5Gテスト：信頼性とパフォーマンスの新パラダイム

National Instrumentsのビジネス&テクノロジーフェロー、Charles Schroeder氏が説明します：5Gはエンタープライズ通信から自律走行車まであらゆるものに革命をもたらします。約束される速度、超低レイテンシ、大量接続を実現するため、5Gデバイスは本質的に前世代より複雑であり、根本的に異なるテスト方法論を要求します。

歴史的に、テストエンジニアは確立された測定スイートとハードウェアケーブル手法に依存し、RF半導体、基地局、モバイルハンドセットをスケールで検証してきました。5Gの拡張スペクトラム、高度なビームフォーミング、密集アンテナアレイにより、それらのレガシー手法はもはや十分ではありません。オーバー・ジ・エア（OTA）テストが、ケーブルアプローチに代わって、現実的な運用条件での5Gパフォーマンスを正確に評価するために必須となります。

ユーザーあたり10 Gbpsという5G目標を達成するため、標準はマルチユーザーMIMO（MU-MIMO）を導入し、センチメートル波とミリ波（mmWave）帯域へ拡張します。MU-MIMOはビームフォーミングにより複数ユーザーが単一周波数帯を共有可能にし、mmWave周波数が高データレートに必要な帯域幅を提供します。しかし、mmWave信号はより急速に減衰するため、アンテナアレイと高度なビームフォーミングが範囲と電力延長に不可欠です。

これらの技術実装には、前世代よりはるかに多くのアンテナ要素が必要です。mmWave周波数ではアンテナ自体が微小となり、「アンテナ・イン・パッケージ」（AiP）ソリューションでモバイルデバイスに統合可能です。AiPは省スペースを提供しますが、直接テストポイントを排除するため、OTAテストが唯一の実行可能なオプションとなります。

OTAが新たな課題にどう対処するか

テストエンジニアにとって、周波数上昇、新パッケージング、アンテナ密度の増加はいくつかのハードルをもたらします。OTAテストは、アンテナキャリブレーション、治具公差、信号反射から追加の測定不確実性を導入します。エンジニアは今や、無響室手順、ビーム特性評価、最適コードブック計算、アンテナパラメータプロファイリングをテスト計画に組み込む必要があります。

さらに、拡大し続けるRF帯域幅がキャリブレーションと測定の計算負荷を増大させ、テスト時間を延長します。テストマネージャーは、これらの技術的要求を資本コスト、運用費、市場投入時間、OTAチャンバーに必要な物理的フットプリントとバランスさせなければなりません。

これらの課題にもかかわらず、OTAテストは独自の利点をもたらします。ケーブルでアクセスできないAiPベースのアンテナアレイを探査できる唯一の手法です。OTAはアレイ全体のシステムレベル評価を可能にし、直列または並列の個別要素テストと比較して、潜在的により高いスループットと効率を解き放ちます。

業界専門家は繰り返し、堅牢なテストフレームワークがコストとスケジュールを制御しながら技術進歩に追従できることを実証してきました。テスト機器と方法論——特にOTAソリューション——の継続的なイノベーションにより、世界中のエンジニアは5Gの商業的成功を確実にするための良い位置にあります。

著者はCharles Schroeder、Business and Technology Fellow、National Instruments