimeter (mmWave).
Implementasi fisik dari teknologi MU-MIMO dan mmWave menggunakan elemen antena yang jauh lebih banyak daripada standar seluler generasi sebelumnya. Hukum fisika menyatakan bahwa sinyal pada frekuensi mmWave akan melemah jauh lebih cepat saat mereka melakukan perjalanan melalui ruang bebas daripada sinyal pada frekuensi seluler saat ini. Jadi, untuk tingkat daya yang ditransmisikan serupa, frekuensi seluler mmWave akan memiliki jangkauan yang jauh lebih kecil daripada pita seluler saat ini.
Untuk mengatasi hilangnya jalur ini, pemancar dan penerima 5G akan menggunakan susunan antena yang bekerja secara bersamaan dan menggunakan teknologi beamforming untuk meningkatkan daya sinyal, bukan antena tunggal per band di perangkat saat ini. Meskipun penting untuk meningkatkan kekuatan sinyal, susunan antena dan teknik beamforming yang sama ini sangat penting untuk menerapkan teknik MU-MIMO.
Untuk memasukkan semua antena ini ke ponsel masa depan, antena pada frekuensi mmWave akan jauh lebih kecil daripada antena seluler yang digunakan untuk standar saat ini. Teknologi pengemasan baru, seperti antenna in package (AiP), akan memudahkan integrasi antena ini ke dalam batasan ruang kecil dari smartphone modern, tetapi susunan antena mungkin sepenuhnya tertutup tanpa titik uji yang dapat dihubungi secara langsung.
Bagaimana OTA dapat mengatasi tantangan baru
Untuk teknisi pengujian, peningkatan frekuensi, teknologi paket baru, dan jumlah antena yang lebih besar akan menyulitkan untuk menjaga kualitas tetap tinggi sambil membatasi kenaikan biaya modal (biaya peralatan uji) dan biaya pengoperasian (waktu untuk menguji setiap perangkat). Teknik OTA baru akan membantu mengatasi masalah ini, tetapi juga menghadirkan beberapa tantangan.
Pertama, akurasi pengukuran akan menjadi tantangan. Tidak seperti pengujian kabel, saat melakukan pengukuran OTA, teknisi pengujian akan menangani ketidakpastian pengukuran tambahan yang menyertai kalibrasi dan akurasi antena, toleransi pemasangan, dan pantulan sinyal. Kedua, pengukuran baru harus diintegrasikan ke dalam rencana pengujian perangkat untuk integrasi ruang anechoic, karakterisasi sinar, perhitungan buku kode yang optimal, dan karakterisasi parameter antena.
Ketiga, karena bandwidth RF terus meningkat, kebutuhan pemrosesan untuk kalibrasi dan pengukuran pada bandwidth lebar ini juga meningkat, yang menambah masalah waktu pengujian. Terakhir, manajer pengujian harus membuat pertimbangan bisnis tambahan untuk memastikan kualitas produk sambil meminimalkan dampak terhadap waktu ke pasar, biaya modal, biaya operasi, dan ruang lantai (untuk mengakomodasi ruang OTA).
Sementara OTA menghadirkan tantangan, ia juga menawarkan manfaat. Pertama, OTA adalah satu-satunya pilihan untuk teknologi AiP karena array antena terintegrasi di dalam sebuah paket tanpa cara untuk menghubungkan kabel langsung ke elemen array. Bahkan jika teknisi pengujian dapat menghubungi elemen antena individu menggunakan metode pengujian yang dilakukan, mereka menghadapi pilihan yang sulit untuk mengujinya secara paralel atau mengujinya secara serial (dengan mengorbankan waktu pengujian dan throughput). Banyak masalah teknis yang masih perlu diselesaikan, tetapi pengujian OTA menawarkan kemungkinan pengujian array sebagai sistem, bukan sekumpulan elemen individual, yang dapat menghasilkan janji efisiensi yang lebih besar dari pengujian tingkat sistem.
Di masa lalu, pemasok dan insinyur peralatan uji telah berhasil mengatasi tantangan pengujian yang meningkatkan kinerja dan kompleksitas sambil meminimalkan waktu ke pasar dan biaya pengujian. Jadi, saya sangat yakin bahwa mereka dapat melakukannya lagi untuk 5G. Meskipun tantangan pengujian 5G saat ini terlihat rumit, para insinyur di seluruh dunia membuat kemajuan besar dalam mengembangkan instrumen dan metode pengujian baru, seperti OTA, yang diperlukan untuk membuat 5G sukses secara komersial di masa depan.
Penulisnya adalah Charles Schroeder, rekan Bisnis dan Teknologi, Instrumen Nasional
