5G continua a evoluir e tomar forma como o próximo padrão sem fio móvel preeminente. Como base para todos os campos de aplicação 5G, equipamentos de rede móvel de alto desempenho são essenciais para o sucesso. 5G New Radio (NR) é a próxima geração de redes móveis e explora novas bandas na faixa de frequência 1 (FR1) de 410 MHz a 7.125 GHz e introduz frequências mais altas na faixa mmWave, referido como faixa de frequência 2 (FR2) de 24.25 GHz a 52.6 GHz.
Existem muitos desafios associados ao 5G. Um dos maiores desafios é a flexibilidade absoluta do 5G. Espaçamento de subportadora, duração de símbolo, duração de prefixo cíclico, largura de banda, frequências de 400 MHz a 43.5 GHz, funções virtualizadas (rede central) e muito mais tornam o 5G incrivelmente complexo. Para testar totalmente o 5G, o equipamento de teste também precisa ser incrivelmente flexível para reduzir a necessidade de dezenas de soluções de teste 5G diferentes.
A padronização 5G e os aplicativos com foco em banda larga móvel aprimorada (eMBB) são os primeiros casos de uso principais para facilitar serviços de dados mais rápidos para usuários finais. A habilitação do eMBB requer o uso de tecnologias como a formação de feixes, que envolvem certos desafios de projeto para equipamentos de infraestrutura de rede móvel.
Os outros dois principais casos de uso são comunicações massivas do tipo máquina (mMTC) e comunicações ultraconfiáveis de baixa latência (URLLC). O caso de uso do mMTC oferece suporte a conexões rápidas e ilimitadas de um grande número de dispositivos, conforme necessário para aplicativos de internet das coisas. Para URLLC, comunicações confiáveis e baixa latência são os tópicos principais, obrigatórios para aplicações verticais, como IoT industrial e direção autônoma.
Primeiros aplicativos de foco do 5G para eMBB, mMTC e URLLC (Fonte: Rohde & Schwarz)
Tendências de infraestrutura
Flexibilidade
A evolução do dispositivo do usuário de um telefone simples para um dispositivo orientado por aplicativo que suporta vários casos de uso necessita de uma infraestrutura flexível que possa lidar com os requisitos de serviço 5G associados a eMBB, URLLC e mMTC. Embora os métodos de rede definidos por software permitam a virtualização de funções, as funções reais serão desacopladas de uma ligação direta de hardware. Isso significa que as funções de rede não são mais regulamentadas para elementos de hardware específicos na rede. Algumas funções de rede podem ser implementadas na nuvem, enquanto outras podem ser implementadas no hardware.
Redes desagregadas e interfaces abertas permitem um conceito de vários fornecedores e aceleram a introdução de novos serviços. O objetivo é tornar a rede inteligente, ágil e flexível. As estratégias de implantação autônoma e não autônoma de 5G exigem hardware flexível para funcionar com as tecnologias herdadas 2G, 3G e 4G. Os requisitos técnicos cada vez maiores do 5G, juntamente com a complexidade do sistema, tornam necessário contar com equipamentos de teste à prova de futuro e soluções de teste dedicadas e otimizadas para aplicativos para todo o ciclo de vida.
Densificação da rede
A demanda cada vez maior por taxas de dados mais altas está levando as macrocélulas aos seus limites. A densificação da rede torna possível lidar com os requisitos desafiadores de capacidade, complementando as macrocélulas. Dependendo do espectro de frequência disponível e dos regulamentos de implementação, as soluções de densificação de rede variam de pequenas células de baixa potência a sistemas de antenas distribuídas e soluções mmWave. Como um dos primeiros casos de uso para aplicativos de onda 5G mm, o acesso sem fio fixo de última milha usa a capacidade massivamente aumentada para levar banda larga para residências privadas.
Além de suportar as novas bandas de frequência do FR2, o equipamento de teste deve permanecer ágil o suficiente para suportar todos os vários estágios e fases do 5G, como a coexistência contínua com LTE, o uso de compartilhamento de espectro dinâmico e a transição de NSA para SA. Novos requisitos de latência e confiabilidade para redes de campus também precisam ser testados e verificados. O teste over-the-air, ao contrário do teste conduzido, é agora uma necessidade no local da célula para garantir métricas de qualidade com a adoção generalizada de beamforming.
A infraestrutura sem fio 5G abrange uma rede de estações base de macro e pequenas células. (Fonte: Rohde & Schwarz)
Arquitetura de rede móvel em evolução
A importância da infraestrutura de rede móvel 5G está crescendo junto com a necessidade de desempenho de rede confiável em vários casos de uso, variando de bursts de dados esporádicos a transmissão de baixa latência rápida e confiável. Tendências como cloudification, desagregação e computação de ponta com múltiplos acessos têm como alvo redes inteligentes, ágeis e flexíveis. O desafio é preencher a lacuna entre centralização, menor consumo de energia e menor complexidade versus implantação de rede desagregada hierárquica, promovendo baixa latência, controle RAN inteligente e aspectos de programação otimizados para qualidade de serviço (QoS).
O recurso integrado de acesso e backhaul do 3GPP permite acesso e backhaul por meio da mesma interface aérea 5G tecnologia, aproveitando a implantação rápida de componentes de infraestrutura. A conexão onipresente é um objetivo importante para levar conectividade a áreas rurais e redes IoT em locais remotos, promovendo redes não terrestres.
Recomendado
Medições de rede confiáveis permitem melhorias de QoE
Redes privadas / locais
Indústrias como instalações de produção podem usar a tecnologia 5G para criar uma rede local ou privada dentro de uma área dedicada. Com base na divisão de rede ou em redes individuais de propriedade da indústria, as redes privadas apresentam conectividade unificada, serviços otimizados para casos de uso e um ambiente seguro. Os governos começaram a fornecer alocações de espectro específicas para redes privadas. As operadoras de rede podem oferecer uma rede privada como uma rede virtualizada como um serviço para seus clientes.
Dependendo se os testes serão feitos pelo proprietário da rede ou terceirizados para a operadora móvel ou algum outro terceiro, o teste terá que se tornar parte do processo de possuir e operar uma rede privada para garantir a qualidade, o desempenho e a confiabilidade da rede .
Desafios de teste
P&D de componentes
O desenvolvimento de equipamentos de rede sem fio começa com o teste de componentes de RF (amplificador de potência, front end de RF, conversor D / A, filtro, arranjos de antenas) e verificação do processamento de sinal digital e módulos de potência. Normalmente, os sinais de onda contínua são usados para caracterizar as métricas de desempenho de RF, como os parâmetros S. Métodos mais sofisticados são cada vez mais aplicados para realizar testes com sinais modulados. Técnicas avançadas, como pré-distorção digital, ajudam a obter um desempenho ideal.
Design e validação
Os testes de design e validação ajudam a garantir o desempenho funcional de componentes, subsistemas e sistemas em uma ampla gama de condições. As sequências de teste podem ter um amplo escopo e cobrir vários parâmetros, como frequência, potência, feixes e temperatura. Isso inclui o desempenho de potência e modulação de componentes e transmissores, precisão de formação de feixe (por exemplo, direção e potência do feixe) e integridade do sinal em interfaces digitais de alta velocidade.
Integração e verificação
Os testes de integração e verificação cobrem a estação base completa, bem como seus subsistemas. Os desafios do teste 5G incluem complexidade da antena, largura de banda em expansão e frequências mais altas. Os testes incluem padrões de radiação esférica, potência total irradiada, características do transmissor e desempenho do receptor, incluindo uma análise de desempenho em uma ampla faixa de temperatura para todos os sinais. O foco está nos conjuntos de recursos e na integridade dos testes. As medições podem ser executadas 24/7/365. Os cenários de teste são automatizados. O escopo dos testes é significativamente mais amplo do que o definido pelas especificações 3GPP, exigindo equipamentos de teste de última geração e grandes câmaras anecóicas.
5G traz novos desafios de teste com complexidade de antena, largura de banda em expansão e frequências mais altas. (Fonte: Rohde & Schwarz)
Trazendo equipamento de rede 5G para o mercado
Aprovação de conformidade
Organismos de padronização, como 3GPP, especificam testes de conformidade para garantir que as estações base operem dentro de RF bem definidas e restrições de desempenho. Os testes de conformidade especificados pelo 3GPP cobrem as características do transmissor e do receptor, bem como o desempenho do receptor em condições de ruído e desbotamento. Autoridades regulatórias, como FCC, OFCOM e BNetzA, normalmente definem os limites para esses testes. As estações base precisam passar nos testes de conformidade na região onde serão instaladas antes de iniciar a operação em campo.
Testes de produção
Os testes de produção envolvem duas etapas: teste do subsistema e teste completo do sistema. Primeiro, os sistemas são calibrados. Isso inclui a aplicação de um sinal com um nível conhecido, programação de dispositivo para relatar o nível de sinal correto e ajuste de filtro ou configuração de atenuação interna para gerar a potência de saída correta. Posteriormente, o desempenho é verificado.
Os testes de produção são projetados para garantir a qualidade do produto independentemente dos testes 3GPP. Como o rendimento e a eficiência são essenciais, instrumentos de alta velocidade com desempenho superior e pegadas compactas são essenciais. Os testes de produção também são cada vez mais paralelizados e automatizados para níveis mais altos de rendimento.
Instalação de rede e teste de rede móvel
Cada novo local de célula precisa ser verificado para garantir o desempenho correto da rede e QoS. Um procedimento típico de aceitação local envolve medições de espectro conduzidas pelo ar para analisar o transmissor nos domínios de frequência e tempo e solucionar problemas.
5G tem um novo requisito para testes funcionais que verificam a conexão com a rede e reúnem KPIs de desempenho, como latência, velocidade de download e velocidade de upload usando um smartphone. Finalmente, a decodificação do sinal é usada para verificar as informações da rede e os sinais de sincronização para os sinais de âncora 5G e LTE. Uma vez que a rede esteja operacional, quaisquer problemas técnicos podem ser diagnosticados e resolvidos usando procedimentos funcionais, espectrais e de decodificação de sinal.
Conclusão
As inovações tecnológicas levaram a soluções inovadoras de teste e medição que permitem aos clientes lançar produtos 5G com mais rapidez e segurança. Os aprimoramentos mais recentes tornam possível gerar e analisar sinais 5G NR sub-6-GHz e mmWave.
Conforme a tecnologia móvel continua a evoluir, ensaio para validação de projeto e / ou produção de volume torna-se uma tarefa mais crítica. Operadores de rede e OEMs de dispositivos devem ser capazes de avaliar e certificar as características de confiabilidade e desempenho de dispositivos e estações base em ambientes muito semelhantes àquele em que são realmente usados. Sem dúvida, o 6G trará ainda mais complexidade e desafios à frente, com o uso pretendido de frequências terahertz, ou a possibilidade de uma nova codificação de canal altamente eficiente e o uso de tecnologias sofisticadas de malha de antena.
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