5G tiếp tục phát triển và trở thành tiêu chuẩn không dây di động ưu việt tiếp theo. Là cơ sở cho tất cả các lĩnh vực ứng dụng 5G, thiết bị mạng di động hiệu suất cao là rất quan trọng để thành công. 5G New Radio (NR) là thế hệ tiếp theo của mạng di động và khai thác các băng tần mới trong Dải tần số 1 (FR1) từ 410 MHz đến 7.125 GHz và giới thiệu các tần số cao hơn trong dải mmWave, được gọi là Dải tần số 2 (FR2) từ 24.25 GHz đến 52.6 GHz.
Có rất nhiều thách thức liên quan đến 5G. Một trong những thách thức lớn nhất là tính linh hoạt tuyệt đối của 5G. Khoảng cách sóng mang con, thời lượng ký hiệu, thời lượng tiền tố theo chu kỳ, băng thông, tần số từ 400 MHz đến 43.5 GHz, các chức năng ảo hóa (mạng lõi) và hơn thế nữa làm cho 5G trở nên vô cùng phức tạp. Để kiểm tra hoàn toàn 5G, thiết bị thử nghiệm cũng cần phải cực kỳ linh hoạt để giảm nhu cầu về hàng chục giải pháp thử nghiệm 5G khác nhau.
Tiêu chuẩn hóa 5G và các ứng dụng tập trung vào băng thông rộng di động nâng cao (eMBB) là những trường hợp sử dụng chính đầu tiên để tạo điều kiện cho dịch vụ dữ liệu nhanh hơn cho người dùng cuối. Để kích hoạt eMBB yêu cầu sử dụng các công nghệ như định dạng chùm dẫn đến những thách thức nhất định về thiết kế đối với thiết bị cơ sở hạ tầng mạng di động.
Hai trường hợp sử dụng chính khác là giao tiếp kiểu máy lớn (mMTC) và giao tiếp siêu đáng tin cậy, độ trễ thấp (URLLC). Trường hợp sử dụng mMTC hỗ trợ kết nối nhanh chóng và không giới hạn với số lượng lớn thiết bị như yêu cầu cho các ứng dụng internet vạn vật. Đối với URLLC, thông tin liên lạc đáng tin cậy và độ trễ thấp là các chủ đề chính, bắt buộc đối với các ứng dụng dọc như IoT công nghiệp và lái xe tự động.
Các ứng dụng trọng tâm đầu tiên của 5G cho eMBB, mMTC và URLLC (Nguồn: Rohde & Schwarz)
Xu hướng cơ sở hạ tầng
Linh hoạt
Sự phát triển của thiết bị người dùng từ điện thoại thông thường thành thiết bị chạy ứng dụng hỗ trợ các trường hợp sử dụng khác nhau đòi hỏi một cơ sở hạ tầng linh hoạt có thể đáp ứng các yêu cầu dịch vụ 5G liên quan đến eMBB, URLLC và mMTC. Trong khi các phương thức mạng do phần mềm xác định cho phép ảo hóa các chức năng, các chức năng thực tế sẽ được tách ra khỏi ràng buộc phần cứng trực tiếp. Điều này có nghĩa là các chức năng mạng không còn được điều chỉnh cho các phần tử phần cứng cụ thể trong mạng. Một số chức năng mạng có thể được triển khai trên đám mây, trong khi những chức năng khác có thể được thực hiện trong phần cứng.
Các mạng tách biệt và giao diện mở cho phép khái niệm nhiều nhà cung cấp và tăng tốc độ giới thiệu dịch vụ mới. Mục tiêu là làm cho mạng thông minh, nhanh nhẹn và linh hoạt. Các chiến lược triển khai 5G độc lập và không độc lập yêu cầu phần cứng linh hoạt để hoạt động với các công nghệ kế thừa 2G, 3G và 4G. Các yêu cầu kỹ thuật ngày càng gia tăng của 5G cùng với độ phức tạp của hệ thống khiến nó cần phải dựa vào thiết bị thử nghiệm có khả năng ứng dụng trong tương lai và các giải pháp thử nghiệm chuyên dụng, tối ưu hóa ứng dụng cho toàn bộ vòng đời.
Mật độ mạng
Nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ dữ liệu cao hơn đang đẩy các ô vĩ mô đến giới hạn của chúng. Mật độ mạng làm cho nó có thể đối phó với các yêu cầu công suất đầy thách thức bằng cách bổ sung các ô macro. Tùy thuộc vào phổ tần số có sẵn và các quy định thực hiện, các giải pháp mật độ mạng bao gồm từ các tế bào nhỏ công suất thấp đến hệ thống ăng ten phân tán và các giải pháp mmWave. Là một trong những trường hợp sử dụng đầu tiên cho các ứng dụng 5G mmWave, truy cập không dây cố định ở dặm cuối sử dụng dung lượng được tăng lên đáng kể để mang băng thông rộng đến nhà riêng.
Ngoài việc hỗ trợ các dải tần số mới của FR2, thiết bị thử nghiệm phải duy trì đủ nhanh nhạy để hỗ trợ tất cả các giai đoạn và giai đoạn khác nhau của 5G, chẳng hạn như sự chung sống liên tục với LTE, sử dụng chia sẻ phổ động và quá trình chuyển đổi từ NSA sang SA. Các yêu cầu mới về độ trễ và độ tin cậy đối với mạng trong khuôn viên trường cũng cần được kiểm tra và xác minh. Thử nghiệm qua không khí, trái ngược với thử nghiệm được tiến hành, hiện là một nhu cầu cần thiết tại khu vực tế bào để đảm bảo các chỉ số chất lượng với việc áp dụng rộng rãi dạng chùm tia.
Cơ sở hạ tầng không dây 5G bao gồm một mạng lưới các trạm gốc tế bào nhỏ và vĩ mô. (Nguồn: Rohde & Schwarz)
Phát triển kiến trúc mạng di động
Tầm quan trọng của cơ sở hạ tầng mạng di động 5G ngày càng tăng cùng với nhu cầu về hiệu suất mạng đáng tin cậy trong các trường hợp sử dụng khác nhau, từ bùng nổ dữ liệu lẻ tẻ đến truyền tải nhanh và đáng tin cậy với độ trễ thấp. Các xu hướng như đám mây hóa, phân tách và điện toán biên đa truy cập đang nhắm đến các mạng thông minh, nhanh nhẹn và linh hoạt. Thách thức là thu hẹp khoảng cách giữa tập trung hóa, tiêu thụ năng lượng thấp hơn và độ phức tạp thấp hơn so với việc triển khai mạng phân tán theo cấp bậc, thúc đẩy độ trễ thấp, kiểm soát RAN thông minh và các khía cạnh lập lịch tối ưu hóa chất lượng dịch vụ (QoS).
Tính năng truy cập và truyền lại tích hợp của 3GPP cho phép truy cập và truyền lại thông qua cùng giao diện vô tuyến 5G công nghệ, tận dụng việc triển khai nhanh chóng các thành phần cơ sở hạ tầng. Kết nối khắp nơi là mục tiêu quan trọng nhằm mang lại khả năng kết nối đến các khu vực nông thôn và mạng IoT ở những địa điểm xa xôi, thúc đẩy các mạng phi mặt đất.
Đề xuất
Các phép đo mạng đáng tin cậy cho phép cải tiến QoE
Mạng riêng / cục bộ
Các ngành như cơ sở sản xuất có thể sử dụng công nghệ 5G để tạo mạng cục bộ hoặc mạng riêng trong một khu vực chuyên dụng. Dựa trên việc phân chia mạng hoặc các mạng riêng lẻ thuộc sở hữu của ngành, các mạng riêng có tính năng kết nối thống nhất, các dịch vụ được tối ưu hóa theo trường hợp sử dụng và một môi trường an toàn. Các chính phủ đã bắt đầu cung cấp phân bổ phổ tần cụ thể cho các mạng riêng. Các nhà khai thác mạng có thể cung cấp một mạng không công cộng như một mạng ảo hóa như một dịch vụ cho khách hàng của họ.
Tùy thuộc vào việc kiểm tra sẽ được thực hiện bởi chủ sở hữu mạng hay được thuê ngoài nhà cung cấp dịch vụ di động hoặc một số bên thứ ba khác, kiểm tra sẽ phải trở thành một phần của quá trình sở hữu và vận hành một mạng riêng để đảm bảo chất lượng, hiệu suất và độ tin cậy của mạng. .
Thử thách thử thách
R&D thành phần
Việc phát triển thiết bị mạng không dây bắt đầu với việc thử nghiệm các thành phần RF (bộ khuếch đại công suất, kết thúc phía trước RF, bộ chuyển đổi D / A, bộ lọc, mảng ăng-ten) và xác minh các mô-đun nguồn và xử lý tín hiệu kỹ thuật số. Thông thường, tín hiệu sóng liên tục được sử dụng để mô tả các số liệu hiệu suất RF như thông số S. Các phương pháp phức tạp hơn ngày càng được áp dụng để thực hiện kiểm tra với các tín hiệu đã được điều chế. Các kỹ thuật tiên tiến như phân bổ kỹ thuật số giúp đạt được hiệu suất tối ưu.
Thiết kế và xác nhận
Kiểm tra thiết kế và xác nhận giúp đảm bảo hoạt động chức năng của các thành phần, hệ thống con và hệ thống trong một loạt các điều kiện. Trình tự thử nghiệm có thể có phạm vi lớn và bao gồm nhiều tham số như tần số, công suất, chùm tia và nhiệt độ. Điều này bao gồm công suất và hiệu suất điều chế của các thành phần và bộ phát, độ chính xác của định dạng chùm (ví dụ: hướng chùm tia và công suất), và tính toàn vẹn của tín hiệu qua các giao diện kỹ thuật số tốc độ cao.
Tích hợp và xác minh
Các thử nghiệm tích hợp và xác minh bao gồm trạm gốc hoàn chỉnh cũng như các hệ thống con của nó. Thử thách thử nghiệm 5G bao gồm độ phức tạp của ăng-ten, mở rộng băng thông và tần số cao hơn. Thử nghiệm bao gồm các mẫu bức xạ hình cầu, tổng công suất bức xạ, đặc tính của máy phát và hiệu suất máy thu, bao gồm phân tích hiệu suất trên một phạm vi nhiệt độ lớn cho tất cả các tín hiệu. Trọng tâm là các bộ tính năng và tính hoàn chỉnh của các bài kiểm tra. Các phép đo có thể chạy 24/7/365. Các kịch bản thử nghiệm được tự động hóa. Phạm vi thử nghiệm rộng hơn đáng kể so với quy định của thông số kỹ thuật 3GPP, yêu cầu thiết bị thử nghiệm cao cấp và buồng chống dội âm lớn.
5G mang đến những thách thức thử nghiệm mới với độ phức tạp của ăng-ten, mở rộng băng thông và tần số cao hơn. (Nguồn: Rohde & Schwarz)
Đưa thiết bị mạng 5G ra thị trường
Phê duyệt sự phù hợp
Các cơ quan tiêu chuẩn hóa, chẳng hạn như 3GPP, chỉ định các bài kiểm tra sự phù hợp để đảm bảo rằng các trạm gốc hoạt động trong các ràng buộc về hiệu suất và tần số vô tuyến được xác định rõ ràng. Các bài kiểm tra sự phù hợp được chỉ định bởi các đặc tính của bộ phát và bộ thu của 3GPP, cũng như hiệu suất của bộ thu trong điều kiện nhiễu và mờ. Các cơ quan quản lý, chẳng hạn như FCC, OFCOM và BNetzA, thường đặt ra các giới hạn cho các thử nghiệm này. Các trạm gốc cần phải vượt qua các bài kiểm tra sự phù hợp trong khu vực mà chúng sẽ được lắp đặt trước khi chúng có thể bắt đầu hoạt động tại hiện trường.
Kiểm tra sản xuất
Thử nghiệm sản xuất bao gồm hai giai đoạn: thử nghiệm hệ thống con và hệ thống hoàn chỉnh. Đầu tiên, các hệ thống được hiệu chỉnh. Điều này bao gồm việc áp dụng tín hiệu với mức đã biết, lập trình thiết bị để báo cáo mức tín hiệu chính xác và điều chỉnh bộ lọc hoặc cài đặt suy hao bên trong để tạo ra công suất đầu ra chính xác. Sau đó, hiệu suất được xác minh.
Các bài kiểm tra sản xuất được thiết kế để đảm bảo chất lượng sản phẩm độc lập với các bài kiểm tra 3GPP. Bởi vì thông lượng và hiệu quả là rất quan trọng, các thiết bị tốc độ cao với hiệu suất hàng đầu và dấu chân nhỏ gọn là điều cần thiết. Các thử nghiệm sản xuất cũng ngày càng được song song hóa và tự động hóa để đạt được thông lượng cao hơn.
Cài đặt mạng và kiểm tra mạng di động
Mỗi trang web ô mới cần được xác minh để đảm bảo hiệu suất mạng và QoS chính xác. Quy trình nghiệm thu tại địa điểm điển hình bao gồm các phép đo phổ được thực hiện qua không khí để phân tích máy phát trong miền tần số và thời gian và khắc phục sự cố.
5G có một yêu cầu mới đối với các bài kiểm tra chức năng xác minh kết nối với mạng và thu thập các KPI về hiệu suất như độ trễ, tốc độ tải xuống và tốc độ tải lên bằng điện thoại thông minh. Cuối cùng, giải mã tín hiệu được sử dụng để xác minh thông tin mạng và tín hiệu đồng bộ hóa cho các tín hiệu neo 5G và LTE. Khi mạng hoạt động, mọi vấn đề kỹ thuật có thể được chẩn đoán và giải quyết bằng cách sử dụng các quy trình giải mã chức năng, phổ và tín hiệu.
Kết luận
Cải tiến công nghệ đã dẫn đến các giải pháp đo lường và thử nghiệm sáng tạo cho phép khách hàng khởi chạy các sản phẩm 5G nhanh chóng và an toàn hơn. Những cải tiến mới nhất giúp nó có thể tạo và phân tích tín hiệu 5G NR sub-6-GHz và mmWave.
Khi công nghệ di động tiếp tục phát triển, thử nghiệm để xác nhận thiết kế và / hoặc sản xuất số lượng lớn trở thành một nhiệm vụ quan trọng hơn. Các nhà khai thác mạng và OEM thiết bị phải có khả năng đánh giá và chứng nhận độ tin cậy và đặc tính hoạt động của các thiết bị và trạm gốc trong môi trường gần giống với môi trường mà chúng thực sự được sử dụng. Không nghi ngờ gì nữa, 6G sẽ còn mang đến nhiều thách thức và phức tạp hơn ở phía trước, với mục đích sử dụng tần số terahertz, hoặc khả năng mã hóa kênh mới, hiệu quả cao và sử dụng các công nghệ lưới ăng ten phức tạp.
về Rohde & Schwarz