ทำความเข้าใจการทดสอบ 5G

5G ยังคงพัฒนาและกลายเป็นมาตรฐานไร้สายสำหรับมือถือระดับแนวหน้าต่อไป อุปกรณ์เครือข่ายมือถือประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความสำเร็จ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับแอปพลิเคชัน 5G ทุกสาขา 5G New Radio (NR) เป็นเครือข่ายมือถือรุ่นต่อไปและใช้ประโยชน์จากคลื่นความถี่ใหม่ในช่วงความถี่ 1 (FR1) จาก 410 MHz ถึง 7.125 GHz และแนะนำความถี่ที่สูงขึ้นในช่วง mmWave เรียกว่าช่วงความถี่ 2 (FR2) ตั้งแต่ 24.25 GHz ถึง 52.6 GHz

มีความท้าทายมากมายที่เกี่ยวข้องกับ 5G หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดคือความยืดหยุ่นที่แท้จริงของ 5G ระยะห่างระหว่างผู้ให้บริการย่อย, ระยะเวลาของสัญลักษณ์, ระยะเวลานำหน้าแบบวนซ้ำ, แบนด์วิดท์, ความถี่ตั้งแต่ 400 MHz ถึง 43.5 GHz, ฟังก์ชันเวอร์ช่วลไลซ์ (เครือข่ายหลัก) และอื่นๆ ทำให้ 5G ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ ในการทดสอบ 5G อย่างสมบูรณ์ อุปกรณ์ทดสอบจะต้องมีความยืดหยุ่นอย่างไม่น่าเชื่อเพื่อลดความต้องการโซลูชันการทดสอบ 5G ที่แตกต่างกันหลายสิบรายการ

การกำหนดมาตรฐานและแอปพลิเคชัน 5G ที่เน้นไปที่บรอดแบนด์มือถือที่ปรับปรุงแล้ว (eMBB) เป็นกรณีการใช้งานหลักครั้งแรกที่อำนวยความสะดวกให้บริการข้อมูลเร็วขึ้นสำหรับผู้ใช้ การเปิดใช้งาน eMBB ต้องใช้เทคโนโลยี เช่น การสร้างลำแสงที่สร้างความท้าทายในการออกแบบสำหรับอุปกรณ์โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายมือถือ

กรณีการใช้งานหลักอีกสองกรณีคือการสื่อสารประเภทเครื่องขนาดใหญ่ (mMTC) และการสื่อสารที่มีความหน่วงแฝงต่ำ (URLLC) ที่เชื่อถือได้เป็นพิเศษ กรณีการใช้งาน mMTC รองรับการเชื่อมต่อที่รวดเร็วและไม่จำกัดของอุปกรณ์จำนวนมาก เช่น ที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันอินเทอร์เน็ตของสิ่งของ สำหรับ URLLC การสื่อสารที่เชื่อถือได้และเวลาแฝงต่ำเป็นหัวข้อสำคัญ ซึ่งจำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันแนวตั้ง เช่น IoT ในอุตสาหกรรมและการขับขี่อัตโนมัติ

แอปพลิเคชันโฟกัสแรกของ 5G สำหรับ eMBB, mMTC และ URLLC (ที่มา: Rohde & Schwarz)

แนวโน้มโครงสร้างพื้นฐาน

ความยืดหยุ่น

วิวัฒนาการของอุปกรณ์ผู้ใช้จากโทรศัพท์ธรรมดาไปสู่อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยแอปพลิเคชันซึ่งสนับสนุนกรณีการใช้งานต่างๆ จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถรับมือกับข้อกำหนดบริการ 5G ที่เกี่ยวข้องกับ eMBB, URLLC และ mMTC แม้ว่าวิธีเครือข่ายที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์จะอนุญาตการจำลองเสมือนของฟังก์ชัน ฟังก์ชันจริงจะถูกแยกออกจากการเชื่อมโยงฮาร์ดแวร์โดยตรง ซึ่งหมายความว่าฟังก์ชันเครือข่ายไม่ได้ถูกควบคุมสำหรับองค์ประกอบฮาร์ดแวร์เฉพาะในเครือข่ายอีกต่อไป ฟังก์ชันเครือข่ายบางอย่างอาจถูกนำไปใช้งานในระบบคลาวด์ ในขณะที่บางฟังก์ชันอาจถูกนำไปใช้ในฮาร์ดแวร์

เครือข่ายแบบแยกส่วนและอินเทอร์เฟซแบบเปิดช่วยให้เกิดแนวคิดจากผู้ขายหลายราย และเพิ่มความเร็วในการนำเสนอบริการใหม่ มีวัตถุประสงค์เพื่อทำให้เครือข่ายมีความชาญฉลาด คล่องตัว และยืดหยุ่น กลยุทธ์การปรับใช้ 5G แบบสแตนด์อโลนและที่ไม่ใช่แบบสแตนด์อโลนต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่ยืดหยุ่นเพื่อทำงานร่วมกับเทคโนโลยี 2G, 3G และ 4G แบบเดิม ข้อกำหนดทางเทคนิคที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ของ 5G พร้อมกับความซับซ้อนของระบบ ทำให้จำเป็นต้องพึ่งพาอุปกรณ์ทดสอบที่มีอนาคตและโซลูชันการทดสอบที่ปรับให้เหมาะสมกับแอปพลิเคชันโดยเฉพาะสำหรับวงจรชีวิตทั้งหมด

ความหนาแน่นของเครือข่าย

ความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นทำให้เซลล์มาโครมีขีดจำกัด ความหนาแน่นของเครือข่ายทำให้สามารถรับมือกับความต้องการด้านความจุที่ท้าทายโดยการเสริมเซลล์มาโคร โซลูชันการเพิ่มความหนาแน่นของเครือข่ายมีตั้งแต่เซลล์ขนาดเล็กที่ใช้พลังงานต่ำไปจนถึงระบบเสาอากาศแบบกระจายและโซลูชัน mmWave ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมความถี่ที่มีอยู่และข้อบังคับการใช้งาน ในฐานะที่เป็นหนึ่งในกรณีการใช้งานครั้งแรกสำหรับแอปพลิเคชัน 5G mmWave การเข้าถึงไร้สายแบบคงที่ในไมล์สุดท้ายใช้ความจุที่เพิ่มขึ้นอย่างมากเพื่อนำบรอดแบนด์มาสู่บ้านส่วนตัว

นอกจากการรองรับคลื่นความถี่ใหม่ของ FR2 แล้ว อุปกรณ์ทดสอบยังต้องคล่องตัวพอที่จะรองรับระยะและระยะต่างๆ ทั้งหมดของ 5G เช่น การอยู่ร่วมกับ LTE อย่างต่อเนื่อง การใช้ไดนามิกสเปกตรัมร่วมกัน และการเปลี่ยนจาก NSA เป็น เอส.เอ. ข้อกำหนดด้านเวลาแฝงและความน่าเชื่อถือใหม่สำหรับเครือข่ายวิทยาเขตยังต้องได้รับการทดสอบและตรวจสอบ การทดสอบแบบ over-the-air ซึ่งต่างจากการทดสอบที่ดำเนินการ กลายเป็นความจำเป็นที่ไซต์เซลล์เพื่อให้มั่นใจในการวัดคุณภาพด้วยการนำบีมฟอร์มมิ่งมาใช้อย่างแพร่หลาย

โครงสร้างพื้นฐานไร้สาย 5G ครอบคลุมเครือข่ายของสถานีฐานแบบมาโครและเซลล์ขนาดเล็ก (ที่มา: Rohde & Schwarz)

สถาปัตยกรรมเครือข่ายมือถือที่กำลังพัฒนา

ความสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายมือถือ 5G กำลังเติบโตขึ้นพร้อมกับความต้องการประสิทธิภาพของเครือข่ายที่เชื่อถือได้ในกรณีการใช้งานต่างๆ ตั้งแต่ข้อมูลที่ระเบิดเป็นระยะไปจนถึงการรับส่งข้อมูลที่มีเวลาแฝงต่ำที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ เทรนด์ต่างๆ เช่น cloudification, disaggregation และ multi-access edge Computing กำลังกำหนดเป้าหมายเครือข่ายที่ชาญฉลาด คล่องตัว และยืดหยุ่น ความท้าทายคือการเชื่อมช่องว่างระหว่างการรวมศูนย์ การใช้พลังงานที่ลดลง และความซับซ้อนที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับการปรับใช้เครือข่ายแบบแยกส่วนแบบลำดับชั้นที่ส่งเสริมความหน่วงแฝงต่ำ การควบคุม RAN ที่ชาญฉลาด และด้านการจัดกำหนดการที่ปรับให้เหมาะสมด้านคุณภาพของบริการ (QoS)

คุณลักษณะการเข้าถึงและแบ็คฮอลแบบบูรณาการของ 3GPP ช่วยให้สามารถเข้าถึงและแบ็คฮอลผ่านอินเทอร์เฟซทางอากาศ 5G เดียวกัน เทคโนโลยีโดยใช้ประโยชน์จากการปรับใช้ส่วนประกอบโครงสร้างพื้นฐานอย่างรวดเร็ว การเชื่อมต่อที่แพร่หลายเป็นเป้าหมายสำคัญในการเชื่อมต่อกับพื้นที่ชนบทและเครือข่าย IoT ในสถานที่ห่างไกล เพื่อส่งเสริมเครือข่ายที่ไม่ใช่ภาคพื้นดิน

แนะนำ
การวัดเครือข่ายที่เชื่อถือได้ช่วยให้สามารถปรับปรุง QoE ได้

เครือข่ายส่วนตัว/ท้องถิ่น

อุตสาหกรรมเช่นโรงงานผลิตสามารถใช้เทคโนโลยี 5G เพื่อสร้างเครือข่ายท้องถิ่นหรือเครือข่ายส่วนตัวภายในพื้นที่เฉพาะ เครือข่ายส่วนตัวมีการเชื่อมต่อแบบรวมศูนย์ บริการที่ปรับให้เหมาะสมกับกรณีการใช้งาน และสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยโดยอิงตามการแบ่งเครือข่ายหรือเครือข่ายที่เป็นของอุตสาหกรรมแต่ละราย รัฐบาลได้เริ่มให้การจัดสรรคลื่นความถี่เฉพาะสำหรับเครือข่ายส่วนตัว ผู้ให้บริการเครือข่ายสามารถนำเสนอเครือข่ายที่ไม่เปิดเผยต่อสาธารณะในฐานะเครือข่ายเสมือนจริงเพื่อให้บริการแก่ลูกค้าของตน

ขึ้นอยู่กับว่าการทดสอบจะทำโดยเจ้าของเครือข่ายหรือจ้างผู้ให้บริการมือถือหรือบุคคลที่สามอื่น ๆ การทดสอบจะต้องเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเป็นเจ้าของและดำเนินการเครือข่ายส่วนตัวเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของเครือข่าย .

ทดสอบความท้าทาย

ส่วนประกอบ R&D

การพัฒนาอุปกรณ์เครือข่ายไร้สายเริ่มต้นด้วยการทดสอบส่วนประกอบ RF (เครื่องขยายกำลัง, ส่วนหน้า RF, ตัวแปลง D/A, ตัวกรอง, อาร์เรย์เสาอากาศ) และการตรวจสอบการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลและโมดูลพลังงาน โดยทั่วไปแล้ว สัญญาณคลื่นต่อเนื่องจะใช้เพื่อกำหนดลักษณะเมตริกประสิทธิภาพของ RF เช่น พารามิเตอร์ S มีการใช้วิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อทำการทดสอบด้วยสัญญาณมอดูเลต เทคนิคขั้นสูง เช่น การบิดเบือนทางดิจิทัลช่วยให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด

การออกแบบและการตรวจสอบ

การออกแบบและการทดสอบการตรวจสอบช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการทำงานของส่วนประกอบ ระบบย่อย และระบบในสภาวะที่หลากหลาย ลำดับการทดสอบสามารถมีขอบเขตขนาดใหญ่และครอบคลุมพารามิเตอร์หลายตัว เช่น ความถี่ กำลัง ลำแสง และอุณหภูมิ ซึ่งรวมถึงประสิทธิภาพกำลังและการปรับของส่วนประกอบและเครื่องส่งสัญญาณ ความแม่นยำของการจัดรูปแบบลำแสง (เช่น ทิศทางของลำแสงและกำลังไฟฟ้า) และความสมบูรณ์ของสัญญาณบนอินเทอร์เฟซดิจิตอลความเร็วสูง

บูรณาการและการตรวจสอบ

การทดสอบการรวมและการตรวจสอบจะครอบคลุมสถานีฐานทั้งหมดรวมถึงระบบย่อยด้วย ความท้าทายในการทดสอบ 5G ได้แก่ ความซับซ้อนของเสาอากาศ การขยายแบนด์วิดท์ และความถี่ที่สูงขึ้น การทดสอบประกอบด้วยรูปแบบการแผ่รังสีทรงกลม กำลังการแผ่รังสีทั้งหมด คุณลักษณะของเครื่องส่งสัญญาณ และประสิทธิภาพของเครื่องรับ รวมถึงการวิเคราะห์ประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิกว้างสำหรับสัญญาณทั้งหมด เน้นที่ชุดคุณลักษณะและความสมบูรณ์ของการทดสอบ การวัดสามารถทำงาน 24/7/365 สถานการณ์การทดสอบเป็นแบบอัตโนมัติ ขอบเขตของการทดสอบกว้างกว่าที่กำหนดโดยข้อกำหนด 3GPP อย่างมาก ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ทดสอบระดับไฮเอนด์และห้องทดสอบเสียงสะท้อนขนาดใหญ่

5G นำความท้าทายในการทดสอบใหม่ๆ ด้วยความซับซ้อนของเสาอากาศ การขยายแบนด์วิดท์ และความถี่ที่สูงขึ้น (ที่มา: Rohde & Schwarz)

นำอุปกรณ์เครือข่าย 5G ออกสู่ตลาด

การอนุมัติความสอดคล้อง

หน่วยมาตรฐาน เช่น 3GPP ระบุการทดสอบความสอดคล้องเพื่อให้แน่ใจว่าสถานีฐานทำงานภายใต้ RF ที่กำหนดไว้อย่างดีและข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ การทดสอบความสอดคล้องที่ระบุโดยคุณสมบัติตัวส่งสัญญาณและตัวรับของ 3GPP รวมถึงประสิทธิภาพของตัวรับภายใต้สภาวะเสียงรบกวนและการซีดจาง หน่วยงานกำกับดูแล เช่น FCC, OFCOM และ BNetzA มักจะกำหนดขีดจำกัดสำหรับการทดสอบเหล่านี้ สถานีฐานต้องผ่านการทดสอบความสอดคล้องในภูมิภาคที่จะติดตั้งก่อนที่จะเริ่มดำเนินการในภาคสนาม

การทดสอบการผลิต

การทดสอบการผลิตเกี่ยวข้องกับสองขั้นตอน: ระบบย่อยและการทดสอบระบบที่สมบูรณ์ ขั้นแรกให้ปรับเทียบระบบ ซึ่งรวมถึงการประยุกต์ใช้สัญญาณที่มีระดับที่ทราบ การตั้งโปรแกรมอุปกรณ์เพื่อรายงานระดับสัญญาณที่ถูกต้อง และการปรับตัวกรองหรือการตั้งค่าการลดทอนภายในเพื่อสร้างกำลังเอาต์พุตที่ถูกต้อง ภายหลังการตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงาน

การทดสอบการผลิตได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์โดยไม่ขึ้นกับการทดสอบ 3GPP เนื่องจากปริมาณงานและประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญ เครื่องมือความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและมีขนาดกะทัดรัดจึงเป็นสิ่งจำเป็น การทดสอบการผลิตยังถูกทำให้ขนานกันมากขึ้นและเป็นแบบอัตโนมัติสำหรับปริมาณงานที่สูงขึ้น

การติดตั้งเครือข่ายและการทดสอบเครือข่ายมือถือ

ไซต์เซลล์ใหม่แต่ละแห่งต้องได้รับการตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพของเครือข่ายและ QoS ถูกต้อง ขั้นตอนการยอมรับไซต์โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการวัดสเปกตรัมที่ดำเนินการผ่านอากาศเพื่อวิเคราะห์เครื่องส่งสัญญาณในโดเมนความถี่และเวลาและแก้ไขปัญหา

5G มีข้อกำหนดใหม่สำหรับการทดสอบการทำงานที่ตรวจสอบการเชื่อมต่อกับเครือข่ายและรวบรวม KPI ด้านประสิทธิภาพ เช่น เวลาแฝง ความเร็วในการดาวน์โหลด และความเร็วในการอัปโหลดโดยใช้สมาร์ทโฟน สุดท้าย การถอดรหัสสัญญาณจะใช้เพื่อตรวจสอบข้อมูลเครือข่ายและสัญญาณการซิงโครไนซ์สำหรับสัญญาณ 5G และ LTE เมื่อเครือข่ายใช้งานได้ ปัญหาทางเทคนิคใดๆ สามารถวินิจฉัยและแก้ไขได้โดยใช้ขั้นตอนการถอดรหัสการทำงาน สเปกตรัม และสัญญาณ

สรุป

นวัตกรรมทางเทคโนโลยีนำไปสู่โซลูชันการทดสอบและการวัดที่เป็นนวัตกรรมที่ช่วยให้ลูกค้าเปิดตัวผลิตภัณฑ์ 5G ได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัยยิ่งขึ้น การปรับปรุงล่าสุดทำให้สามารถสร้างและวิเคราะห์สัญญาณ 5G NR sub-6-GHz และ mmWave ได้

ในขณะที่เทคโนโลยีมือถือยังคงพัฒนาต่อไป การทดสอบ สำหรับการตรวจสอบการออกแบบและ/หรือการผลิตปริมาณมากกลายเป็นงานที่สำคัญยิ่ง ผู้ให้บริการเครือข่ายและ OEM ของอุปกรณ์จะต้องสามารถประเมินและรับรองคุณสมบัติความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของอุปกรณ์และสถานีฐานในสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับการใช้งานจริงอย่างใกล้ชิด ไม่ต้องสงสัยเลยว่า 6G จะนำความซับซ้อนและความท้าทายมาสู่อนาคต ด้วยการใช้ความถี่เทราเฮิร์ตซ์ตามจุดประสงค์ หรือความเป็นไปได้ของการเข้ารหัสช่องสัญญาณใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและการใช้เทคโนโลยีตาข่ายเสาอากาศที่ซับซ้อน

เกี่ยวกับ Rohde & Schwarz