5G blijft evolueren en vorm krijgen als de volgende vooraanstaande mobiele draadloze standaard. Als basis voor alle 5G-toepassingsgebieden is krachtige mobiele netwerkapparatuur cruciaal voor succes. 5G New Radio (NR) is de volgende generatie mobiele netwerken en maakt gebruik van nieuwe banden in frequentiebereik 1 (FR1) van 410 MHz tot 7.125 GHz en introduceert hogere frequenties in het mmWave-bereik, aangeduid als frequentiebereik 2 (FR2) vanaf 24.25 GHz tot 52.6 GHz.
Er zijn veel uitdagingen verbonden aan 5G. Een van de grootste uitdagingen is de enorme flexibiliteit van 5G. Subcarrier-afstand, symboolduur, cyclische prefixduur, bandbreedte, frequenties van 400 MHz tot 43.5 GHz, gevirtualiseerde (kernnetwerk)functies en meer maken 5G ongelooflijk complex. Om 5G volledig te testen, moet de testapparatuur ook ongelooflijk flexibel zijn om de behoefte aan tientallen verschillende 5G-testoplossingen te verminderen.
5G-standaardisatie en toepassingen gericht op verbeterde mobiele breedband (eMBB) zijn de eerste belangrijke use-cases om snellere datadiensten voor eindgebruikers mogelijk te maken. Het inschakelen van eMBB vereist het gebruik van technologieën zoals beamforming die bepaalde ontwerpuitdagingen met zich meebrengen voor apparatuur voor mobiele netwerkinfrastructuur.
De andere twee belangrijkste use-cases zijn massieve machine-type communicatie (mMTC) en ultrabetrouwbare communicatie met lage latentie (URLLC). De mMTC use case ondersteunt snelle en onbeperkte verbindingen van grote aantallen apparaten, zoals vereist voor internet-of-things-toepassingen. Voor URLLC zijn betrouwbare communicatie en lage latentie de belangrijkste onderwerpen, die verplicht zijn voor verticale toepassingen zoals industrieel IoT en autonoom rijden.
5G's eerste focustoepassingen voor eMBB, mMTC en URLLC (Bron: Rohde & Schwarz)
Infrastructuurtrends
Flexibiliteit
De evolutie van het gebruikersapparaat van een gewone telefoon naar een toepassingsgestuurd apparaat dat verschillende gebruiksscenario's ondersteunt, vereist een flexibele infrastructuur die kan voldoen aan de 5G-servicevereisten die verband houden met eMBB, URLLC en mMTC. Hoewel softwaregedefinieerde netwerkmethoden virtualisatie van functies mogelijk maken, worden de daadwerkelijke functies losgekoppeld van een directe hardwarebinding. Dit betekent dat netwerkfuncties niet langer worden gereguleerd naar specifieke hardware-elementen in het netwerk. Sommige netwerkfuncties kunnen in de cloud worden geïmplementeerd, terwijl andere in hardware kunnen worden geïmplementeerd.
Uitgesplitste netwerken en open interfaces maken een multi-vendor-concept mogelijk en versnellen nieuwe service-introducties. Het doel is om het netwerk slim, wendbaar en flexibel te maken. 5G standalone en niet-standalone implementatiestrategieën vereisen flexibele hardware om te werken met de 2G, 3G en 4G legacy-technologieën. De steeds toenemende technische vereisten van 5G, samen met de systeemcomplexiteit, maken het noodzakelijk om te vertrouwen op toekomstbestendige testapparatuur en speciale, applicatie-geoptimaliseerde testoplossingen voor de hele levenscyclus.
Netwerkverdichting
De steeds toenemende vraag naar hogere datasnelheden drijft macrocellen tot het uiterste. Netwerkverdichting maakt het mogelijk om te gaan met de uitdagende capaciteitsvereisten door macrocellen aan te vullen. Afhankelijk van het beschikbare frequentiespectrum en uitvoeringsvoorschriften, variëren netwerkverdichtingsoplossingen van kleine cellen met een laag vermogen tot gedistribueerde antennesystemen en mmWave-oplossingen. Als een van de eerste use-cases voor 5G mmWave-toepassingen, maakt last-mile vaste draadloze toegang gebruik van de enorm toegenomen capaciteit om breedband naar particuliere woningen te brengen.
Naast de ondersteuning van de nieuwe frequentiebanden van FR2 moet testapparatuur flexibel genoeg blijven om alle verschillende fasen en fasen van 5G te ondersteunen, zoals de voortdurende co-existentie met LTE, het gebruik van dynamisch delen van spectrum en de overgang van NSA naar ZA. Nieuwe latentie- en betrouwbaarheidseisen voor campusnetwerken moeten ook worden getest en geverifieerd. Over-the-air testen, in tegenstelling tot uitgevoerde testen, is nu een noodzaak op de cellocatie om kwaliteitsstatistieken te garanderen met de wijdverbreide acceptatie van beamforming.
De draadloze 5G-infrastructuur omvat een netwerk van macro- en kleincellige basisstations. (Bron: Rohde & Schwarz)
Evoluerende mobiele netwerkarchitectuur
Het belang van de mobiele 5G-netwerkinfrastructuur groeit samen met de behoefte aan betrouwbare netwerkprestaties in verschillende gebruikssituaties, variërend van sporadische databursts tot snelle en betrouwbare transmissie met lage latentie. Trends zoals cloudificatie, desaggregatie en multi-access edge computing richten zich op slimme, flexibele en flexibele netwerken. De uitdaging is om de kloof te overbruggen tussen centralisatie, lager energieverbruik en lagere complexiteit versus hiërarchisch uitgesplitste netwerkimplementatie, waarbij lage latentie, intelligente RAN-controle en voor quality of service (QoS) geoptimaliseerde planningsaspecten worden bevorderd.
De geïntegreerde toegangs- en backhaul-functie van de 3GPP maakt toegang en backhaul mogelijk via dezelfde 5G-luchtinterface technologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van een snelle implementatie van infrastructuurcomponenten. Alomtegenwoordige verbindingen zijn een belangrijk doel om connectiviteit naar plattelandsgebieden en IoT-netwerken op afgelegen locaties te brengen, waardoor niet-terrestrische netwerken worden bevorderd.
Aanbevolen
Betrouwbare netwerkmetingen maken QoE-verbeteringen mogelijk
Privé/lokale netwerken
Industrieën zoals productiefaciliteiten kunnen 5G-technologie gebruiken om een lokaal of particulier netwerk te creëren binnen een speciaal gebied. Gebaseerd op network slicing of individuele netwerken die eigendom zijn van de industrie, bieden privénetwerken uniforme connectiviteit, voor gebruik geoptimaliseerde services en een veilige omgeving. Overheden zijn begonnen met het verstrekken van specifieke spectrumtoewijzingen voor particuliere netwerken. Netwerkoperators kunnen een niet-openbaar netwerk als een gevirtualiseerd netwerk als service aanbieden aan hun klanten.
Afhankelijk van of de tests worden uitgevoerd door de netwerkeigenaar of worden uitbesteed aan de mobiele operator of een andere derde partij, zullen tests onderdeel moeten worden van het proces van het bezitten en exploiteren van een particulier netwerk om de netwerkkwaliteit, prestaties en betrouwbaarheid te garanderen .
Testuitdagingen
Component R&D
Het ontwikkelen van draadloze netwerkapparatuur begint met het testen van RF-componenten (eindversterker, RF-frontend, D/A-converter, filter, antenne-arrays) en het verifiëren van de digitale signaalverwerking en voedingsmodules. Doorgaans worden continue golfsignalen gebruikt om RF-prestatiestatistieken zoals S-parameters te karakteriseren. Er worden steeds meer geavanceerde methoden toegepast om testen met gemoduleerde signalen uit te voeren. Geavanceerde technieken zoals digitale voorvervorming helpen bij het bereiken van optimale prestaties.
Ontwerp en validatie
Ontwerp- en validatietesten helpen de functionele prestaties van componenten, subsystemen en systemen onder een breed scala van omstandigheden te waarborgen. Testsequenties kunnen een groot bereik hebben en meerdere parameters omvatten, zoals frequentie, vermogen, bundels en temperatuur. Dit omvat het vermogen en de modulatieprestaties van componenten en zenders, de nauwkeurigheid van de bundelvorming (bijv. de richting en het vermogen van de bundel) en de signaalintegriteit via snelle digitale interfaces.
Integratie en verificatie
Integratie- en verificatietests hebben betrekking op het volledige basisstation en de subsystemen. 5G-testuitdagingen omvatten antennecomplexiteit, groeiende bandbreedte en hogere frequenties. De tests omvatten sferische stralingspatronen, totaal uitgestraald vermogen, zenderkenmerken en ontvangerprestaties, inclusief een prestatieanalyse over een groot temperatuurbereik voor alle signalen. De focus ligt op featuresets en de volledigheid van tests. De metingen kunnen 24/7/365 draaien. Testscenario's zijn geautomatiseerd. De reikwijdte van de tests is aanzienlijk breder dan zoals gedefinieerd door de 3GPP-specificaties, waarvoor hoogwaardige testapparatuur en grote echovrije kamers nodig zijn.
5G brengt nieuwe testuitdagingen met zich mee met antennecomplexiteit, groeiende bandbreedte en hogere frequenties. (Bron: Rohde & Schwarz)
5G-netwerkapparatuur op de markt brengen
Conformiteitsgoedkeuring
Standaardisatie-instanties, zoals 3GPP, specificeren conformiteitstests om ervoor te zorgen dat basisstations werken binnen duidelijk gedefinieerde RF- en prestatiebeperkingen. De conformiteitstests gespecificeerd door 3GPP hebben betrekking op de kenmerken van de zender en ontvanger, evenals de prestaties van de ontvanger onder ruis en vervaging. Regelgevende instanties, zoals de FCC, OFCOM en BNetzA, stellen doorgaans de limieten voor deze tests. Basisstations moeten conformiteitstests doorstaan in de regio waar ze worden geïnstalleerd voordat ze in het veld kunnen worden gebruikt.
Productietests
Productietests omvatten twee fasen: subsysteemtests en volledige systeemtests. Eerst worden systemen gekalibreerd. Dit omvat toepassing van een signaal met een bekend niveau, apparaatprogrammering om het juiste signaalniveau te rapporteren, en filterafstemming of instelling van interne demping om het juiste uitgangsvermogen te genereren. Daarna wordt de prestatie geverifieerd.
Productietests zijn ontworpen om de productkwaliteit te garanderen, onafhankelijk van 3GPP-tests. Omdat doorvoer en efficiëntie van cruciaal belang zijn, zijn snelle instrumenten met topprestaties en compacte afmetingen essentieel. Productietests worden ook steeds meer geparallelliseerd en geautomatiseerd voor een hogere doorvoer.
Netwerkinstallatie en mobiel netwerk testen
Elke nieuwe mobiele site moet worden geverifieerd om correcte netwerkprestaties en QoS te garanderen. Een typische procedure voor locatieacceptatie omvat spectrummetingen die via de ether worden uitgevoerd om de zender in de frequentie- en tijddomeinen te analyseren en problemen op te lossen.
5G heeft een nieuwe vereiste voor functionele tests die de verbinding met het netwerk verifiëren en prestatie-KPI's verzamelen, zoals latentie, downloadsnelheid en uploadsnelheid met behulp van een smartphone. Ten slotte wordt signaaldecodering gebruikt om netwerkinformatie en synchronisatiesignalen voor de 5G- en LTE-ankersignalen te verifiëren. Zodra het netwerk operationeel is, kunnen eventuele technische problemen worden gediagnosticeerd en opgelost met behulp van functionele, spectrale en signaaldecoderingsprocedures.
Conclusie
Technologische innovaties hebben geleid tot innovatieve test- en meetoplossingen waarmee klanten 5G-producten sneller en veiliger kunnen lanceren. De nieuwste verbeteringen maken het mogelijk om 5G NR sub-6-GHz en mmWave-signalen te genereren en te analyseren.
Naarmate mobiele technologie zich verder ontwikkelt, het testen van voor ontwerpvalidatie en/of volumeproductie wordt een meer kritische taak. Netwerkoperators en OEM's van apparaten moeten de betrouwbaarheid en prestatiekenmerken van apparaten en basisstations kunnen evalueren en certificeren in omgevingen die sterk lijken op die waarin ze daadwerkelijk worden gebruikt. Ongetwijfeld zal 6G nog meer complexiteit en uitdagingen met zich meebrengen, met het beoogde gebruik van terahertz-frequenties, of de mogelijkheid van nieuwe, zeer efficiënte kanaalcodering en het gebruik van geavanceerde antenne-mesh-technologieën.
over Rohde & Schwarz