La 5G continue d'évoluer et de devenir la prochaine norme sans fil mobile par excellence. En tant que base de tous les domaines d'application de la 5G, les équipements de réseau mobile hautes performances sont essentiels au succès. La nouvelle radio 5G (NR) est la prochaine génération de réseaux mobiles et exploite de nouvelles bandes dans la plage de fréquences 1 (FR1) de 410 MHz à 7.125 GHz et introduit des fréquences plus élevées dans la plage mmWave, appelée plage de fréquences 2 (FR2) à partir de 24.25 GHz à 52.6 GHz.
De nombreux défis sont associés à la 5G. L'un des plus grands défis est la grande flexibilité de la 5G. L'espacement des sous-porteuses, la durée des symboles, la durée des préfixes cycliques, la bande passante, les fréquences de 400 MHz à 43.5 GHz, les fonctions virtualisées (réseau central), etc. rendent la 5G incroyablement complexe. Pour tester pleinement la 5G, l'équipement de test doit également être incroyablement flexible pour réduire le besoin de dizaines de solutions de test 5G différentes.
La normalisation 5G et les applications axées sur le haut débit mobile amélioré (eMBB) sont les premiers cas d'utilisation principaux pour faciliter des services de données plus rapides pour les utilisateurs finaux. L'activation de l'eMBB nécessite l'utilisation de technologies telles que la formation de faisceaux qui entraînent certains défis de conception pour les équipements d'infrastructure de réseau mobile.
Les deux autres principaux cas d'utilisation sont les communications massives de type machine (mMTC) et les communications ultra-fiables à faible latence (URLLC). Le cas d'utilisation mMTC prend en charge les connexions rapides et illimitées d'un grand nombre d'appareils tels que requis pour les applications Internet des objets. Pour URLLC, des communications fiables et une faible latence sont les sujets clés, qui sont obligatoires pour les applications verticales telles que l'IoT industriel et la conduite autonome.
Premières applications ciblées de la 5G pour eMBB, mMTC et URLLC (Source : Rohde & Schwarz)
Tendances des infrastructures
Flexibilité
L'évolution de l'appareil utilisateur d'un simple téléphone à un appareil piloté par application prenant en charge divers cas d'utilisation nécessite une infrastructure flexible capable de faire face aux exigences de service 5G associées à eMBB, URLLC et mMTC. Alors que les méthodes de réseau définies par logiciel permettent la virtualisation des fonctions, les fonctions réelles seront découplées d'une liaison matérielle directe. Cela signifie que les fonctions réseau ne sont plus régulées par des éléments matériels spécifiques du réseau. Certaines fonctions réseau peuvent être implémentées dans le cloud, tandis que d'autres peuvent être implémentées dans le matériel.
Les réseaux désagrégés et les interfaces ouvertes permettent un concept multi-fournisseurs et accélèrent l'introduction de nouveaux services. L'objectif est de rendre le réseau intelligent, agile et flexible. Les stratégies de déploiement 5G autonomes et non autonomes nécessitent un matériel flexible pour fonctionner avec les technologies héritées 2G, 3G et 4G. Les exigences techniques sans cesse croissantes de la 5G ainsi que la complexité du système imposent de s'appuyer sur des équipements de test évolutifs et des solutions de test dédiées et optimisées pour les applications pour l'ensemble du cycle de vie.
Densification du réseau
La demande sans cesse croissante de débits de données plus élevés pousse les macrocellules à leurs limites. La densification du réseau permet de faire face aux exigences de capacité exigeantes en complétant les macrocellules. En fonction du spectre de fréquences disponible et des réglementations de mise en œuvre, les solutions de densification du réseau vont des petites cellules de faible puissance aux systèmes d'antennes distribuées et aux solutions mmWave. En tant que l'un des premiers cas d'utilisation des applications 5G mmWave, l'accès sans fil fixe du dernier kilomètre utilise la capacité considérablement accrue pour apporter le haut débit aux foyers privés.
En plus de prendre en charge les nouvelles bandes de fréquences de FR2, les équipements de test doivent rester suffisamment agiles pour prendre en charge toutes les différentes étapes et phases de la 5G, telles que la coexistence continue avec LTE, l'utilisation du partage dynamique du spectre et la transition de la NSA à SA. Les nouvelles exigences de latence et de fiabilité pour les réseaux de campus doivent également être testées et vérifiées. Les tests en direct, par opposition aux tests effectués, sont désormais une nécessité sur le site de la cellule pour garantir des mesures de qualité avec l'adoption généralisée de la formation de faisceaux.
L'infrastructure sans fil 5G comprend un réseau de stations de base à macro et petites cellules. (Source : Rohde & Schwarz)
Architecture de réseau mobile en évolution
L'importance de l'infrastructure de réseau mobile 5G augmente parallèlement au besoin de performances de réseau fiables dans divers cas d'utilisation, allant des rafales de données sporadiques à la transmission rapide et fiable à faible latence. Des tendances telles que la cloudification, la désagrégation et l'informatique de périphérie multi-accès ciblent les réseaux intelligents, agiles et flexibles. Le défi consiste à combler l'écart entre la centralisation, la consommation d'énergie réduite et la complexité inférieure par rapport au déploiement de réseau désagrégé hiérarchique favorisant une faible latence, un contrôle RAN intelligent et des aspects de planification optimisés pour la qualité de service (QoS).
La fonction d'accès et de liaison intégrée du 3GPP permet l'accès et la liaison via la même interface aérienne 5G. sans souci, tirant parti du déploiement rapide des composants d’infrastructure. La connexion omniprésente est un objectif important pour apporter la connectivité aux zones rurales et aux réseaux IoT dans les endroits éloignés, favorisant ainsi les réseaux non terrestres.
Recommandé
Des mesures de réseau fiables permettent d'améliorer la QoE
Réseaux privés/locaux
Les industries telles que les installations de production peuvent utiliser la technologie 5G pour créer un réseau local ou privé dans une zone dédiée. Basés sur le découpage du réseau ou sur des réseaux appartenant à l'industrie, les réseaux privés offrent une connectivité unifiée, des services optimisés pour les cas d'utilisation et un environnement sécurisé. Les gouvernements ont commencé à attribuer des fréquences spécifiques aux réseaux privés. Les opérateurs de réseau peuvent proposer un réseau non public en tant que réseau virtualisé en tant que service à leurs clients.
Selon que les tests seront effectués par le propriétaire du réseau ou sous-traités à l'opérateur mobile ou à un autre tiers, les tests devront faire partie du processus de possession et d'exploitation d'un réseau privé pour garantir la qualité, les performances et la fiabilité du réseau. .
Tester les défis
R&D composants
Le développement d'équipements de réseau sans fil commence par le test des composants RF (amplificateur de puissance, frontal RF, convertisseur N/A, filtre, réseaux d'antennes) et par la vérification du traitement du signal numérique et des modules de puissance. En règle générale, les signaux à ondes continues sont utilisés pour caractériser les mesures de performance RF telles que les paramètres S. Des méthodes plus sophistiquées sont de plus en plus appliquées pour effectuer des tests avec des signaux modulés. Des techniques avancées telles que la prédistorsion numérique permettent d'obtenir des performances optimales.
Conception et validation
Les tests de conception et de validation permettent de garantir les performances fonctionnelles des composants, des sous-systèmes et des systèmes dans un large éventail de conditions. Les séquences de test peuvent avoir une grande portée et couvrir plusieurs paramètres tels que la fréquence, la puissance, les faisceaux et la température. Cela inclut la puissance et les performances de modulation des composants et des émetteurs, la précision de la formation de faisceau (par exemple, la direction et la puissance du faisceau) et l'intégrité du signal sur les interfaces numériques à grande vitesse.
Intégration et vérification
Les tests d'intégration et de vérification couvrent la station de base complète ainsi que ses sous-systèmes. Les défis des tests 5G incluent la complexité des antennes, l'extension de la bande passante et des fréquences plus élevées. Les tests comprennent les diagrammes de rayonnement sphériques, la puissance rayonnée totale, les caractéristiques de l'émetteur et les performances du récepteur, y compris une analyse des performances sur une large plage de températures pour tous les signaux. L'accent est mis sur les ensembles de fonctionnalités et l'exhaustivité des tests. Les mesures peuvent fonctionner 24/7/365. Les scénarios de test sont automatisés. La portée des tests est nettement plus large que celle définie par les spécifications 3GPP, nécessitant un équipement de test haut de gamme et de grandes chambres anéchoïques.
La 5G apporte de nouveaux défis de test avec la complexité des antennes, l'extension de la bande passante et des fréquences plus élevées. (Source : Rohde & Schwarz)
Mettre sur le marché des équipements de réseau 5G
Approbation de conformité
Les organismes de normalisation, tels que le 3GPP, spécifient des tests de conformité pour garantir que les stations de base fonctionnent dans le cadre de contraintes RF et de performances bien définies. Les tests de conformité spécifiés par le 3GPP couvrent les caractéristiques de l'émetteur et du récepteur, ainsi que les performances du récepteur dans des conditions de bruit et d'évanouissement. Les autorités réglementaires, telles que la FCC, l'OFCOM et la BNetzA, fixent généralement les limites de ces tests. Les stations de base doivent réussir les tests de conformité dans la région où elles seront installées avant de pouvoir commencer à fonctionner sur le terrain.
Essais de fabrication
Les tests de production impliquent deux étapes : les tests du sous-système et du système complet. Tout d'abord, les systèmes sont calibrés. Cela comprend l'application d'un signal avec un niveau connu, la programmation de l'appareil pour signaler le niveau de signal correct et le réglage du filtre ou le réglage de l'atténuation interne pour générer la puissance de sortie correcte. Ensuite, la performance est vérifiée.
Les tests de production sont conçus pour garantir la qualité du produit indépendamment des tests 3GPP. Parce que le débit et l'efficacité sont essentiels, des instruments à grande vitesse avec des performances optimales et des empreintes compactes sont essentiels. Les tests de production sont également de plus en plus parallélisés et automatisés pour des niveaux de débit plus élevés.
Installation du réseau et test du réseau mobile
Chaque nouveau site cellulaire doit être vérifié pour garantir des performances réseau et une qualité de service correctes. Une procédure d'acceptation de site typique implique des mesures de spectre effectuées par voie hertzienne pour analyser l'émetteur dans les domaines fréquentiel et temporel et résoudre les problèmes.
La 5G a une nouvelle exigence pour les tests fonctionnels qui vérifient la connexion au réseau et rassemblent des indicateurs de performance clés tels que la latence, la vitesse de téléchargement et la vitesse de téléchargement à l'aide d'un smartphone. Enfin, le décodage du signal est utilisé pour vérifier les informations du réseau et les signaux de synchronisation pour les signaux d'ancrage 5G et LTE. Une fois le réseau opérationnel, tout problème technique peut être diagnostiqué et résolu à l'aide de procédures de décodage fonctionnel, spectral et de signal.
Conclusion
Les innovations technologiques ont conduit à des solutions de test et de mesure innovantes qui permettent aux clients de lancer des produits 5G plus rapidement et en toute sécurité. Les dernières améliorations permettent de générer et d'analyser des signaux 5G NR sub-6-GHz et mmWave.
Alors que la technologie mobile continue d'évoluer, vers les tests pour la validation de la conception et/ou la production en volume devient une tâche plus critique. Les opérateurs de réseau et les équipementiers d'appareils doivent être en mesure d'évaluer et de certifier les caractéristiques de fiabilité et de performance des appareils et des stations de base dans des environnements qui ressemblent étroitement à celui dans lequel ils sont réellement utilisés. Il ne fait aucun doute que la 6G apportera encore plus de complexité et de défis, avec son utilisation prévue des fréquences térahertz, ou la possibilité d'un nouveau codage de canal hautement efficace et l'utilisation de technologies de maillage d'antenne sophistiquées.
à propos de Rohde & Schwarz