Đo độ nhạy thu REFSENS của thiết bị 5G NR theo 3GPP TS 38.101-1: công suất tham chiếu và thông lượng 95 %

Một điện thoại 5G có thể phát rất đẹp — EVM thấp, phổ sạch — nhưng vẫn rớt cuộc gọi ở rìa ô phủ sóng vì máy thu không đủ nhạy. Vì vậy trong bộ yêu cầu RF của 3GPP, chỉ tiêu máy thu quan trọng nhất và được kiểm đầu tiên là độ nhạy tham chiếu. Bài này đi sâu vào cách đo độ nhạy thu REFSENS theo 3GPP TS 38.101-1: định nghĩa chính xác, các con số giới hạn theo băng tần, điều kiện đo dễ bị bỏ qua, và cấu hình thiết bị để thực hiện.

Số liệu trong bài lấy từ ETSI TS 138 101-1 V18.14.0 (tương đương 3GPP TS 38.101-1 v18.14.0, Release 18) cho yêu cầu tối thiểu và ETSI TS 138 521-1 V18.7.0 cho phép thử hợp chuẩn. Các phiên bản Release 19 đã có, nên luôn đối chiếu đúng phiên bản mà chương trình chứng nhận đang áp dụng.

Đo độ nhạy thu REFSENS: định nghĩa và tiêu chí đạt

Mục 7.3.1 của TS 38.101-1 định nghĩa mức công suất độ nhạy tham chiếu REFSENS là công suất trung bình nhỏ nhất đặt vào mỗi cổng ăng-ten của UE mà tại đó thông lượng vẫn đáp ứng yêu cầu của kênh đo tham chiếu (RMC) đã quy định. Mục 7.3.2 cụ thể hoá tiêu chí: thông lượng phải ≥ 95 % thông lượng cực đại của kênh đo tham chiếu.

Ba chi tiết định nghĩa thường bị hiểu sai:

• REFSENS không phải một phép đo BER hay SNR. Tiêu chí là thông lượng, đo trên một liên kết có báo hiệu thật. Kênh đường xuống là kênh tham chiếu cố định QPSK (phụ lục A.3.2.2 cho FDD, A.3.3.2 cho TDD), kèm mẫu OCNG OP.1.
• Công suất tính trên mỗi cổng ăng-ten. Mục 7.2 yêu cầu UE được kiểm với hai cổng thu ở mọi băng tần hỗ trợ; một số băng bắt buộc tối thiểu bốn cổng thu.
• Máy phát của UE phải đang phát hết công suất. Đây là điểm quan trọng nhất và được phân tích riêng ở phần dưới.

Độ nhạy tham chiếu 5G NR theo băng tần

Với các băng FDD, Bảng 7.3.2-1a cho giá trị cố định (hai cổng thu, QPSK). Một số giá trị tiêu biểu:

Băng	SCS	5 MHz	10 MHz	20 MHz	40 MHz
n1	15 kHz	−100,0 dBm	−96,8 dBm	−93,8 dBm	−90,6 dBm
n3	15 kHz	−97,0 dBm	−93,8 dBm	−90,8 dBm	−82,3 dBm
n28	15 kHz	−98,5 dBm	−95,5 dBm	−90,8 dBm	—

Quy luật nhìn thấy ngay: băng thông kênh gấp đôi thì REFSENS tăng khoảng 3 dB, vì công suất nhiễu nhiệt trong băng thu tăng tương ứng. Nhưng n3 ở 40 MHz nhảy lên −82,3 dBm — xa hơn nhiều so với quy luật 3 dB. Bước nhảy bất thường kiểu này là dấu vết của nhiễu tự gây từ chính máy phát UE: kênh càng rộng thì mép băng phát và mép băng thu càng gần nhau, đúng điều kiện “máy phát bật hết công suất” mà phần dưới phân tích.

Với các băng TDD như n41, n77, n78, Bảng 7.3.2-1b không cho số cố định mà cho công thức theo số khối tài nguyên N_RB. Ví dụ n78 ở SCS 30 kHz: REFSENS = −96,1 + 10log₁₀(N_RB/24) dBm; n77 là −95,6 + 10log₁₀(N_RB/24), n41 là −95,1 + 10log₁₀(N_RB/24). Với kênh 10 MHz (N_RB = 24) các giá trị lần lượt là −96,1, −95,6 và −95,1 dBm; với kênh 100 MHz (N_RB = 273), thay số vào công thức cho khoảng −85,5 dBm với n78. Giá trị được làm tròn theo ghi chú 8 của bảng, nên khi lập giới hạn cho trạm đo hãy tính lại từ công thức thay vì chép một con số trung gian. Riêng n77 có ghi chú: yêu cầu giảm thêm 0,5 dB khi kênh nằm trọn trong 3300–3800 MHz.

UE bốn cổng thu được hưởng “khoản cho phép” ΔR_IB,4R theo Bảng 7.3.2-2: −2,2 dB cho n48, n77, n78, n79, n104 và −2,7 dB cho n1, n3, n41 cùng nhiều băng khác. Kiểm chéo trong bảng thử của TS 38.521-1: n1 bốn cổng thu ở 5 MHz có giới hạn −102,7 dBm, đúng bằng −100,0 − 2,7. Cấu hình tám cổng thu có bảng riêng, với n77/n78/n79 là −4,0 dB.

Máy phát bật hết công suất: bẫy lớn nhất khi đo REFSENS

Ghi chú của Bảng 7.3.2-1a yêu cầu máy phát được đặt ở P_UMAX, và yêu cầu phải đạt với băng thông phát đường lên không vượt quá giá trị trong Bảng 7.3.2-3. Ví dụ n1, SCS 15 kHz, kênh 10 MHz: đường lên 50 RB, và ghi chú của bảng yêu cầu các khối tài nguyên đường lên đặt càng gần băng đường xuống càng tốt. Với băng TDD, dùng toàn bộ số RB — chẳng hạn n41 ở 30 kHz, 100 MHz là 270 RB.

Nói cách khác, REFSENS của băng FDD đã tính sẵn trường hợp xấu nhất của nhiễu tự gây: tín hiệu phát mạnh nhất, đặt sát nhất về phía băng thu. Một phép đo “độ nhạy” với máy phát tắt hoặc công suất phát thấp có thể cho kết quả đẹp hơn vài dB và hoàn toàn không phản ánh hành vi trên mạng thật. Quy trình thử trong TS 38.521-1 (mục 7.3.2.4.2) mô tả hệ mô phỏng (SS) liên tục gửi lệnh điều khiển công suất “tăng” để giữ UE phát ở P_UMAX trong suốt phép đo.

Với cấu hình ghép sóng mang và kết nối kép, mục 7.3.3 cho phép REFSENS nới thêm một lượng ΔR_IB,c, và các trường hợp ngoại lệ do cách ly giữa các băng được liệt kê trong bảng suy giảm độ nhạy cực đại (MSD) 7.3A.6-1. Đây là nơi các tổ hợp băng “khó” của thiết bị đa băng lộ ra.

Kiểm thử máy thu UE: REFSENS trong bộ chỉ tiêu mục 7

REFSENS là mốc để định nghĩa các phép kiểm thử máy thu UE còn lại trong mục 7 của TS 38.101-1. Nhiều phép thử đặt tín hiệu mong muốn ở REFSENS cộng một khoảng dự trữ, rồi thêm tín hiệu gây nhiễu:

• Mức vào cực đại (7.4): −25 dBm với 64QAM ở kênh 3–20 MHz, −27 dBm với 256QAM.
• Độ chọn lọc kênh lân cận ACS (7.5): 33 dB; tín hiệu mong muốn ở REFSENS + 14 dB trong trường hợp thử 1.
• Chặn trong băng (7.6.2): tín hiệu gây nhiễu −56 dBm (trường hợp 1) và −44 dBm (trường hợp 2).
• Chặn ngoài băng (7.6.3): nhiễu CW −44, −30 và −15 dBm cho ba dải tần cách băng thu xa dần.
• Đáp ứng giả (7.7): nhiễu CW −44 dBm ở các tần số mà giới hạn chặn ngoài băng không đạt.
• Xuyên điều chế (7.8): hai tín hiệu gây nhiễu −46 dBm, tín hiệu mong muốn ở REFSENS + 6 dB với kênh 5/10 MHz.

Vì mọi phép thử trên neo vào REFSENS, một sai lệch mức công suất ở đường xuống sẽ lan sang cả bộ chỉ tiêu. Đây cũng là lý do phía phát của bộ chỉ tiêu RF — như mặt nạ phổ phát và công suất kênh lân cận — và phía thu cần được đo trên cùng một hệ có truy xuất nguồn gốc mức công suất.

Sai số hệ thống đo và dung sai thử

TS 38.521-1 tách hai khái niệm hay bị lẫn:

• Sai số tối đa của hệ thống đo (MU), Bảng F.1.3-1, cho REFSENS: ±0,7 dB với f ≤ 3,0 GHz; ±1,0 dB với 3,0–4,2 GHz; ±1,5 dB với 4,2–6 GHz.
• Dung sai thử (TT), Bảng F.3.3-1: 0,7 dB với f ≤ 3,0 GHz và 1,0 dB với 3,0–6,0 GHz. Giới hạn thử = REFSENS + TT, còn ngưỡng thông lượng 95 % giữ nguyên. Vì vậy bảng thử ghi dạng “−100,0 + TT” cho n1.

Hệ quả thực tế: một trạm đo với sai số mức công suất lớn hơn MU không được phép chạy phép thử hợp chuẩn, và phép đo trong phòng R&D với sai số không biết thì không dự báo được kết quả chứng nhận. Ngân sách này bao gồm cả suy hao cáp, đầu nối và bộ chia giữa hệ đo và cổng ăng-ten của UE — những thứ cần được đặc tính hoá và hiệu chuẩn định kỳ.

Cấu hình thiết bị Keysight để đo REFSENS

Phép thử REFSENS cần một hệ mô phỏng mạng có báo hiệu thật (để đo thông lượng và điều khiển UE phát ở P_UMAX), cộng một hoặc nhiều nguồn tín hiệu gây nhiễu cho các phép ACS, chặn và xuyên điều chế.

Keysight E7515B UXM 5G là nền tảng kiểm thử vô tuyến có 8 cổng RF (4 cổng DL+UL, 4 cổng chỉ DL), hỗ trợ 5G NR 8 sóng mang đường xuống và 4 sóng mang đường lên, FR1 và FR2, có mô phỏng pha-đinh tích hợp, dùng cho kiểm thử đặc tính RF, tuân thủ giao thức và chỉ số hiệu năng. Datasheet năm 2019 (5992-3811EN) ghi dải hoạt động 380 MHz tới 6 GHz và băng thông phân tích 800 MHz; FR2 được phủ qua đầu vô tuyến từ xa. Kiểm thử hợp chuẩn RF và RRM theo TS 38.521 và TS 38.533 chạy bằng bộ công cụ S8705A trên nền UXM, được GCF và PTCRB phê duyệt.

Keysight N5182B MXG là máy phát tín hiệu vector 9 kHz tới 3 GHz hoặc 6 GHz tuỳ tuỳ chọn, công suất ra 24 dBm tại 1 GHz, băng thông điều chế tối đa 160 MHz, nhiễu pha −146 dBc/Hz tại 1 GHz với độ lệch 20 kHz — phù hợp làm nguồn gây nhiễu điều chế hoặc CW cho các phép ACS, chặn trong băng và xuyên điều chế. Khi cần hai nguồn gây nhiễu độc lập trong một máy hoặc dải tần cao hơn, Keysight M9384B VXG cung cấp hai kênh, dải 1 MHz tới 44 GHz, băng thông điều chế 2 GHz.

Với thiết bị chỉ hỗ trợ băng thông thu hẹp, điều kiện đo và chỉ tiêu có những điểm riêng — xem thêm bài đo kiểm 5G RedCap theo Release-17.

Kết luận

REFSENS là một con số đơn giản trên giấy — công suất nhỏ nhất để thông lượng đạt 95 % — nhưng các điều kiện đi kèm mới quyết định ý nghĩa của nó: máy phát bật hết công suất với khối tài nguyên đặt sát băng thu, công suất tính trên từng cổng ăng-ten, khoản cho phép theo số cổng thu, và công thức theo N_RB cho băng TDD. Đo đúng các điều kiện đó, trên một hệ có sai số mức công suất nằm trong ngân sách MU, là cách duy nhất để kết quả R&D dự báo được kết quả phòng chứng nhận.

Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho máy phát tín hiệu vector và máy phân tích tín hiệu — nền tảng để giữ sai số mức công suất của trạm đo máy thu trong ngân sách. Để được tư vấn cấu hình hoặc đặt lịch hiệu chuẩn, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.

Biên soạn bởi Khanh Nguyen — Marketing Manager, Techmaster Electronics JSC.