5G entwickelt sich weiter und nimmt als nächster herausragender Mobilfunkstandard Gestalt an. Als Basis für alle 5G-Anwendungsfelder sind leistungsfähige Mobilfunkgeräte erfolgskritisch. 5G New Radio (NR) ist die nächste Generation von Mobilfunknetzen und nutzt neue Bänder im Frequenzbereich 1 (FR1) von 410 MHz bis 7.125 GHz und führt höhere Frequenzen im mmWave-Bereich ein, bezeichnet als Frequenzbereich 2 (FR2) ab 24.25 GHz bis 52.6 GHz.
Mit 5G sind viele Herausforderungen verbunden. Eine der größten Herausforderungen ist die schiere Flexibilität von 5G. Unterträgerabstand, Symboldauer, Dauer des zyklischen Präfixes, Bandbreite, Frequenzen von 400 MHz bis 43.5 GHz, virtualisierte (Kernnetzwerk-)Funktionen und mehr machen 5G unglaublich komplex. Um 5G vollständig zu testen, muss die Testausrüstung auch unglaublich flexibel sein, um den Bedarf an Dutzenden verschiedener 5G-Testlösungen zu reduzieren.
Die 5G-Standardisierung und Anwendungen mit Schwerpunkt auf Enhanced Mobile Broadband (eMBB) sind die ersten Hauptanwendungsfälle, die schnellere Datendienste für Endnutzer ermöglichen. Die Aktivierung von eMBB erfordert den Einsatz von Technologien wie Beamforming, die bestimmte Designherausforderungen für die Ausrüstung der Mobilnetzinfrastruktur mit sich bringen.
Die anderen beiden Hauptanwendungsfälle sind Massive Machine-Type Communications (mMTC) und ultra-zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz (URLLC). Der mMTC-Anwendungsfall unterstützt schnelle und unbegrenzte Verbindungen einer großen Anzahl von Geräten, wie sie für Internet-of-Things-Anwendungen erforderlich sind. Für URLLC sind zuverlässige Kommunikation und geringe Latenz die Schlüsselthemen, die für vertikale Anwendungen wie industrielles IoT und autonomes Fahren zwingend erforderlich sind.
Erste Fokusanwendungen von 5G für eMBB, mMTC und URLLC (Quelle: Rohde & Schwarz)
Infrastrukturtrends
Flexibilität
Die Entwicklung des Benutzergeräts von einem einfachen Telefon zu einem anwendungsgesteuerten Gerät, das verschiedene Anwendungsfälle unterstützt, erfordert eine flexible Infrastruktur, die den 5G-Dienstanforderungen von eMBB, URLLC und mMTC gerecht wird. Während softwaredefinierte Netzwerkmethoden eine Virtualisierung von Funktionen ermöglichen, werden die eigentlichen Funktionen von einer direkten Hardwareanbindung entkoppelt. Das bedeutet, dass Netzwerkfunktionen nicht mehr auf bestimmte Hardwareelemente im Netzwerk geregelt sind. Einige Netzwerkfunktionen können in der Cloud implementiert werden, während andere in Hardware implementiert werden können.
Disaggregierte Netzwerke und offene Schnittstellen ermöglichen ein Multi-Vendor-Konzept und beschleunigen die Einführung neuer Dienste. Ziel ist es, das Netzwerk smart, agil und flexibel zu machen. 5G Standalone- und Non-Standalone-Bereitstellungsstrategien erfordern flexible Hardware, um mit den 2G-, 3G- und 4G-Legacy-Technologien zu arbeiten. Die ständig steigenden technischen Anforderungen von 5G sowie die Systemkomplexität machen es notwendig, über den gesamten Lebenszyklus auf zukunftssichere Testgeräte und dedizierte, anwendungsoptimierte Testlösungen zu setzen.
Netzwerkverdichtung
Die stetig steigende Nachfrage nach höheren Datenraten bringt Makrozellen an ihre Grenzen. Die Netzverdichtung ermöglicht es, den anspruchsvollen Kapazitätsanforderungen durch die Ergänzung von Makrozellen gerecht zu werden. Je nach verfügbarem Frequenzspektrum und Umsetzungsvorschriften reichen die Lösungen zur Netzwerkverdichtung von Low-Power-Small Cells bis hin zu verteilten Antennensystemen und mmWave-Lösungen. Als einer der ersten Anwendungsfälle für 5G mmWave-Anwendungen nutzt der Festnetzzugang der letzten Meile die massiv gesteigerte Kapazität, um Breitband in private Haushalte zu bringen.
Neben der Unterstützung der neuen Frequenzbänder von FR2 müssen die Testgeräte agil genug bleiben, um alle verschiedenen Stufen und Phasen von 5G zu unterstützen, wie z. B. die fortlaufende Koexistenz mit LTE, die Nutzung dynamischer Spektrumsteilung und den Übergang von NSA zu SA. Neue Latenz- und Zuverlässigkeitsanforderungen für Campus-Netzwerke müssen ebenfalls getestet und verifiziert werden. Over-the-Air-Tests sind im Gegensatz zu durchgeführten Tests jetzt am Zellenstandort eine Notwendigkeit, um Qualitätsmetriken mit der weit verbreiteten Einführung von Beamforming sicherzustellen.
Die 5G-Wireless-Infrastruktur umfasst ein Netzwerk von Makro- und Small-Cell-Basisstationen. (Quelle: Rohde & Schwarz)
Sich entwickelnde Mobilfunknetzarchitektur
Die Bedeutung der 5G-Mobilfunkinfrastruktur wächst zusammen mit dem Bedarf an zuverlässiger Netzwerkleistung in verschiedenen Anwendungsfällen, die von sporadischen Datenbursts bis hin zu schneller und zuverlässiger Übertragung mit geringer Latenz reichen. Trends wie Cloudifizierung, Disaggregation und Multi-Access-Edge-Computing zielen auf intelligente, agile und flexible Netzwerke ab. Die Herausforderung besteht darin, die Lücke zwischen Zentralisierung, geringerem Energieverbrauch und geringerer Komplexität gegenüber einer hierarchischen disaggregierten Netzwerkbereitstellung zu schließen, die geringe Latenzzeiten, intelligente RAN-Steuerung und QoS-optimierte Planungsaspekte fördert.
Die integrierte Zugriffs- und Backhaul-Funktion des 3GPP ermöglicht Zugriff und Backhaul über dieselbe 5G-Luftschnittstelle Technologieund nutzt die schnelle Bereitstellung von Infrastrukturkomponenten. Die allgegenwärtige Verbindung ist ein wichtiges Ziel, um Konnektivität in ländliche Gebiete und IoT-Netzwerke an abgelegenen Orten zu bringen und so nicht-terrestrische Netzwerke zu fördern.
Empfohlen
Zuverlässige Netzwerkmessungen ermöglichen QoE-Verbesserungen
Private/lokale Netzwerke
Branchen wie Produktionsstätten können die 5G-Technologie nutzen, um ein lokales oder privates Netzwerk innerhalb eines dedizierten Bereichs aufzubauen. Basierend auf Network Slicing oder einzelnen brancheneigenen Netzwerken bieten private Netzwerke einheitliche Konnektivität, anwendungsoptimierte Dienste und eine sichere Umgebung. Regierungen haben damit begonnen, spezielle Frequenzzuweisungen für private Netze bereitzustellen. Netzbetreiber können ihren Kunden ein nicht-öffentliches Netz als virtualisiertes Netz als Service anbieten.
Je nachdem, ob die Tests vom Netzbesitzer durchgeführt oder an den Mobilfunkbetreiber oder einen anderen Dritten ausgelagert werden, müssen die Tests Teil des Besitzes und Betriebs eines privaten Netzes werden, um die Netzqualität, Leistung und Zuverlässigkeit sicherzustellen .
Testherausforderungen
Komponenten-F&E
Die Entwicklung von drahtlosen Netzwerkgeräten beginnt mit dem Testen von HF-Komponenten (Leistungsverstärker, HF-Frontend, D/A-Wandler, Filter, Antennenarrays) und der Überprüfung der digitalen Signalverarbeitung und der Leistungsmodule. Typischerweise werden Dauerstrichsignale verwendet, um HF-Leistungskennzahlen wie beispielsweise S-Parameter zu charakterisieren. Ausgefeiltere Verfahren werden zunehmend angewendet, um Tests mit modulierten Signalen durchzuführen. Fortschrittliche Techniken wie die digitale Vorverzerrung helfen dabei, eine optimale Leistung zu erzielen.
Design und Validierung
Design- und Validierungstests tragen dazu bei, die funktionale Leistung von Komponenten, Subsystemen und Systemen unter einer Vielzahl von Bedingungen sicherzustellen. Testsequenzen können einen großen Umfang haben und mehrere Parameter wie Frequenz, Leistung, Strahlen und Temperatur abdecken. Dazu gehören die Leistungs- und Modulationsleistung von Komponenten und Sendern, die Strahlformungsgenauigkeit (z. B. Strahlrichtung und Leistung) und die Signalintegrität über digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen.
Integration und Verifizierung
Integrations- und Verifikationstests umfassen die komplette Basisstation sowie deren Subsysteme. Zu den Herausforderungen bei 5G-Tests gehören die Komplexität der Antennen, die Erweiterung der Bandbreite und höhere Frequenzen. Die Prüfung umfasst sphärische Strahlungsmuster, Gesamtstrahlungsleistung, Sendereigenschaften und Empfängerleistung, einschließlich einer Leistungsanalyse über einen großen Temperaturbereich für alle Signale. Der Fokus liegt auf Feature-Sets und der Vollständigkeit der Tests. Die Messungen können 24/7/365 laufen. Testszenarien werden automatisiert. Der Umfang der Tests ist deutlich größer als in den 3GPP-Spezifikationen definiert und erfordert High-End-Testgeräte und große reflexionsarme Kammern.
5G bringt neue Testherausforderungen mit Antennenkomplexität, zunehmender Bandbreite und höheren Frequenzen mit sich. (Quelle: Rohde & Schwarz)
Markteinführung von 5G-Netzgeräten
Konformitätsfreigabe
Standardisierungsgremien wie 3GPP legen Konformitätstests fest, um sicherzustellen, dass Basisstationen innerhalb genau definierter HF- und Leistungsbeschränkungen arbeiten. Die von 3GPP spezifizierten Konformitätstests umfassen Sender- und Empfängereigenschaften sowie die Empfängerleistung unter Rausch- und Fading-Bedingungen. Regulierungsbehörden wie die FCC, das BAKOM und die BNetzA setzen in der Regel die Grenzen für diese Tests. Basisstationen müssen Konformitätstests in der Region, in der sie installiert werden, bestehen, bevor sie den Feldbetrieb aufnehmen können.
Produktionstests
Produktionstests umfassen zwei Phasen: Subsystem- und Gesamtsystemtest. Zunächst werden die Systeme kalibriert. Dies umfasst das Anlegen eines Signals mit bekanntem Pegel, die Geräteprogrammierung, um den richtigen Signalpegel zu melden, und die Filterabstimmung oder die Einstellung der internen Dämpfung, um die richtige Ausgangsleistung zu erzeugen. Anschließend wird die Leistung überprüft.
Produktionstests sollen die Produktqualität unabhängig von 3GPP-Tests sicherstellen. Da Durchsatz und Effizienz von entscheidender Bedeutung sind, sind Hochgeschwindigkeitsgeräte mit Spitzenleistung und kompakter Stellfläche unerlässlich. Auch Produktionstests werden für einen höheren Durchsatz zunehmend parallelisiert und automatisiert.
Netzwerkinstallation und Mobilfunknetztest
Jeder neue Zellenstandort muss verifiziert werden, um die korrekte Netzwerkleistung und QoS sicherzustellen. Ein typisches Standortabnahmeverfahren umfasst Spektrummessungen, die über die Luft durchgeführt werden, um den Sender im Frequenz- und Zeitbereich zu analysieren und Probleme zu beheben.
5G hat eine neue Anforderung an Funktionstests, die die Verbindung zum Netzwerk überprüfen und Leistungs-KPIs wie Latenz, Download- und Upload-Geschwindigkeit mit einem Smartphone sammeln. Schließlich wird die Signaldecodierung verwendet, um Netzwerkinformationen und Synchronisationssignale für die 5G- und LTE-Ankersignale zu überprüfen. Sobald das Netzwerk betriebsbereit ist, können alle technischen Probleme mithilfe von Funktions-, Spektral- und Signaldecodierungsverfahren diagnostiziert und gelöst werden.
Zusammenfassung
Technologische Innovationen haben zu innovativen Test- und Messlösungen geführt, die es Kunden ermöglichen, 5G-Produkte schneller und sicherer auf den Markt zu bringen. Die neuesten Erweiterungen ermöglichen die Generierung und Analyse von 5G NR Sub-6-GHz- und mmWave-Signalen.
Da sich die mobile Technologie ständig weiterentwickelt, Natürlich sind wir auch auf Facebook zu finden: <br> <a href="https://www.facebook.com/tijhof.de" target="_blank" rel="noopener"><img class="alignleft wp-image-15850 size-full" src="https://tijhof.nl/wp-content/uploads/2024/03/facebookGmBh.png" alt="" width="250" height="50"></a> für die Designvalidierung und/oder die Serienproduktion wird zu einer kritischeren Aufgabe. Netzbetreiber und Geräte-OEMs müssen in der Lage sein, die Zuverlässigkeits- und Leistungsmerkmale von Geräten und Basisstationen in Umgebungen zu bewerten und zu zertifizieren, die der tatsächlichen Umgebung sehr ähnlich sind. Zweifellos wird 6G mit der beabsichtigten Nutzung von Terahertz-Frequenzen oder der Möglichkeit einer neuen, hocheffizienten Kanalcodierung und dem Einsatz von hochentwickelten Antennenmaschentechnologien noch mehr Komplexität und Herausforderungen mit sich bringen.
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