Ba thách thức về đo kiểm cần vượt qua khi ứng dụng công nghệ 5G

3 thách thức chính

Theo phân tích của chuyên gia Keysight Technologies, nhu cầu của người tiêu dùng về băng thông lớn hơn, tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và kết nối tốt hơn đang thúc đẩy các kỹ sư sáng tạo những giới hạn mới của công nghệ di động, sử dụng 5G NR (new radio) để đáp ứng các nhu cầu này bằng hệ thống mạng truyền thông liên lạc đáng tin cậy.

Với 5G NR, các công nghệ hiện tại và mới cần được ứng dụng để có được thông lượng dữ liệu cực lớn nhưng cũng đồng thời tạo ra những thách thức mới về đo kiểm: Đo kiểm ở các tần số mmWave, các băng thông kênh rộng hơn và cấu hình đa ăng-ten phức tạp.

Các thiết bị di động và trạm phát sóng 5G NR sẽ triển khai các thiết kế sử dụng tần số dưới 6 GHz và mmWave với yêu cầu tối ưu hóa và xác thực hiệu năng chùm sóng 3 chiều với các cấu hình đo kiểm qua OTA mới phức tạp hơn cùng băng thông kênh rộng và các yêu cầu đo kiểm MIMO đa kênh. Sự phức tạp này làm tăng số lượng công cụ cần thiết cũng như mức độ không chắc chắn trong đo lường các hệ thống OTA mmWave - khiến cho các phép đo trở nên kém chính xác hơn và khó lặp lại hơn.

Mặc dù chuẩn 5G NR đang phát triển còn chưa thực chắc chắn, song 5G đang có các ứng dụng hữu ích trong nhiều ngành công nghiệp. Cụ thể, với ngành ô tô, thời gian phản ứng của xe tự lái với các tình huống khẩn cấp nhanh hơn rất nhiều thời gian phản ứng của con người. Trong ngành giải trí và truyền phát đa phương tiện trên điện thoại di động và PC, việc tải xuống một bộ phim có thời lượng trung bình có thể giảm từ 7 phút xuống còn 6 giây. Còn trong lĩnh vực IoT, 5G hứa hẹn sẽ tăng cường an ninh bảo mật và tình trạng sức khỏe bằng cách hỗ trợ các thiết bị IoT có tốc độ truyền dữ liệu cao trong ngôi nhà thông minh.

Ông Lawrence Liu, Tổng giám đốc khu vực châu Á – Thái Bình Dương của Keysight Technologies.

Tuy nhiên, theo ông Lawrence Liu, Tổng giám đốc khu vực châu Á – Thái Bình Dương của Keysight Technologies, trước khi đạt được điều đó, các ứng dụng 5G cần phải vượt qua 3 rào cản đầy thách thức về đo kiểm, đo là: Sự phức tạp khi thiết lập hệ thống đo kiểm; suy hao đường truyền hệ thống cao hơn; Chu kỳ phát triển sản phẩm dài.

Cụ thể, ông Lawrence Liu cho hay, đo kiểm 5G thường yêu cầu thực hiện các thiết lập đo kiểm phức tạp hơn để đặc tả các thiết kế di động mới. Các ứng dụng 5G thời kỳ đầu sẽ hoạt động ở tần số dưới 6 GHz và sóng mmWave trong khoảng từ 28 GHz đến 39 GHz. 5G cũng yêu cầu băng thông biến tần cao hơn (lên đến 2 GHz) để hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao nhất.

Do các ứng dụng 5G hoạt động ở các tần số mmWave, các thiết lập thực hiện trước đó được chuyển sang thiết lập đo kiểm OTA với ăng-ten tổ hợp pha. Các ăng-ten này được gắn trực tiếp với mạch tích hợp RF, có độ tăng ích cao (high gain) và khả năng điều khiển chùm sóng, cho độ tin cậy cao hơn ở tần số mmWave.

Bên cạnh đó, do tín hiệu cần thiết được truyền vô tuyến thay vì môi trường cáp vật lý, nên sẽ có suy hao đường truyền hệ thống. Suy hao đường truyền hệ thống cao dẫn đến tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp, khiến cho việc đo máy truyền phát có các chỉ số Biên độ vector lỗi và tỷ lệ công suất kênh lân cận kém. Điều này có nghĩa là các phép đo không cho thấy hiệu năng thực của thiết bị, đồng thời cũng làm giảm độ nhạy của máy thu.

Trong công nghệ OTA hiện tại, ai cũng biết đến khái niệm đo kiểm ăng-ten bức xạ. Tuy nhiên, cùng với sự dịch chuyển từ 4G sang 5G, đo kiểm OTA sẽ phải bao gồm cả đo kiểm tham số RF và đo kiểm hiệu suất chức năng ở tần số mmWave. Các phép đo kiểm này bao gồm từ phép đo kiểm EVM, tỷ lệ rò rỉ kênh lân cận (ACLR) cho tới thông lượng dữ liệu và modem.

Cuối cùng, một thách thức lớn khác về đo kiểm mà tiêu chuẩn 5G NR đưa ra là số lượng phép đo kiểm phải được thực hiện nhiều hơn, điều này có thể khiến cho chu kỳ phát triển sản phẩm dài hơn. Một lý do của việc này là có những lúc bạn không thể dễ dàng chuyển đổi từ các bài đo xuyên nhiễu hai kênh sang các bài đo MIMO song kênh và tạo chùm sóng. Cũng cần lưu ý rằng với tiêu chuẩn mới, có nhiều hạng mục và kịch bản đo kiểm cần được xác nhận hơn.

Giải pháp

Chuyên gia Keysight cho rằng, 5G NR yêu cầu băng thông biến tần rộng hơn (2 GHz) và hoạt động ở tần số mmWave. Do đó, để đo kiểm một thiết bị máy thu, cần có một bộ tạo tín hiệu đáng tin cậy đáp ứng được những yêu cầu tối thiểu đó. Khi các bài đo kiểm 5G cần thực hiện rất đa dạng, việc có nhiều loại công cụ không phải là giải pháp tốt nhất. Một công cụ thực hiện được tất cả các bài đo kiểm của bạn trong một thân máy sẽ không chỉ giảm thiểu thời gian thiết lập đo kiểm mà còn giúp đáp ứng các tiêu chuẩn 5G 3GPP nhanh hơn.

Một công cụ tạo tín hiệu phù hợp duy nhất có thể giúp giảm độ phức tạp khi thiết lập hệ thống đo kiểm, cung cấp công suất đầu ra đủ cao cho các bài đo kiểm bức xạ mmWave và rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm.

Để bù lại suy hao đường truyền hệ thống quá cao ở tần số mmWave, cần một bộ tạo tín hiệu có công suất đầu ra cao. Bộ tạo tín hiệu cũng phải có phần đầu ra tuyến tính, ít biến dạng và ít nhiễu pha thấp ở mức công suất cao. Đây là những điều quan trọng nhất để có thể đo lường chính xác ở tần số mmWave và để đảm bảo bộ tạo tín hiệu không tạo ra lỗi.Nhằm khắc phục suy hao đường truyền quá cao, có thể tăng công suất đầu ra của bộ tạo tín hiệu và sử dụng bộ phân tích tín hiệu có độ nhạy cao để bù suy hao.

Những nguồn tín hiệu với các kênh kép tích hợp có thể cho phép dễ dàng đo nhiều cấu hình đo kiểm tuân thủ 3GPP. Phần mềm có sẵn các tín hiệu tuân thủ theo 5G NR cho phép các nhà thiết kế sản phẩm tập trung vào phát triển sản phẩm mà không phải phân tâm cho việc tạo ra các tín hiệu tuân thủ.

Ông Lawrence Liu một lần nữa nhấn mạnh, 5G NR là công nghệ mang tính cách mạng. Các cơ hội mà 5G sẽ mang lại là vô hạn và cần có các công cụ phù hợp để vượt qua các thách thức về đo kiểm như sự phức tạp khi thiết lập hệ thống đo kiểm, suy hao đường truyền hệ thống cao và chu kỳ phát triển sản phẩm dài. “Các công cụ phù hợp không chỉ giúp bạn đi đầu trong cuộc đua 5G mà còn giúp bạn tự tin hơn về hiệu năng của thiết bị với tốc độ nhanh hơn”, ông Lawrence Liu chia sẻ.

Phương Dung