Over-the-air testing for massive-MIMO products

Abstract

This master’s thesis aims to investigate and improve the testing of massive-MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) fifth generation (5G) radios in product maintenance. It is done by studying radio testing in product maintenance engineering and implementing a suitable test entity for product maintenance use based on the conclusions made in the investigation. There are mainly three testing methods used in product maintenance radio testing: basic functionality testing for scanning the basic functions of the radio, conducted RF performance testing to test the radio frequency (RF) performance using cables, and over-the-air (OTA) testing to wirelessly test the radios with the antennas. The study reveals that the best method for massive-MIMO radio testing is the over-the-air testing method, so the OTA method is chosen for the test entity.

As a part of the test entity implementation, the target use is outlined, the test entity is planned and implemented, and a suitable test setup is built. The created test entity is meant for fault investigations but can be used for other purposes as well. The test entity is divided into two parts: basic functionality measurements and RF performance test sequence. The basic functionality measurements are performed when forming an overview of the basic functionality of the radio, for example, the startup and reset recovery ability. The RF performance parameters are measured to ensure that the radio operates correctly on the desired frequency band and according to the specifications.

The result is a functioning test entity covering the desired tests. The test entity is meant to be used as a first test performed for the radio arriving at fault investigations and is rather superficial. It can also be used as a guideline for future development of product maintenance over-the-air testing capabilities, and it is the most probable use-case for this thesis.

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia ja kehittää massiivi-MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 5G (viidennen sukupolven verkkosysteemi) radioiden testaamista tuoteylläpidossa. Se tehdään tutustumalla tuoteylläpidon radiotestaamiseen ja toteuttamalla tutkimuksessa tehtyjen johtopäätösten perusteella tuotteiden ylläpitokäyttöön sopiva testikokonaisuus. Tuoteylläpidon radiotestauksessa käytetään pääasiassa kolmea eri testimenetelmää: perustoiminnallisuuden testaus radion perustoimintojen kartoittamiseksi, johtuva radiotaajuussuorituskyvyn testaus jolla suorituskykyä tutkitaan kaapeleiden avulla, sekä ilmarajapinnassa testaaminen radion testaamiksesi langattomasti antennielementin kanssa. Tutkimuksen tuloksena havaitaan, että paras tapa testata massiivi-MIMO radiota on käyttää ilmarajapintatestimenetelmää, joka myös valitaan testikokonaisuuden testimenetelmäksi.

Osana testikokonaisuuden toteutusta, testikokonaisuuden käyttötarkoitus rajataan, se suunnitellaan ja toteutetaan sekä rakennetaan sopiva testaamisympäristö. Luotu testikokonaisuus on tarkoitettu tuotevikojen etsintään, mutta sitä voidaan käyttää myös muihin tarkoituksiin. Testikokonaisuus jaettiin kahteen osioon: perusparametrimittauksiin sekä radion suorituskyvyn mittauksiin. Perusparametrimittauksia suoritetaan muodostettaessa yleiskuvaa radion perustoiminnoista, kuten käynnistymiskyvystä virtojen katkaisun jälkeen tai käyttöön otettaessa. Radion suorituskyky parametreja mitataan sen varmistamiseksi, että radio toimii oikein halutulla taajuusalueella ja määriteltyjen vaatimusten mukaisesti.

Työn tuloksena saatiin toimiva testikokonaisuus, joka kattaa halutut testit. Testikokonaisuus on tarkoitettu käytettäväksi ensimmäisenä testinä radioille jotka saapuvat tuotevikatutkimuksiin ja on melko pintapuolinen. Lisäksi sitä voidaan käyttää ohjenuorana kehitettäessä tuoteylläpidon ilmarajapintatestauskyvykkyyttä tulevaisuudessa ja se onkin tämän lopputyön todennäköisin käyttötarkoitus.