Svenska tekniken som används för att testa alla 5g-telefoner

2020-06-11 06:00  

Nästan alla stora mobiltillverkare testar antennerna med teknik från Bluetest. Skiftet till 5g innebär nya glansdagar för Göteborgsbolaget.

På 20 år har ett litet Göteborgsbolag helt förändrat hur mobilbranschens jättar testar sina telefoner.

– Om du kommer till en utvecklingsenhet i Asien kan det stå fyra-fem sådana här kammare på rad i labbet, säger Bluetests teknikchef Robert Rehammar och pekar på en testkammare med modellnummer RTS65.

Det ser ut som en liten verktygsbod på hjul. Inuti sitter ett vridbord med ett gäng uttag som usb, ethernet och vanlig stickkontakt. Genom att placera en mobiltelefon i en för ändamålet avsedd hållare går det snabbt och enkelt att få en detaljerad bild av hur bra mottagningen i enheten är. En siffra som är vital, inte minst under utrullningen av nästa generations mobiler med stöd för 5g-nätet.

– Får du tag på en 5g-telefon i dag skulle jag säga att den har passerat genom en Bluetest-kammare på utvecklingsstadiet, säger Bluetests vd Kjell Olovsson.

Men spolar vi bandet tillbaka 20 år hade mobilutvecklarnas labb haft svårt att rymma en handfull av de små mobila kamrarna.

Läs mer: Test: Så snabbt är första 5g-nätet i Stockholm

Ersätta ekofria rum

Innan Bluetest gjorde entré på marknaden sköttes dessa så kallade over the air-tester (OTA) i stora ekofria kammare. Det är skärmade rum där väggarna klätts i absorbenter för att hindra alla radiosignaler från att studsa.

Men för att de ekofria rummen ska fungera måste de vara stora, höga rum.

– ”Prestandan” i den här kammaren får du genomföra med ett ekofritt rum som är tio gånger större, och det är inget du kan ha inne på kontoret, säger Kjell Olovsson.

Bluetest-kammaren framför oss mäter drygt 5,6 kubikmeter, vilket motsvarar ett ekofritt rum på runt 60 kubikmeter.

Metodutvecklingschef John Kvarnstrand och ingenjören Erik Silfverswärd visar hur en av mätkammrarna fungerar. Foto: FOTOGRAF SÖREN HÅKANLIND

Bolaget började sina dagar som en Chalmers-avknoppning ledd av Per-Simon Kildal som var professor i antennsystem. Han är en av Chalmers allra mest publicerade forskare och grundade ett flertal teknikföretag innan han gick bort 2016. Ambitionen med Bluetest var att göra tester av mobilantenner billigare, snabbare och enklare.

Det lyckades, men var ingen spikrak resa. De första åren låg fokus på att utveckla tekniken och försöka övertala stora och skeptiska mobiltillverkarna att det nystartade lilla svenska bolaget var rätt ute. Men i slutet på 00-talet kom teknikskiftet som skulle göra Bluetest till ett världsledande bolag. Vändpunkten blev övergången från 3g till 4g LTE.

Det blev den första mobilstandarden med flera samtidiga dataströmmar mellan mobiltelefon och basstation. Tekniken kallas för mimo, multiple input multiple output. Med 4g handlade det initialt om dubbla dataströmmar mellan mottagare och sändare, något som bidrog till att dataöverföringshastigheten ökade så markant i skiftet från 3g till 4g.

Läs mer: Tele2:s sluga 5g-kupp ger dem ett försprång

Skiftet ställde dock till problem för mobilbranschens testavdelningar, och var ett gyllene tillfälle för Bluetest.

Mimo utnyttjar ett fenomen som kallas för flervägsutbredning. Radiovågor som skickas ut från en rundstrålande antenn går inte som en laserstråle mot mottagaren utan skickas ut åt alla håll och studsar mot olika ytor ute i världen på vägen innan de når mobilen.

En ekofri kammare, den dittills gängse testmiljön, är byggd för att stoppa studsande signaler. Att simulera flervägsutbredning kräver en komplicerad och dyr installation av extra radioutrustning.

Modväxlarkammaren har använts för EMC-tester sedan 1960-talet, men Bluetest var först med att applicera tekniken på mobilantenner. Foto: FOTOGRAF SÖREN HÅKANLIND

Läs mer: Telias 5g-invigning får operatörerna att kivas om vem som är först

Mäter i modväxlarkammare

Tekniken som Bluetest använder sig av bygger på så kallade modväxlarkammare, en testmiljö med inåtreflekterande metallväggar. De studsande radiosignalerna kommer helt enkelt på köpet med konstruktionen.

– Vi hade miljön som behövdes gratis. Det gjorde att vår försäljning tog fart. Det fanns inte så många andra alternativ för att testa nya moderna 4g-telefoner, och vår konkurrensfördel har egentligen bara ökat i takt med att LTE lagt till fler och fler bärvågor, säger produktchef Klas Arvidsson.

Modväxlarkammaren uppfanns på 1960-talet och användes länge för att mäta elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), men Per-Simon Kildal och Bluetest blev först att applicera tekniken på mobiltelefoner. Förutom möjligheterna till mimo-tester gav lösningen nya möjligheter att reda ut hur effektiva antennerna faktiskt är.

– Tidigare hade man bara mätt utstrålad effekt med modväxlarkammaren, men nu insåg man att man kunde mäta hur effektiv antennen var. Det var ett stort steg initialt, säger Robert Rehammar.

På utsidan av kammaren ansluts sändarutrustning som kan emulera ett mobilnät, ett wifi-nätverk eller en bluetoothkoppling. Foto: FOTOGRAF SÖREN HÅKANLIND

För att göra tester kopplar kunden in en sändare i kammarens frontpanel, som är placerad på utsidan. För mobiltillverkare handlar det i regel om en så kallad basstationsemulator, en kompakt låda som kan simulera en liten del av ett mobilnät och mäta mottagningen till telefonen.

– Det är tre nyckelparametrar man mäter på en färdig mobil. Det är utstrålad effekt från sändaren, mottagarkänslighet och överföringshastighet, säger Robert Rehammar.

Begreppen kallas i tekniska termer för total radiated power (TRP), total istropic sensitivity (TIS) och throughput.

Läs mer: ”Behöver vi ens kontoret längre?”

Mättiden varierar beroende på vad ingenjören vill få reda på. Utstrålad effekt över en kanal tar under en minut, dataöverföringshastigheter kan ta fem minuter och känsligheten upp till 20 minuter. Ibland programmeras kammaren att köra längre testcyklar som kan innebära att mobilen blir kvar över natten.

– Problemet är komplexiteten, du har fruktansvärt många frekvensband och telefonen kan vara bra på ett frekvensband och mindre bra på ett annat. Därför vill man gå igenom alla frekvensbanden, säger John Kvarnstrand som är metodutvecklingschef på Bluetest.

Målsättningen är i regel att optimera hårdvaran och mjukvaran i mobilen för att nå exempelvis högre prestanda eller bättre energieffektivitet.

”Finns hos de 10 största mobiltillverkarna”

Åren efter 4g-utrullningen blev Bluetest snabbt en etablerad spelare. 2012 sålde bolaget sin hundrade testkammare. Bara två år senare hade siffran dubblerats. I dag har över 300 enheter levererats.

En testkammare av standardstorlek har ett instegspris på runt 1,5 miljon kronor, men kan beroende på vilken utrustning som efterfrågas kosta uppemot det dubbla.

Exakt vilka som står på kundlistan är hemligt. Men den absoluta merparten av kamrarna finns hos mobiltillverkare, främst i Asien.

– Vi finns i regel hos alla de tio största mobiltillverkarna, och många av de mindre också, säger Kjell Olovsson.

Läs mer: Hur mycket el förbrukar världens datacenter egentligen?

Vanligast är att kamrarna står hos den del av företaget som utvecklar och integrerar antennerna i mobilen. Det sker i regel ganska sent in i designprocessen. Övrig hårdvara är ofta spikad och ingenjörerna får en telefon med tomma platser där antennerna ska sitta.

– Antenner är väldigt speciella elektroniska komponenter i och med att de är väldigt känsliga för den omgivande miljön. Det är en ganska bra idé att du vet var du ska stoppa dem innan du bygger antennen, säger Robert Rehammar.

Han pekar på komplexiteten i en modern telefon. Processorer, kamerasensorer, bluetooth, fm-radio och stöd för flera mobilstandarder innebär många potentiella störningsmoment.

– Vi kan se att även vissa telefoner i handeln presterar olika beroende på skärmen är påslagen, om usb-kabeln sitter i eller beroende på hur laddat batteriet är, säger Robert Rehammar.

Bluetests produktchef Klas Arvidsson visar den största testkammaren som är byggd för att rymma hela basstationer, eller stora iot-produkter som smarta kylskåp. Foto: FOTOGRAF SÖREN HÅKANLIND

Läs mer: Svenska chipet ger gigabitfart utan fiber

Från spelkonsoler till basstationer

Bluetests kammare har också letat sig in i andra delar av tekniksektorn. De används även för att testa alltifrån spelkonsoler och bärbara datorer till smarta kylskåp och basstationer till mobilnätet. De två sistnämnda kategorierna har gett upphov till extra stora testkammare som kan ta föremål med en vikt på upp till 150 kilogram.

Många mobiloperatörer använder också kammare för att se att telekomutrustning och mobiler håller vad tillverkaren lovat. Och för att avgöra hur enskilda modeller kan påverka belastningen på nätet.

Förutom de iterativa testerna under produktutvecklingen har många tillverkare också mindre försöksgrupper med mänsklig testpanel. Personer som får sitta inne i kammaren och prata i mobiltelefon eller spela tv-spel för att se om prestandan påverkas.

– Det blir ett slags robusthetstest. Får du samma resultat från alla om du ger tio personer en telefon att prata i, eller sticker ett par av dem ut? Och varför? Har de stora händer, håller de telefonen på något särskilt sätt?, förklarar John Kvarnstrand.

Genom sådana tester går det att undvika missöden vid lanseringen av nya produkter. Ett känt exempel är Apples så kallade antennagate vid lanseringen av Iphone 4. Antennerna på telefonen var placerade så att de enkelt kunde blockeras om användare höll mobilen på "fel" sätt. En skandal som troligen hade kunnat avvärjas genom mer rigorösa tester.

Läs mer: Så ska Huawei få svenskar att köpa P40 Pro utan Google Play

5g ger nya utmaningar

Dagarna innan Ny Tekniks besök på Bluetest har både Telia och Tele2 startat upp sina första små publika 5g-nät i Sverige. Under våren har Samsung, Huawei, Sony och Oneplus, ja i stort sett alla populära mobiltillverkare utom Apple, släppt större serier mobiler med 5g-stöd.

Teknikskiftet ger eko även hos Bluetest. De senaste åren har bolaget ägnat mycket tid åt att utveckla nya testlösningar, även om de första kammrarna med stöd för 5g-tester levererades redan för två år sedan.

– 5g på de lägre frekvensbanden är, sett ur vår synvinkel, inte ett jättestort teknikkliv. Däremot introducerar 5g även de höga frekvensbanden uppe på 28 GHz och 39 GHz. Där blev det plötsligt struligt för oss, säger Klas Arvidsson.

Uppe på millimeterbandet fungerar nämligen inte rundstrålande antenner längre, radiovågorna har naturligt inte samma räckvidd som på lägre frekvenser. I stället krävs aktiva antenner i både mobiltelefon och basstation för att skicka riktade signaler mellan enheterna och följa mobiltelefonen när användaren rör sig för att upprätthålla höga dataöverföringshastigheter. Tekniken kallas för beamforming, eller lobformning på svenska.

Om de reflekterade väggarna i modväxlarkammaren blev ett försäljningsargument när 4g introducerade mimo ställer de till det för testerna på millimetervågor.

Den senaste modväxlarkammaren är klädd i ett material som absorberar radiovågor på millimeterbandet och reflekterar radiovågor i lägre frekvenser. Därmed kan både hög- och lågfrekvent 5g testas i samma miljö Foto: FOTOGRAF SÖREN HÅKANLIND

Vid besöket hos Bluetest har bolaget precis presenterat sin lösning på problemet. Testkammaren inkluderar nu en så kallad CATR, compact antenna test range. Arbetet med att kombinera en modväxlarkammare och en CATR har pågått i tre år och den har stöd för tester på frekvenser upp till 43,5 GHz.

– I testzonen fungerar den här uppställningen i all väsentlighet som ett ekofritt rum på millimetervågorna, säger John Kvarnstrand.

Läs mer: Med morgondagens internet blir vår värld aldrig sig lik igen

Bolaget har utvecklat en patenterad lösning med material som absorberar radiovågor på millimeterbandet, samtidigt som den reflekterar radiovågor på lägre frekvensband.

– Tanken är att du kan göra en batchmätning av LTE och 5g på låga frekvenser och sedan fortsätta med att mäta på millimetervåg utan att du behöver göra några ändringar i systemet, säger John Kvarnstrand.

Den första kammaren är redan såld till en amerikansk mobiloperatör som vill göra tester av kommunikation på millimeterbandet. Förhoppningen är att fler ska följa när skiftet över till 5g rullar vidare.

– Teknikskiften driver försäljningen av testutrustning, och de som ligger först i kedjan när de stora tillverkarna som går in tidigt. Sedan kommer de mindre tillverkarna, som de nya kinesiska bolagen som kan inte har börjat med 5g ännu. Sedan evolveras 5g-standarden och nya tillverkare tillkommer och vill köpa nya system, säger Kjell Olovsson.

Bluetest AB

Gör: Testkammare för mobiltelefoner och annan elektronisk utrustning med små antenner.

Ort: Huvudkontor i Göteborg, och filialer i Gävle, Kina och USA.

Grundades: 2000.

Omsättning: 90,2 miljoner kronor (2019).

Anställda: Cirka 60 globalt.

Simon Campanello

Mer om: 5G Mobiltelefoner

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt