Pruebas y rendimiento de las redes 5G

La denominación 5G NR hace referencia al nuevo estándar inalámbrico basado en la OFDM que sustituirá a la tecnología LTE como el estándar de facto para la tecnología 5G. El proyecto 3GPP (del inglés 3^rd Generation Partnership Project, proyecto de asociación de tercera generación) lanzó el estándar NR preliminar en diciembre de 2017. El espectro NR incluirá frecuencias de menos de 6 GHz hasta 100 GHz. Gran parte de este amplio espectro consistirá en el espacio que ha quedado libre al retirar las tecnologías 2G y 3G, y las bandas de frecuencias de PCS para la banda de menos de 6 GHz. La primera aplicación que se debe abordar y estandarizar es la banda ancha móvil. Las capacidades adicionales, como las comunicaciones masivas entre máquinas (MMTC) y las comunicaciones de latencia baja ultraconfiable (URLLC), se implementarán después.

La tecnología 5G NR está impulsando un nuevo paradigma en la metodología de las pruebas de las redes 5G. Se requiere un nivel muy alto de sofisticación para comprobar el seguimiento y la adquisición del haz a frecuencias más altas con la adición de canales más complejos. La arquitectura flexible de las redes RAN 5G produce un número exponencialmente mayor de casos prácticos y configuraciones diversas de redes de fibra óptica. Al mismo tiempo, la coexistencia con la tecnología 4G en el modo no independiente crea problemas de interferencias y entrega, que se deben también emular, someter a pruebas y verificar, y monitorizar por medio de innovadoras prácticas de pruebas para redes 5G.  

El espectro de frecuencias superaltas que incluye el límite superior de 100 GHz definido por el estándar NR se conoce como onda milimétrica. La gran cantidad de ancho de banda disponible en cientos de MHz a una frecuencia superior se traduce en una velocidad mayor; el rango milimétrico, establecido entre 24 GHz y 100 GHz, constituye un elemento básico de las pruebas y la implementación de la tecnología 5G. Aunque la velocidad es más rápida, el rango es mucho más corto, y los obstáculos, como los edificios y las paredes, mitigan la señal, mientras que las frecuencias más bajas pueden atravesarlos. Estas frecuencias más altas y los anchos de banda de canal superiores necesitan soluciones de pruebas con un rango dinámico y una relación señal-ruido (SNR) mejorados para demodular las señales en la onda milimétrica de forma precisa.

El término MIMO (del inglés Multiple input, multiple output, múltiple entrada, múltiple salida) hace referencia a la tecnología de antena que se puede utilizar para aumentar la velocidad de transferencia de datos (multiplexación espacial) en lugar de mejorar su solidez. Cuando un sistema incorpora un número mucho mayor de antenas de radio dispuestas por grupos en torres celulares, se conoce como sistema MIMO masivo. A altas frecuencias, las longitudes de onda de radio son tan pequeñas que se puede integrar un conjunto grande de antenas en un espacio mucho menor capaz de permitir el funcionamiento de la tecnología MIMO masiva.

La tecnología MIMO masiva puede evitar algunos de los inconvenientes asociados a la onda milimétrica al realizar transmisiones de datos en paralelo y permitir que el dispositivo los reconstruya en un solo mensaje. La eliminación de los puertos de conexión y la densidad de los grupos de antenas de la tecnología MIMO masiva han desterrado las pruebas tradicionales con cables y han marcado el inicio de nuevos estándares para las pruebas por radio (OTA, del inglés over-the-air).

Esta funcionalidad avanzada ha hecho que los requisitos de pruebas de sincronización para los grupos de antenas de la tecnología MIMO 5G constituyan el tipo de pruebas más exigentes (A+). Las pruebas en nodos de red de transporte fronthaul (FTN) con el sistema MTS-5800-100G pueden validar de manera eficaz los requisitos de sincronización al realizar mediciones de capacidad, retardo y fluctuación de paquetes.

Otra tecnología avanzada que resulta básica para el éxito de las pruebas y la implementación de la tecnología 5G es la conformación de haces. Con este método, se emplea un algoritmo para centrar las señales inalámbricas en un haz dirigido. De esta manera, se evitan los obstáculos que interfieren con las transmisiones de alta frecuencia y se pueden también orientar de forma estratégica las transmisiones directamente al usuario final.

El uso de la tecnología MIMO masiva mejorará aún más esta personalización por medio de la propagación de conjuntos dinámicos que incluye 256 antenas independientes o más. La validación de estas configuraciones de antenas activas junto con el rendimiento de los canales requiere una solución innovadora de pruebas de estaciones base 5G. La solución CellAdvisor 5G verifica y monitoriza la estabilidad de los canales, la calidad de la modulación y el identificador de celda a partir de ensayos de campo controlados por medio de implementaciones a gran escala de la tecnología 5G.

El concepto de segmentación de redes se refiere al empleo inteligente de secciones del espectro según las necesidades específicas del dispositivo o la aplicación en cuestión. Por ejemplo, un coche autónomo puede requerir una latencia extremadamente baja para un funcionamiento seguro, mientras que las aplicaciones del IoT pueden abarcar un elevado número de dispositivos con una demanda de capacidad muy baja. La red móvil configurará hábilmente los recursos para optimizar el flujo del tráfico y el uso de los mismos.

La verificación del rendimiento de diversos elementos virtuales de las redes 5G en el mundo real se puede ampliar realizando pruebas y validando diversos casos prácticos de segmentación de redes en el entorno del laboratorio. Las soluciones de extremo a extremo para las pruebas y la validación de redes RAN al núcleo pueden emular redes centrales 5G por completo y verificar la selección y la funcionalidad de los nodos de un segmento de red.

Un aspecto básico para una implementación correcta de las redes 5G es una verificación y una validación (V&V) sólidas. Esta fase incluye la verificación de los servicios y las funciones de red virtual para garantizar de inmediato la calidad y la confiabilidad una vez que la red se ha implementado.

Una vez que la implementación de la tecnología 5G se ponga en marcha, es primordial contar con un conjunto adecuado de herramientas para pruebas de la tecnología 5G de cara a la activación y la escalabilidad. Los analizadores de estaciones base aumentados para analizar el espectro y la interferencia de señales 5G en el rango de la onda milimétrica son elementos importantes para esta fase de implementación. El software para monitorizar y garantizar el rendimiento de la red, así como para verificar los acuerdos de nivel de servicio (SLA), puede incrementar la activación de la tecnología 5G, la monitorización del rendimiento y las actividades de solución de problemas.

Las posibilidades de monetización por medio de la conectividad 5G son ilimitadas. Es más, la tecnología 5G se basa en una profunda transformación empresarial, no solo en la transformación de las redes. Las cuotas de suscripción para servicios de banda ancha móvil ultrarrápida, vídeos y contenidos móviles de alta definición, juegos de realidad virtual, transmisión multimedia y aplicaciones de IoT generalizadas son solo algunas de las posibilidades más obvias.

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