University of Oulu

Ray tracing based drive testing emulation in multiprobe anechoic chamber

Saved in:
Author: Keränen, Vili1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.8 MB)
Pages: 57
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202109289064
Language: English
Published: Oulu : V. Keränen, 2021
Publish Date: 2021-09-28
Thesis type: Master's thesis
Tutor: Kokkoniemi, Joonas
Reviewer: Kokkoniemi, Joonas
Kyösti, Pekka
Description:

Abstract

As multiple-input multiple-output (MIMO) systems have become prevalent, the importance of radio channel as part of the cellular system has increased. Development and manufacturing of fifth generation (5G) base stations (BS) requires testing in realistic propagation environment. Additionally, highly integrated antenna arrays in 5G BS products cannot be tested in conductive test setups, which necessitates use of over-the-air (OTA) test setups. Due to these constraints, much of the 5G BS testing is done by drive testing, which is labour intensive process.

This thesis gives theoretical background and implements an emulation setup for 5G BS MIMO OTA testing using ray tracing for radio channel model generation. This setup aims to emulate drive testing in a controlled lab environment, with realistic channel model, and using real hardware. Drive test emulation in virtual environment is known as virtual drive testing (VDT).

A proprietary ray tracing software is used to simulate ray paths between BS and UE route positions in a 3D environment of interest. Simulation results are then clustered and a geometry-based stochastic model (GBSM) is created with Keysight GCM Tool. Two test setups are built, a conductive setup, and a multiprobe anechoic chamber (MPAC) based setup, which is suitable for OTA testing. Both test setups employ Keysight Propsim channel emulators to run the GBSM model. Nokia base stations are used as a device under test (DUT), and measurement data is recorded from BS and test UE. Created channel models are discussed, and measurement data is presented.

Results indicate that the test setup is functional and able to emulate complicated multipath propagation conditions. Some constraints for the test setup are observed and discussed, and ideas for future development of the test system are given.

Säteenseurantaan perustuva ajotestausemulaatio kaiuttomassa moniantennimittauskammiossa

Tiivistelmä

Multiple-input multiple-output (MIMO) -teknologiaa hyödyntävät laitteet ovat yleistyneet langattomien tiedonsiirtojärjestelmien alalla, jonka vuoksi radiokanavan vaikutus langattoman tiedonsiirtojärjestelmän toimintaan on kasvanut. Viidennen sukupolven matkapuhelinverkkojen (5G) tukiasemien kehittäminen ja valmistaminen vaatii sen vuoksi järjestelmän testaamista käyttäen todenmukaista radiokanavaa. Tämän lisäksi useissa tukiasemissa käytettävät antenniryhmät, jotka ovat integroitu tukiaseman signaalinkäsittelypiirien kanssa yhteiseksi kokonaisuudeksi, estävät testaamisen johtuvassa testiympäristössä. Tämän vuoksi useiden 5G tukiasemien testaamien vaatii ilmatien välityksellä toimivan mittausjärjestelmän käyttöä. Edellä mainittujen rajoitteiden vuoksi suuri osa 5G tukiasemien testaamisesta suoritetaan ajotestaamalla, joka on työläs ja kallis menetelmä.

Tässä diplomityössä käsitellään MIMO-teknologiaa hyödyntävien 5G tukiasemien ilmatien välityksellä tapahtuvaa testaamista, jossa radiokanavamalli tuotetaan säteenseurantaan perustuvalla menetelmällä. Työ sisältää aiheeseen liittyvää teoriaa, sekä mittausjärjestelmien toteutuksen. Toteutettavien mittausjärjestelmien tavoitteena on emuloida ajotestausta laboratorio-olosuhteissa siten, että mittausjärjestelmien tuottama radiokanavamalli vastaa jotain valittua todellista ympäristöä.

Työssä tukiaseman ja jonkin määritellyn päätelaitteen kulkeman reitin välinen radiokanava simuloidaan yrityksen sisäisesti kehittämällä säteenseuranta-simulaattorilla jossain valitussa kolmiulotteisessa ympäristössä. Simulaatiotulokset klusteroidaan ja muunnetaan geometry-based stochastic model (GBSM) -malliksi GCM Tool -ohjelmistolla. Työssä tuotetaan kaksi mittausjärjestelmää: johtuvaan testaamiseen perustuva järjestelmä, sekä multiprobe anechoic chamber (MPAC) -teknologiaan perustuva järjestelmä joka soveltuu ilmatien välityksellä tapahtuvaan testaamiseen. Molemmissa mittausjärjestelmissä käytetään Keysight Propsim-radiokanavaemulaattoreita, jotka toteuttavat GBSM-mallissa määritellyn radiokanavan. Mitattavina laitteina käytetään Nokia 5G tukiasemia jotka ovat emuloidun rakiokanavan välityksellä yhteydessä testipäätelaitteisiin. Testidataa kerätään emulaation aikana 5G tukiasemalta sekä testipäätelaitteelta. Työn lopussa esitetään tuotettua testidataa ja analysoidaan tuotettuja radiokanavamalleja.

Tulosten perusteella testijärjestelmä todetaan toimivaksi ja kykeneväksi emuloimaan monitie-etenemistä sisältäviä radiokanavamalleja. Työssä todetaan ja analysoidaan tuotettuihin testijärjestelmiin liittyviä rajoitteita, sekä esitetään testijärjestelmän jatkokehitykseen liittyviä mahdollisuuksia.

see all

Subjects:
Copyright information: © Vili Keränen, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.