5G dans l'espace : implications pour le test et mesure NTN

Test et mesure de station de base NTN

Nous vivons un changement de paradigme – le terme “station de base” ne s'appliquera plus vraiment aux réseaux non terrestres (NTN). Au lieu de ça, les nœuds réseaux sont intégrés au sein des satellites et se déplacent par rapport à la surface de la Terre. Sur le long terme – c'est à dire pour la 6G, – les réseaux multi-orbites seront une réalité, avec des nœuds réseaux 3-dimensions à toutes les altitudes LEO, MEO et GEO.

Il y a diverses approches architecturales qui sont actuellement en cours de normalisation :

• Initialement, comme défini dans le communiqué 17, un mode transparent sera utilisé. En d'autres termes, le satellite agira comme une sorte de répéteur, avec le signal radio 5G NR généré et reçu dans un noeud terrestre (gNB). La communication entre le gNB terrestre et le satellite s'effectuera via la liaison d'alimentation entre le satellite et une passerelle terrestre. La connexion directe entre le satellite et l'appareil est appelée la liaison de service.
• Le futur mode régénératif, actuellement évoqué comme sujet de travail dans le communiqué 19, intégrera soit les fonctions gNB entières ou désagrégées au sein du noeud d'accès satellite (SAN). L'objectif est d'avoir des décisions planifiées plus rapides, ainsi qu'une puissance de traitement et informatique accrue dans le noeud satellite. Cependant, cela se fait au prix d'une complexité plus accrue.

Actuellement, il existe deux documents suggérant des exigences de normalisation qui seront importantes pour les futurs tests SAN :

• La TS 38.108 décrit les exigences pour les récepteurs et les émetteurs NTN.
• La TS 38.181 décrit les exigences de test actuelles.
• La TS 38.101-5 décrit les spécifications pour le test de l'équipement utilisateur (EU) NTN

La Figure 1 ci-dessous illustre un bref aperçu des scénarios de test et une configuration symbolique pour un SAN fonctionnant dans un mode de charge utile transparent NTN. Le dispositif sous test (DUT) se compose de trois blocs fonctionnels : le satellite (décrit comme charge utile RF NTN), la passerelle et les fonctions réseaux non-NTN (gNB).

Les tests d'interface RF peuvent être grossièrement divisés en :

• Tests d'émetteur (TX)
• Sensibilité du récepteur (RX)
• Performance du récepteur (performance RX)

Les tests sur l'émetteur ont une approche similaire à ceux pour le cas terrestre, avec des mesures telles que la puissance émise (puissance TX, contrôle de puissance TX), la qualité de modulation (EVM) et les caractéristiques d'émissions spectrales (ACLR, émissions parasites, SEM). Un analyseur de signaux est l'instrument de test idéal ici. En fonction de la catégorie du noeud satellite, la connexion à l'instrument de test peut être établie via une connexion câblée ou sans fil (OTA). Les tests sans fil permettent une vérification des antennes directionnelles,qui sont utilisées pour une formation de faisceau. Ce type de test nécessite des chambres anéchoïques complètes (FAC) ainsi que des systèmes de positionnement.

Il y a deux approches différentes pour les tests de récepteurs :

• Pour des mesures telles que la sensibilité du récepteur, un signal de test de référence est envoyé au DUT en utilisant un générateur de signaux. Le résultat de ce test est le taux d'erreur de blocs (BLER) dans le récepteur ou le débit de données. Les spécifications 3GPP nécessitent que le flux atteigne un seuil de 95% d'un canal de référence défini à un niveau d'entrée minimum pour passer le test de sensibilité. Du fait de la désagrégation du composant, le point d'injection du signal RF est à l'entrée du satellite, mais le BLER peut uniquement être déterminé dans le protocole gNB.
• La seconde approche est basée sur la performance RX, qui est similaire à la sensibilité, avec le respect de la mesure de 95% dans le débit. Cependant, les tests de performance simulent une situation de stress pour le récepteur en, par exemple, appliquant un profil d'évanouissement au signal de test ou en ajoutant des signaux d'interférence.

Équipement de test pour l'équipement utilisateur NTN

En principe, l'équipement terminal pour les communications satellite 5G répondent aux mêmes exigences d'émetteur et de récepteur que celles pour les réseaux terrestres. Cependant, le diable est dans les détails : il y aura plusieurs configurations de test différentes et méthodologies différentes en fonction de la capacité NTN de l'équipement utilisateur et du cas d'utilisation. À titre d'exemple, la catégorie d'appareil NTN-IoT utilisera une architecture moins complexe.

De plus, des cas d'utilisation tels que la messagerie ou des petits ensembles de données ne nécessitent généralement pas de profil QoS et sont très tolérants au retard. Les futurs équipements utilisateurs NTN, tels que des types de terminaux très petits (VSAT), intégreront des méthodes plus sophistiquées comme la formation de faisceaux, des fréquences plus élevées et une bande passante plus large. Cela nécessitera un test étendu. Le spectre de fréquence est essentiel pour les NTN car il y a de nombreux dispositifs possibles : les bandes NTN peuvent se chevaucher avec les bandes terrestres, être adjacentes les unes aux autres ou avoir une marge de sécurité suffisante. Ainsi, la campagne de test devra également prendre en compte certains scénarios de coexistence.

La 3GPP repose sur une extension des exigences pour l'EU dans les communications satellite avec la spécification TS 38.101-5. Ce document étend les exigences pour l'EU de la série de spécifications TS 38.101-x afin d'inclure les aspects NTN et couvrir les mesures pertinentes :

• Puissance émise
• Bande passante spectrale
• Qualité de modulation
• Sensibilité du récepteur
• Émissions spectrales (SEM, ACLR, émissions parasites)

Un test de l'EU adapté nécessite un simulateur de système qui puisse gérer une connexion qui inclut l'empilement de protocoles complet et permette un test RF ainsi qu'un test de protocoles. La Figure 2 ci-dessous fournit un aperçu de ce type de configuration. L'équipement utilisateur est le DUT connecté au système de simulation soit via un câble soit dans une chambre sans fil. Ce simulateur de système effectue à la fois des tests RF et de protocoles, où les tests de protocoles sont particulièrement importants pour la vérification des scénarios de connexion et de mobilité.

L'une des exigences des terminaux NTN est la détermination de la position terrestre. Par conséquent, un positionnement basé sur des signaux GNSS est une capacité obligatoire de l'EU NTN. La station satellite émet ses propres données orbitales via un système d'informations et prend en charge l'équipement utilisateur dans le bon décalage temporel et décalage Doppler.

Dans un système de test NTN pour le test de conformité, un générateur de signaux peut simuler un signal GNSS pour permettre la détermination de la position de l'équipement utilisateur. De plus, l'approbation type et le test réglementaire nécessitent des mesures spectrales étendues, comme des tests d'émissions parasites et de performance RX. Le simulateur de système 5G peut inclure des instruments T&M supplémentaires, tels que des générateurs et des analyseurs de signaux, afin de prendre en charge ces besoins pour des scénarios d'interférences supplémentaires ou d'analyse de spectre étendue.

Le testeur de radio mobile R&S®CMX500 prend en charge des options de mesure et de signalisation RF LTE/FR1 et FR2 entièrement indépendantes, ainsi que toutes les combinaisons de bande actuelles et futures 3GPP, avec un débit de données jusqu'à 20 Gbps au niveau IP. Il suit la stratégie de plateforme unique de Rohde & Schwarz, proposant des bandes passantes de fréquence totale jusqu'à 10 GHz et préparant les utilisateurs aux défis de test actuels et futurs. Avec son interface utilisateur graphique intuitive basée sur le web R&S®CMsquares, ce testeur tout en un définit le nouveau standard pour le test 5G dans l'espace.