5G'nin kullanıma sunulması, gerçek zamanlı olarak kusursuz bir şekilde birlikte çalışması gereken birden fazla ayrı sistemi içeren karmaşık ve muazzam bir çabadır; bu da sorunların nerede ortaya çıkabileceğini veya bunların nasıl ve ne zaman test edileceğini belirlemeyi zorlaştırır.

Yatırımlar 5G On yılın büyük bir bölümünde bu gelişme devam ediyor ve teknoloji, akıllı telefonlardan arabalara ve kamyonlara kadar mobil cihazların yanı sıra akıllı altyapı ve şehirler, akıllı üretim ve hatta tarım gibi endüstriler için bir sonraki büyük büyüme fırsatı olarak değerlendiriliyor. Otonom tarım ekipmanlarının daha hassas bir şekilde kontrol edilebildiği yer.

Ancak bu kullanıma sunma sürecindeki zorluklar oldukça önemlidir. Başlangıçta elde edilen bazı başarılara ve teknolojideki gelişmelere rağmen, bu zorluklar hala tamamen çözülmüş değil. Aralarında:

• 5G'nin tek bir uygulaması yok. Bu teknolojinin en belirgin iki çeşidine (esasen 6G LTE'nin daha hızlı bir versiyonu olan 4 GHz altı) ve daha yüksek frekans bantlarını kullanan milimetre dalgasına (mmWave) ek olarak, bölgesel farklılıklara dayanan yerelleştirilmiş uygulama zorlukları da vardır. Altyapıyı oluşturmak ve izlemek için mevcut kablosuz spektrumlar, arazi ve mevcut sermaye.
• Frekansa bağlı olarak sinyaller farklı mesafelerde ve oranlarda zayıflayacaktır. Mesafe ne kadar kısa olursa, o kadar fazla tekrarlayıcıya ihtiyaç duyulur. Baz istasyonlarından tekrarlayıcılara kadar tüm bu ekipmanlar hava şartlarına bağlı olacaktır. Aşırı sıcak ortamlarda, talaş yaşlanmasının hızlanması nedeniyle çipin ömrü kısalacaktır. Çoğu uygulamada sıcaklık değişimi, sinyal kaymasını hesaba katacak sürekli test ve ayarlamalar gerektirecektir.
• MmWave spektrumundaki frekans ne kadar yüksek olursa, sinyaller kesintiye karşı o kadar duyarlı olur. Bu, bir ülkede geliştirilen aynı baz istasyonu paket içi sisteminin veya SoC'nin başka bir ülkede aynı şekilde çalışmayabileceği anlamına gelir. Ve bu spektrum tahsisleri değiştiği için (ABD FCC, spektrumları serbest bırak Örneğin 26 GHz kadar düşük bir frekanstan 90 GHz kadar yüksek bir hıza kadar), bugün geliştirilen çipler gelecekte o kadar da iyi çalışmayabilir.

Bu sorunlara rağmen iletişim şirketleri ve ekipman üreticileri mmWave teknolojisinin uygulanabilir olduğuna inanıyor. Bu teknolojiye yaptıkları yatırımlar bu bağlılığın bir yansımasıdır ve potansiyel faydalar önemlidir. Daha yüksek frekanslarda, önceki nesil çiplere kıyasla çok daha fazla veri daha kısa sürede aktarılabiliyor ve bunların tümü daha az güç kullanılarak gerçekleştirilebiliyor.

Önümüzdeki Zorluklar
MmWave sinyallerinin 4G veya 6 GHz altı 5G gibi köşelerden bükülemeyeceği iyi anlaşılmıştır. Kablosuz teknolojinin bir sonraki devrimi olan 6G ile bu tür sorunlar daha da belirginleşecek. Ancak teknoloji bu aşamaya ulaşmadan önce bile, çeşitli bileşenlerin (baz istasyonları, sinyal genişleticiler (tekrarlayıcılar), ahizeler veya diğer uç cihazlar) nasıl çalışacağını test etmek gibi bazı temel hususların ele alınması gerekir.

Üretim sırasında çiplerin kalite ve güvenilirlik açısından test edilmesi iyi anlaşılmıştır. 5G'nin farkı, çiplerin diğer parçalar ve kullanım durumları bağlamında da test edilmesinin gerekmesidir. Bu önemli bir zorluktu çünkü üç temel unsurun hiçbiri tam olarak geliştirilmedi.

Kablosuz ürün müdürü David Vondran, "Her çip tedarikçisinin, düzgün çalıştıklarından emin olmak ve çiplerinin kendi kalite standartlarını karşıladığından emin olmak için kablosuz bağlantılarını test etmek istedikleri farklı bir yöntemi vardır" dedi. teradin. “Ayrıca her tedarikçinin çipin ekosistem içindeki konumuyla ilgili kendi stratejileri olduğunu da bilmelisiniz. Bunlar ekonomi ve kaliteden etkilenir. Alıcıların hassasiyetinin düzgün çalıştığından emin olmak için birinci sınıf bir cihaza ait çipin işlevselliğini test edebilirsiniz. Vericilerin bant dışı performansı etkilemeden doğru spektrumda çalıştığından emin olmak isteyebilirsiniz. Ve bu konularda işbirliği yapmak isteyebilirsiniz.

Şekil 1: Akıllı telefonda 5G ara frekans sinyal dağıtımı. Kaynak: Teradyne

Ekosistem genelinde işbirliği esastır. Kıdemli İş Geliştirme Müdürü Adrian Kwan, "Bugün ortalıkta milimetrik dalga telefonlar var ancak baz istasyonları henüz konuşlandırılmadığı için bunları yalnızca belirli alanlarda kullanabiliyorsunuz" dedi. en gelişmiş. "Önümüzdeki bir veya iki yıl içinde 5G'nin gerçeğe dönüştüğünü göreceksiniz."

Çoğu bölgede 5G telefonların ve baz istasyonlarının kullanıma sunulmasında kesintiler devam ediyor. Ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde bu durumun hızlanması muhtemel. Örneğin SK Telecom, bağımsız bir 5G ağı için bu yılın başlarında bir denemeyi tamamladı; bu, 4G hızları mevcut olmadığında sinyallerin 5G'ye dönmesine izin verdi. Bu kombinasyon, sinyallerin kesildiği veya 5G altyapısının yetersiz olduğu durumlarda gerekli olacaktır. Ancak büyük bir zorluk, herhangi bir hizmet kesintisini önlemek için tüm bu ekipmanın etkileşimlerinin gerçek zamanlı olarak ve ekipmanın kullanım ömrü boyunca nasıl test edileceğidir.

Kwan, "Test konusunda iki farklı yaklaşım var" dedi. “Öncelikle hüzme şekillendirme için iletkenlik testi yapan cihazlar var. Ayrıca kablosuz (OTA) hüzme şekillendirme testi yapan müşteriler de var.”

Piyasanın nihai olarak hangi yöne gideceği şu anda bilinmiyor. Advantest bunun sonuçta iletken bir ATE çözümü olacağına inanıyor. Teradyne, OTA için güçlü bir hamle olacağına inanıyor. Her ikisinin de sistemin farklı parçaları için mi kullanılacağı, yoksa birinin mi kazanacağı belli değil. Her iki durumda da amaç, güvenilirliği artırmak ve test süresini azaltmaktır; bu da sonuçta maliyeti düşürecek ve fabrikadaki verimi artıracaktır.

Yine de güvenilirliğin sağlanması yalnızca bileşenlerin değil tüm sistemin çalışmasını gerektirir. El cihazlarında, aşamalı anten dizisi bir paket içi sistemve hizmet kalitesi, son cihazın nasıl kullanıldığına ve diğer uygulamaların ne kadar gürültü yarattığına bağlı olarak değişebilir. Bu, hem verilerin esnek bir şekilde önceliklendirilmesini hem de gücün akıllı bir şekilde bölümlenmesini gerektirir.

İkinci zorluk ise hizmetin sürekliliğini içeriyor. Kesintiler bir akıllı telefonda sıkıntı yaratabilir ancak otomotiv uygulamaları veya akıllı altyapı söz konusu olduğunda daha ciddi sorunlara neden olabilir.

Kwan, "Ultra düşük gecikme süresine ve çoklu bağlantı topolojilerine ihtiyacınız var" dedi. "Otonom araçlar, kesintiye uğramayan sürekli iletişim için bu tür kurulumlara oldukça bağımlıdır. Bunun işe yaraması için müşterilerin lamba direkleri veya trafik ışıklarında olabilecek tekrarlayıcıları yerleştirmeleri gerekecek."

Bu da başka bir zorluğu daha beraberinde getiriyor çünkü bu çiplerin bazıları gelişmiş düğümlerde geliştiriliyor. Aşırı koşullar altında devreler iyi anlaşılan şekillerde eskiyecektir. Acı çekebilirler elektron göçü, zamana bağlı dielektrik bozulma (TDDB) veya tutarsız hafıza tutma. Ayrıca, bir dizi güvenlik güncellemesi nedeniyle yazılım hızla şişebilir ve bu da tüm bu cihazların performansını etkileyebilir.

Yazılımdan sorumlu başkan yardımcısı ve genel müdür Danielle Baptiste, "Geçmişte yarı iletkenler dizüstü bilgisayarlar, kişisel bilgisayarlar ve veri merkezleri gibi çok kontrollü ortamlara giriyordu" dedi. İnovasyona Doğru. Artık durum böyle değil ve güvenilirliği artırmak için izleme verilerinin sürekli olarak geri döndürülmesi gerekecek. "Çipler geri bildirimde bulunacak, böylece sahaya çıktığımızda öngörülemeyen bir sonuç olup olmadığını ve bunun gerçekten ne anlama geldiğini anlamaya başlayabiliriz. Daha sonra bu verileri üretim sürecine geri beslemeye başlayabiliriz. Sahada olup bitenler gerçekten ilgi çekici ve ilgi çekici hale geliyor.”

Bu alan da giderek genişliyor ve çeşitleniyor. Gelişmiş sistem entegrasyonundan sorumlu grup lideri ve verimli elektroniklerden sorumlu bölüm başkanı Andy Heinig, "Herkes beşinci nesil cep telefonuyla daha yüksek hız avantajına sahip olduğumuzu biliyor" dedi. Fraunhofer IIS' Uyarlanabilir Sistemler Bölümü Mühendisliği. “Saniyede 20 gigabite kadar hızlara ulaşabiliyoruz ve bu da yeni frekans bantları sayesinde mümkün oluyor. Eski nesil teknolojilerle karşılaştırıldığında, çok büyük girdi ve çıktılara ve gerçek zamanlı yeteneklere sahibiz ve bu, otomotiv ve endüstriyel uygulamalarda işe yarıyor. Aynı iletişim hızına sahipseniz enerjiden tasarruf edebilirsiniz ve otomotivde de arabadan arabaya iletişimi kullanarak 'tepelerin arkasına bakabilir' ve 'köşelerin arkasını görebilirsiniz'.

Daha az belirgin faydalar da var. Böylece, büyük antenler yerine, daha yüksek frekanslarda, gelişmiş paketlemeyle bu antenlerin boyutu 4 x 4 diziye indirgenebilir. Her şeyi bir karta koymak yerine bazı pasif bileşenler bu paketlere taşınabilir, bu da performansın artmasını sağlar.

Kalite güvencesi
Tüm bunların üretim ve paketleme akışında da görülmesi gerekiyor. Test, 5G'nin içerdiği birçok süreçten yalnızca bir tanesi ve çoğu bu bağlamda daha da karmaşık hale geliyor. DFT karmaşık cihazlarla yeterince zordur, ancak bu cihazların senkronize çalışması gerektiğinde daha da zordur.

Benzer şekilde, diğer bileşenler bağlamında simülasyon, emülasyon ve prototip oluşturma, çok daha büyük veri kümelerinin yanı sıra çok büyük miktarda bilgi işlem gücü gerektirir. Ayrıca bu teknolojinin ilerleme hızı nedeniyle ekosistemdeki farklı oyuncular arasında sürekli bir döngü olması gerekiyor.

Ürün yönetimi ve ürün mühendisliğinden sorumlu başkan yardımcısı Jean-Marie Brunet, "5G ve şimdi 6G için spesifikasyonun çok sık değişmesi gerçeği, yıllar önce anahtarlar ve yönlendiricilerde gördüğümüz sorunun aynısı" dedi. Siemens Digital Industries Yazılımı. "Bu, değiştirebileceğiniz, spesifikasyona uygulayabileceğiniz ve sanal olarak nasıl tepki vereceğini görebileceğiniz bir modele sahip olmanızı gerektiriyor. Bu tasarımlar da oldukça büyüktür. Pek çok olası kombinasyonun olduğu, protokol anahtarlarına sahip çok sayıda tasarım görüyoruz. Birden fazla konfigürasyon, spesifikasyon, format ve arayüzle doğrulanmaları gerekir. Milyonlarca kombinasyon var. Tüm bunları yapmanın tek yolu donanım destekli doğrulamadır."

Buradaki zorluk, sonuçların karşılaştırılması, günün saatine ve ortamın çevresel koşullarına göre değişiklik gösterebilir. Brunet, "Birisi gece yarısı karşıdan karşıya geçiyorsa, bu, birinin bunu gün içinde yoğun trafikte yapmasından çok farklı bir simülasyon olacaktır" dedi. "Hava durumuna göre de değişecek. İletişimdeki bu değişiklikleri simüle etmeniz gerekiyor. Aksi takdirde her şeyi test etmeniz gerekir. Halihazırda 5G kullanan birçok şirket var ve onlar da kendi özel kullanımlarına göre taklit ediyorlar.”

Şekil 2: Endüstriyel 5G yönlendirici. Kaynak: Siemens

İle gelişmiş paketlemeSıkı form faktörleri için gerekli olan kalıp kayması ve yapısal zayıflıklar gibi potansiyel sorunlar, paket kapatılana kadar ortaya çıkmayabilir. Bu, bir akıllı telefonun işleyişinden çok farklı gibi görünse de, bu yanlışın dünya çapında yankıları olabilir. Sorun bunların nasıl bulunacağıdır ve geçmişte büyük ölçüde araştırma ortamları veya düşük hacimli üretimle sınırlı olan teknolojiler arasında yavaş ilerleyen bir yarış var. Bu, farklı çipleri bir pakete bağlamanın çeşitli yollarını ve ayrıca gizli kusurları tespit edecek kadar derin ve yine de uygun maliyetli hale getirecek kadar hızlı metroloji ve incelemenin nasıl yapılacağını içerir.

Mikroelektronik AFM yöneticisi ve işletme müdürü Hector Lara, "Güvenilirlik sorusu gündeme gelmeye devam ediyor ve tipik yanıt daha fazla metrolojidir" dedi. Bruker Nano Yüzeyler. "İle AFM, konuşmaların 'tozlandığını' görüyoruz. Üretim gereksinimleri çok katı olduğundan paketleme konusunda fazla oynamadık. Örneğin başka herhangi bir metroloji aracıyla eşleşmek için 300 kat iyileştirmeye ihtiyacınız olacaktır ve bu teknolojinin makul verimi 5 kat aralığındadır. Ancak şirketler, ambalajlamada x,y,z yapan AFM ile iki veya üç metroloji adımından daha kurtulabileceklerini fark ediyor ve yeni fabrikalar çoğaldıkça yeni yaklaşımlarla ilerlemek istiyorlar."

Sonuç
Herhangi bir yeni teknolojideki aksaklıkları gidermek zaman alır. İlk zamanlarda cep telefonu kapsama alanı en iyi ihtimalle zayıftı ve otoyol trafiğinde baz istasyonları ses seviyesini kaldıramadığı için düşük frekanslı sinyaller bile düzenli olarak kesiliyordu. 5G ile ilgili zorluk, çağrıların kesilmesi değil, en yüksek hızlı bağlantıların kesilip cihazların daha düşük frekanslı iletişime geri dönmeye zorlanmasıdır.

Bu tür kesintiler ve düşük performans için nasıl plan yapılacağı, tüm bu güvenilirlik testlerinin, simülasyonların ve sürekli izlemenin öngörülebilir gelecekte önemli bir rol oynayacağı yerdir.

Teradyne'den Vondran, "Bu çok disiplinli bir sorun ve tüm bunların zorlu kısmı da bu" dedi. "Bu milimetrik dalga sınırında, tüm bu uzmanlığı tek bir kişide bulmak çok zor. Kariyerlerini bu tür işlere adayan uzmanlardan (deyim yerindeyse sistem entegratörlerinden) oluşan çok disiplinli ekipler geliştirdik. Ve bu geçmişte yapılan testlerin bir uzantısı olsa da, şimdi bunu hüzme oluşturan anten yapıları gibi gelecekteki yenilikçi problemlere uyguluyorlar. Bir takımdan daha fazlası. Artık bütün bir kabileye ihtiyaç var.”