5G continúa evolucionando y tomando forma como el próximo estándar inalámbrico móvil preeminente. Como base para todos los campos de aplicación de 5G, los equipos de redes móviles de alto rendimiento son fundamentales para el éxito. 5G New Radio (NR) es la próxima generación de redes móviles y explota nuevas bandas en el rango de frecuencia 1 (FR1) de 410 MHz a 7.125 GHz e introduce frecuencias más altas en el rango de mmWave, denominado rango de frecuencia 2 (FR2) de 24.25 GHz a 52.6 GHz.
Hay muchos desafíos asociados con 5G. Uno de los mayores desafíos es la gran flexibilidad de 5G. El espaciado de subportadoras, la duración del símbolo, la duración del prefijo cíclico, el ancho de banda, las frecuencias de 400 MHz a 43.5 GHz, las funciones virtualizadas (red central) y más, hacen que 5G sea increíblemente complejo. Para probar completamente 5G, el equipo de prueba también debe ser increíblemente flexible para reducir la necesidad de docenas de soluciones de prueba 5G diferentes.
La estandarización de 5G y las aplicaciones centradas en la banda ancha móvil mejorada (eMBB) son los primeros casos de uso principales para facilitar servicios de datos más rápidos para los usuarios finales. Habilitar eMBB requiere el uso de tecnologías como la formación de haces que conllevan ciertos desafíos de diseño para los equipos de infraestructura de redes móviles.
Los otros dos casos de uso principales son las comunicaciones masivas de tipo máquina (mMTC) y las comunicaciones ultra fiables y de baja latencia (URLLC). El caso de uso de mMTC admite conexiones rápidas e ilimitadas de una gran cantidad de dispositivos, como las necesarias para las aplicaciones de Internet de las cosas. Para URLLC, las comunicaciones confiables y la baja latencia son los temas clave, que son obligatorios para aplicaciones verticales como IoT industrial y conducción autónoma.
Primeras aplicaciones de enfoque de 5G para eMBB, mMTC y URLLC (Fuente: Rohde & Schwarz)
Tendencias de infraestructura
Flexibilidad
La evolución del dispositivo del usuario de un teléfono simple a un dispositivo impulsado por aplicaciones que admite varios casos de uso requiere una infraestructura flexible que pueda hacer frente a los requisitos de servicio 5G asociados con eMBB, URLLC y mMTC. Si bien los métodos de red definidos por software permiten la virtualización de funciones, las funciones reales se desacoplarán de un enlace directo de hardware. Esto significa que las funciones de red ya no están reguladas por elementos de hardware específicos en la red. Algunas funciones de red pueden implementarse en la nube, mientras que otras pueden implementarse en hardware.
Las redes desagregadas y las interfaces abiertas permiten un concepto de múltiples proveedores y aceleran la introducción de nuevos servicios. El objetivo es hacer que la red sea inteligente, ágil y flexible. Las estrategias de implementación independientes y no independientes de 5G requieren hardware flexible para funcionar con las tecnologías heredadas 2G, 3G y 4G. Los requisitos técnicos cada vez mayores de 5G junto con la complejidad del sistema hacen que sea necesario confiar en equipos de prueba a prueba de futuro y soluciones de prueba dedicadas y optimizadas para aplicaciones durante todo el ciclo de vida.
Densificación de la red
La demanda cada vez mayor de velocidades de datos más altas está llevando a las macrocélulas al límite. La densificación de la red permite hacer frente a los exigentes requisitos de capacidad al complementar las macrocélulas. Dependiendo del espectro de frecuencia disponible y las regulaciones de implementación, las soluciones de densificación de redes van desde celdas pequeñas de baja potencia hasta sistemas de antenas distribuidas y soluciones mmWave. Como uno de los primeros casos de uso para aplicaciones 5G mmWave, el acceso inalámbrico fijo de última milla utiliza la capacidad enormemente aumentada para llevar la banda ancha a hogares privados.
Además de admitir las nuevas bandas de frecuencia de FR2, el equipo de prueba debe permanecer lo suficientemente ágil para admitir todas las diversas etapas y fases de 5G, como la coexistencia continua con LTE, el uso de uso compartido dinámico de espectro y la transición de NSA a SA. También es necesario probar y verificar los nuevos requisitos de latencia y confiabilidad para las redes del campus. Las pruebas por aire, a diferencia de las pruebas realizadas, son ahora una necesidad en el sitio de la celda para garantizar métricas de calidad con la adopción generalizada de la formación de haces.
La infraestructura inalámbrica 5G abarca una red de estaciones base de células macro y pequeñas. (Fuente: Rohde & Schwarz)
Evolución de la arquitectura de la red móvil
La importancia de la infraestructura de red móvil 5G está creciendo junto con la necesidad de un rendimiento de red confiable en varios casos de uso, que van desde ráfagas de datos esporádicas hasta transmisión rápida y confiable de baja latencia. Tendencias como la cloudificación, la desagregación y la informática de borde de acceso múltiple apuntan a redes inteligentes, ágiles y flexibles. El desafío es cerrar la brecha entre centralización, menor consumo de energía y menor complejidad frente a la implementación de redes desagregadas jerárquicamente que fomentan aspectos de programación optimizados de baja latencia, control inteligente de RAN y calidad de servicio (QoS).
La función integrada de acceso y backhaul del 3GPP permite el acceso y el backhaul a través de la misma interfaz aérea 5G. la tecnología, aprovechando la rápida implementación de componentes de infraestructura. La conexión ubicua es un objetivo importante para llevar conectividad a áreas rurales y redes de IoT en ubicaciones remotas, fomentando redes no terrestres.
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Las mediciones de red confiables permiten mejoras de QoE
Redes privadas / locales
Industrias como las instalaciones de producción pueden utilizar la tecnología 5G para crear una red local o privada dentro de un área dedicada. Basadas en la división de redes o en redes individuales de propiedad de la industria, las redes privadas ofrecen conectividad unificada, servicios optimizados para casos de uso y un entorno seguro. Los gobiernos han comenzado a proporcionar asignaciones de espectro específicas para redes privadas. Los operadores de red pueden ofrecer una red no pública como una red virtualizada como un servicio a sus clientes.
Dependiendo de si las pruebas serán realizadas por el propietario de la red o serán subcontratadas al operador de telefonía móvil o algún otro tercero, las pruebas deberán convertirse en parte del proceso de poseer y operar una red privada para garantizar la calidad, el rendimiento y la confiabilidad de la red. .
Desafíos de prueba
I + D de componentes
El desarrollo de equipos de red inalámbrica comienza probando los componentes de RF (amplificador de potencia, interfaz de RF, convertidor D / A, filtro, conjuntos de antenas) y verificando el procesamiento de señales digitales y los módulos de potencia. Normalmente, las señales de onda continua se utilizan para caracterizar las métricas de rendimiento de RF, como los parámetros S. Se aplican cada vez más métodos más sofisticados para realizar pruebas con señales moduladas. Las técnicas avanzadas como la predistorsión digital ayudan a lograr un rendimiento óptimo.
Diseño y validación
Las pruebas de diseño y validación ayudan a garantizar el rendimiento funcional de componentes, subsistemas y sistemas en una amplia gama de condiciones. Las secuencias de prueba pueden tener un gran alcance y cubrir múltiples parámetros como frecuencia, potencia, haces y temperatura. Esto incluye la potencia y el rendimiento de modulación de los componentes y transmisores, la precisión de la formación de haces (por ejemplo, la dirección y potencia del haz) y la integridad de la señal a través de interfaces digitales de alta velocidad.
Integración y verificación
Las pruebas de integración y verificación cubren la estación base completa, así como sus subsistemas. Los desafíos de las pruebas 5G incluyen la complejidad de la antena, la expansión del ancho de banda y frecuencias más altas. Las pruebas incluyen patrones de radiación esférica, potencia radiada total, características del transmisor y rendimiento del receptor, incluido un análisis de rendimiento en un amplio rango de temperatura para todas las señales. La atención se centra en los conjuntos de funciones y la integridad de las pruebas. Las mediciones pueden realizarse 24 horas al día, 7 días a la semana, 365 días al año. Los escenarios de prueba están automatizados. El alcance de las pruebas es significativamente más amplio que el definido por las especificaciones 3GPP, lo que requiere equipos de prueba de alta gama y grandes cámaras anecoicas.
5G trae nuevos desafíos de prueba con la complejidad de la antena, la expansión del ancho de banda y frecuencias más altas. (Fuente: Rohde & Schwarz)
Llevando al mercado equipos de red 5G
Aprobación de conformidad
Los organismos de estandarización, como 3GPP, especifican pruebas de conformidad para garantizar que las estaciones base operen dentro de restricciones de rendimiento y RF bien definidas. Las pruebas de conformidad especificadas por 3GPP cubren las características del transmisor y el receptor, así como el rendimiento del receptor en condiciones de ruido y desvanecimiento. Las autoridades reguladoras, como la FCC, OFCOM y BNetzA, generalmente establecen los límites para estas pruebas. Las estaciones base deben pasar las pruebas de conformidad en la región donde se instalarán antes de que puedan comenzar a operar en el campo.
Pruebas de producción
Las pruebas de producción involucran dos etapas: subsistema y prueba del sistema completo. Primero, se calibran los sistemas. Esto incluye la aplicación de una señal con un nivel conocido, la programación del dispositivo para informar el nivel correcto de la señal y el ajuste del filtro o el ajuste de la atenuación interna para generar la potencia de salida correcta. Posteriormente, se verifica el desempeño.
Las pruebas de producción están diseñadas para garantizar la calidad del producto independientemente de las pruebas 3GPP. Debido a que el rendimiento y la eficiencia son fundamentales, los instrumentos de alta velocidad con el máximo rendimiento y dimensiones compactas son esenciales. Las pruebas de producción también se paralelizan y automatizan cada vez más para lograr niveles más altos de rendimiento.
Instalación de redes y pruebas de redes móviles
Cada nuevo sitio celular debe verificarse para garantizar un rendimiento de red y QoS correctos. Un procedimiento de aceptación de sitio típico implica mediciones de espectro realizadas por aire para analizar el transmisor en los dominios de frecuencia y tiempo y solucionar problemas.
5G tiene un nuevo requisito para las pruebas funcionales que verifican la conexión a la red y recopilan KPI de rendimiento como la latencia, la velocidad de descarga y la velocidad de carga utilizando un teléfono inteligente. Finalmente, la decodificación de señales se utiliza para verificar la información de la red y las señales de sincronización para las señales de anclaje 5G y LTE. Una vez que la red está operativa, cualquier problema técnico puede diagnosticarse y resolverse mediante procedimientos funcionales, espectrales y de decodificación de señales.
Conclusión
Las innovaciones tecnológicas han dado lugar a soluciones innovadoras de prueba y medición que permiten a los clientes lanzar productos 5G de forma más rápida y segura. Las últimas mejoras permiten generar y analizar señales 5G NR sub-6-GHz y mmWave.
A medida que la tecnología móvil sigue evolucionando, las pruebas para la validación del diseño y / o la producción en volumen se convierte en una tarea más crítica. Los operadores de red y los fabricantes de equipos originales de dispositivos deben poder evaluar y certificar las características de confiabilidad y rendimiento de los dispositivos y las estaciones base en entornos que se parezcan mucho a aquel en el que se utilizan realmente. Sin duda, 6G traerá aún más complejidad y desafíos por delante, con su uso previsto de frecuencias de terahercios, o la posibilidad de codificación de canales nueva y altamente eficiente y el uso de tecnologías sofisticadas de malla de antena.
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