JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

As new frequency bands have been taken into use in the fifth generation (5G) of base stations, mobile network sites especially in urban areas are becoming crowded with antennas and radios. With the New Radio (NR) design having highly integrated antennas, there is high potential for interference from these Active Antenna Systems (AAS) to other co-located equipment. To ensure performance of existing equipment is not impeded by deployment of NR base stations, the level of interference is to be measured through Over The Air (OTA) measurements. For this purpose, the Third Generation Partnership Project (3GPP) specifies a set of co-location test cases and requirements for future NR base stations.

The goal of this thesis is to evaluate and implement the 3GPP co-location test case for OTA measurement of spurious emissions. This is done through practical measurements using a multi-band base station antenna as a Co-location Test Antennas (CLTA). A preliminary isolation measurement is done followed by co-location spurious emissions measurements. The aim is to assess how fit for purpose the 3GPP test case is, find any practical challenges in implementing the test case and potentially comment on how the 3GPP definitions could be improved. Findings in this work will be used to develop methods for implementing the co-location test cases in the future.

The isolation measurement is done to see what factors affect the isolation of two base station antennas in proximity of each other. The measurement data is statistically analysed in different subsets to find the parameters which affect the isolation the most. The OTA spurious emissions measurement is done afterwards two times: first according to the 3GPP specifications, then a second time according to a “worst-case” scenario based on the isolation measurement results and considering beamforming. The results are analysed against the 3GPP requirements for each frequency band. The analysed results are then presented and discussed.

The results show that spurious emissions could be measured successfully. Yet there were some things that could not be considered, improvements that should be made for future implementations of these measurements and further studies that could be done.

5G NR mMIMO -lähetin-vastaanottimien isolaation ja ei-toivottujen emissioiden OTA-mittaukset

Tiivistelmä

Viidennen sukupolven matkapuhelinverkkojen (5G) uusien taajuusalueiden käyttöönoton myötä etenkin kaupunkialueiden tukiasemissa on runsaasti radioita ja antenneja. New Radio (NR) -arkkitehtuurien integroitujen antennien myötä riski on suuri, että aktiiviset antennijärjestelmät (AAS) aiheuttavat häiriötä saman maston (colocated) laitteisiin. Varmistukseksi ettei NR-tukiasemien asennus heikennä olemassa olevien laitteiden suorituskykyä, häiriöiden tasot tulee mitata OTA (Over The Air) -mittauksilla. Tätä varten 3GPP (3rd Generation Partnership Project) määrittelee ryhmän co-location -testimenetelmiä ja vaatimuksia tulevaisuuden NR-tukiasemille.

Työssä toteutetaan ja arvioidaan 3GPP:n määrittelemä co-location harhalähete OTAmittaus. Tämä toteutetaan käytännön mittauksien avulla käyttäen Co-location Test Antenneina (CLTA) monitaajuuskaistaisia tukiasema-antenneja. Ensimmäisenä on alustava isolaatiomittaus, jonka jälkeen tehdään saman maston tukiasemien harhalähetteiden mittauksia. Tavoitteena on määrittää kuinka tarkoituksenmukainen 3GPP testi on, löytää käytännön haasteita testin toteutuksesta ja mahdollisesti kommentoida kuinka 3GPP määritelmiä voitaisiin kehittää. Työn tulosten avulla tullaan kehittämään co-location -mittausmenetelmiä tulevaisuudessa.

Isolaatiomittauksessa selvitetään mitkä tekijät vaikuttavat kahden lähekkäin olevan tukiasema-antennin väliseen isolaatioon. Mittausdata analysoidaan tilastollisesti erilaisissa osajoukoissa isolaatiolle merkittävimpien parametrien löytämiseksi. Sen jälkeen harhalähetteiden OTA-mittaus tehdään kahteen kertaan: ensin 3GPP määritelmien mukaisesti ja toisen kerran isolaatiomittauksiin perustuvan pahimman tapauksen mukaan ottaen myös huomioon antennin suuntakuvion. Tulokset analysoidaan jokaisen taajuuskaistan 3GPP vaatimuksia vasten. Analysoidut tulokset esitetään ja niistä keskustellaan.

Tuloksista nähdään, että harhalähetteet mitattiin onnistuneesti. On kuitenkin tekijöitä, joita ei voitu mittauksissa ottaa huomioon. Työssä esitetään parannusehdotuksia, jotka tulisi tehdä tulevien mittausten toteutuksiin ja esitetty uusia jatkotutkimusaiheita. Avainsanat: 5G, AAS, tukiasema, 3GPP, kanavan ulkopuoliset emissiot, OT