mmWave RX interference test considerations and challenges in OTA environment

Abstract

Verifying equipment using the OTA (Over the Air) techniques is a recent addition in telecommunication testing. With the addition of new frequency bands, mmWave (millimetre wave) technology and massive MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output), the 3GPP (3rd Generation Partnership Programme) has cemented OTA testing as the focus for verifying future equipment. However, these verifying methods are still in development, or stated as general ideas of how they are meant to be done. The main goal of this thesis is to study and design a system for receiver radio testing, according to 3GPP specifications. The test system must operate in mmWave frequency range and must be integrated to a pre-built antenna testing environment. The motivation is to verify the testing method proposed by 3GPP for mmWave receiver testing and analyse it thoroughly.

This thesis aims to answer such research questions as: Is the testing method proposed by 3GPP valid for verifying mmWave frequency products? What are the major challenges, when designing test setup for high frequency devices? How can the method be improved and how it can be applied in the future?

This thesis answers the first question by applying the proposed test methods in practical scenario and testing an actual eNB/gNB (eNodeB / Next generation eNodeB). Since the proposed test method has only general outline of what equipment to use, the actual test scenario will have additional pieces of testing equipment.

For the second question, this thesis discusses the theory behind 5G and mmWave challenges, and how the use of these techniques is justified for practical usage. This theory is based on former research as well as current specifications applied by the 3GPP.

The third research question is part of the final analysis, where the test results are analysed, and the major parts are discussed in depth. These discussions are then further expanded on with the purpose of suggesting possible areas of improvement as well as how to apply these findings into future use.

The final outcome of the study is that the suggested test method is workings as it was presented by the 3GPP. However, there are some areas of improvement that should be discussed as a future work.

Tuotteiden testaaminen ilmateitse on melko uusi lisäys tietoliikennetestauksen tekniikoihin, joita käytetään tuotteiden varmentamiseen. 3GPP on osoittanut OTA-testauksen keskeiseksi osaksi tulevien tuotteiden verifiointia. Osaksi tämä johtuu uusien taajuuskanavien käyttöönotosta, millimetriaaltoteknologiasta sekä massive MIMO tuotteiden yleistymisestä. Vaikka testaustapoja on jo ehdotettu, ne ovat vielä mahdollisesti vain yleisiä ideoita kuinka testejä tulisi suorittaa. Työn tarkoituksena on tutkia ja suunnitella vastaanottimen testaamiseen tehty testijärjestely. Testijärjestelyn tulee toimia millimetriaalloille tarkoitetulla taajuusalueella, ja työ tulee integroida valmiiksi suunniteltuun CATR-antennikammioon. Työn motivaationa on verifioida 3GPP:n ehdottama testausmetodi, millimetriaaltotaajuuksilla toimivien vastaanottimien toimivuus ja analysoida tämä tarkemmin.

Tämä työ pyrkii vastaamaan tutkimuskysymyksiin kuten: Onko 3GPP:n ehdottama testimetodi pätevä verifioimaan millimetriaaltotaajuuksilla toimivia tuotteita? Mitä ovat suurimmat haasteet, kun suunnitellaan testijärjestelyä korkeataajuuksisille laitteille? Kuinka tätä metodia voidaan parantaa, ja kuinka sitä voidaan hyödyntää tulevaisuudessa?

Työ vastaa ensimmäiseen tutkimuskysymykseen ottamalla käyttöön 3GPP:n ehdottamat testausmetodit käytännön testijärjestelyssä, ja testaamalla näillä metodeilla oikean tuotteen. Tällä tavoin ehdotettu testausmetodi pyritään verifioimaan. Tulee kuitenkin ottaa huomion, että ehdotetussa metodissa esitetään vain yleisellä tasolla mitä testaamiseen käytettävää laitteistoa käytetään. Tämän takia testeissä tulee olemaan joitain lisälaitteita, jotka ovat kuitenkin osa kokonaista testiympäristöä.

Toiseen tutkimuskysymykseen perehdytään käymällä läpi teoriaa 5G:n ja millimetriaaltoteknologian haasteista, ja kuinka näitä tekniikoita tullaan hyödyntämään tulevaisuudessa. Teoria perustuu aiempaan tutkimukseen, sekä nykyisiin spesifikaatioihin jota 3GPP on kehittänyt.

Kolmas tutkimuskysymys on osa lopullista analyysiä, jossa testien tulokset analysoidaan ja niiden pääkohdista keskustellaan tarkemmin. Tämän jälkeen keskusteluja täsmennetään liittyen mahdollisiin parannuksiin tietyllä aihealueilla, sekä mahdollisuuksista käyttää kyseisiä tuloksia tulevaisuudessa.

Lopullinen päätelmä on, että ehdotettu testausmetodi toimii kuten se oli esitetty 3GPP:n dokumentoinnissa. On kuitenkin joitain osa-alueita, joita voitaisiin käsitellä tarkemmin tai jopa parantaa tulevaisuutta varten.