Teste e desempenho de rede 5G

Inovações recentes como carros autônomos, “Internet das Coisas” (IoT) e realidade virtual estão orientando a próxima mudança de paradigma, e o 5G vai proporcionar uma melhoria exponencial na largura de banda e na redução de latência para alimentar esses avanços.

As pessoas exigem o melhor em termos de desempenho quando se trata de tecnologia wireless. Novos avanços 5G permitem velocidades até 100 vezes mais rápidas do que as conexões móveis existentes e, com latência na range de 1 milissegundo, o 5G vai superar até mesmo as capacidades atuais das fibras ópticas físicas. Para apoiar uma transição bem-sucedida, práticas de teste do 5G estão sendo desenvolvidas e refinadas a fim de garantir o desempenho consistente do 5G que os usuários finais exigem. O conjunto de ferramentas, software, protocolos e práticas necessário a todas as fases da implementação do 5G forma o centro do campo emergente dos testes de 5G.

Testar o 5G significa mais do que verificar as velocidades de download extremamente rápidas, latência superbaixa e densidade de cobertura expansiva. Soluções de teste 5G simplificadas e de ponta a ponta desempenham um papel vital no desenvolvimento, na implantação e na excelência operacional de redes 5G emergentes. A experiência e os conhecimentos de automação de processos de teste inigualáveis da VIAVI, que vão desde o laboratório até o campo, proporcionam melhor visibilidade, chegada mais rápida ao mercado e fluxos de receita 5G otimizados.

Todas as grandes mudanças exigem compromisso e o desempenho do 5G não é exceção. Os novos elementos arquitetônicos que definem o 5G trazem complexidade e desafios técnicos para a área de teste compatível com o nível de inovação do Novo Rádio 5G. A VIAVI é uma empresa líder em testes do protocolo 5G e criou uma seleção de testes de rede 5G abrangente e totalmente integrada, composta de dispositivos e equipamentos de teste habilitados para nuvem, serviços de automação de software e soluções de teste de rede. Para desenvolvedores, operadoras e seus parceiros, este compromisso com o desempenho e serviço 5G traduziu-se em implantações bem-sucedidas e garantia de rede 5G sustentável.

Leia mais para descobrir como a importância e os desafios dos testes de 5G continuam em todas as fases da implantação.

Por que os testes de 5G são importantes

Testar o 5G tornou-se um facilitador crítico do potencial do 5G. As soluções de teste rapidamente se adaptaram aos use cases complexos e aos avanços arquitetônicos massivos que englobam simultaneamente elementos de rede core, transporte, RAN e de fibra. Isso exigiu tecnologia avançada de emulação e verificação no laboratório de teste 5G que seja escalável para a implantação completa do 5G em campo.

As redes de fibra 5G estão sendo desafiadas a atender às demandas de fronthaul e backhaul com mais desafios quanto a velocidade, largura de banda, confiabilidade e sincronização, enquanto a virtualização da função de rede (NFV) e a edge computing introduzem obstáculos adicionais à visibilidade. Essa convergência de elementos de sistema dinâmicos torna as plataformas de inteligência automatizadas e em tempo real outro pilar importante do teste e otimização do desempenho da rede 5G, necessário para colocar sua solução 5G em operação.

  • Novo Rádio (NR)
    5G New Radio

    5G NR refere-se ao novo padrão wireless baseado em OFDM que substituirá o LTE, passando a ser o padrão de fato para a operação em 5G. O 3rd Generation Partnership Project (3GPP) lançou o padrão NR preliminar em dezembro de 2017. O espectro do New Radio incluirá frequências inferiores a 6 GHz e até 100 GHz. Grande parte desse amplo espectro consistirá no espaço desocupado pelas bandas de frequência 2G, 3G e PCS desativadas para a banda sub 6 GHz. A primeira aplicação a ser tratada e padronizada será a banda larga móvel. Recursos adicionais, como comunicações massivas entre máquinas (MMTC) e comunicações ultraconfiáveis e de baixa latência (URLLC), serão lançados no futuro.

    O 5G NR está criando um novo paradigma na metodologia de teste do 5G. É necessário um elevado grau de sofisticação para verificar o rastreamento e a aquisição do beam em frequências mais altas com a agregação de canal mais complexo. A arquitetura flexível do 5G RAN produz um conjunto exponencialmente maior de casos de teste e diversas configurações de rede de fibra. Ao mesmo tempo, a coexistência com 4G em modo não autônomo cria problemas de interferência e de transição que também devem ser emulados, testados e verificados, e monitorados por meio de práticas de teste inovadoras para o 5G.  

  • Onda milimétrica

    O espectro de frequência superelevada que inclui o limite superior de 100 GHz definido pelo NR é conhecido como onda milimétrica. Grandes quantidades de largura de banda disponíveis em centenas de MHz a frequências mais altas significam maior velocidade; o range milimétrico, definido como 24 GHz a 100 GHz, é um elemento essencial do teste e da implantação do 5G. Embora a velocidade seja maior, o range é muito mais curto, e obstáculos como prédios e paredes enfraquecerão o sinal, enquanto frequências mais baixas podem simplesmente passar por esses objetos. Essas frequências mais altas e larguras de banda de canal mais amplas necessitam de soluções de teste com range dinâmico e relações sinal-ruído (SNR) aprimorados para demodular sinais na onda milimétrica com precisão.

  • MIMO massivo

    MIMO, ou múltiplas entradas e múltiplas saídas, refere-se à tecnologia de antena que pode ser usada para aumentar a rate de dados (multiplexação espacial) em vez de melhorar a robustez. Um sistema que incorpora um número muito maior de antenas de rádio em matrizes em torres de celular é chamado de MIMO massivo. Em altas frequências, os comprimentos de onda de rádio são tão pequenos que uma grande variedade de antenas pode ser integrada a um fator de forma muito menor para permitir a operação de MIMO massivo.

    O MIMO massivo pode superar algumas das desvantagens associadas à onda milimétrica, transmitindo fluxos de dados em paralelo e permitindo que o dispositivo os reconstitua em uma única mensagem. A densidade de matriz de MIMO massivo e a eliminação de portas de conectores proibiram testes cabeados tradicionais e introduziram novas normas para testes do tipo OTA (over-the-air).

    Essa funcionalidade avançada estabeleceu requisitos de teste de sincronização para matrizes MIMO de 5G na categoria mais rigorosa (A+) de testes. O teste de node de rede de transporte Fronthaul (FTN) com o MTS-5800-100G pode validar com eficácia os requisitos de sincronização ao realizar medições de throughput, atraso e jitter de pacotes.

  • Beamforming

    Outra tecnologia de ponta, essencial para o sucesso dos testes e da implementação de 5G, é o beamforming. Este é o método pelo qual um algoritmo é usado para concentrar os sinais wireless em um beam direcionado. O método apresenta uma maneira de evitar obstáculos que podem interferir nas transmissões de alta frequência, e também pode direcionar estrategicamente as transmissões diretamente para o usuário final.

    O uso de MIMO massivo habilitará ainda mais essa personalização por meio da propagação de matrizes dinâmicas incluindo 256 ou mais antenas individuais. A validação dessas configurações de antena ativa, junto com o desempenho do canal requer uma solução de teste inovadora para a rede móvel 5G. O CellAdvisor 5G verifica e monitora a estabilidade do canal, a qualidade da modulação e a ID da célula a partir de ensaios em campo controlados por meio de implantações de 5G em grande escala.

  • Fatiamento da rede

    O conceito de fatiamento de rede diz respeito à utilização inteligente de partes do espectro com base em necessidades específicas do dispositivo ou da aplicação individual. Por exemplo, um carro autônomo pode exigir latência extremamente baixa para uma operação segura, enquanto aplicações de IoT podem abranger um grande número de dispositivos com demandas de throughput muito baixas. A rede móvel configura recursos de maneira hábil para otimizar o fluxo de tráfego e a utilização de recursos.

    A verificação do desempenho da rede 5G de vários elementos virtuais no mundo real pode ser aumentada por meio de teste e validação de diversos use cases de fatiamento da rede em ambiente de laboratório. Soluções de ponta a ponta para testes e validação RAN-to-Core podem emular redes de core 5G no total e verificar a seleção e funcionalidade de node de fatia da rede.


    Network Slicing

Desafios no teste de redes 5G

A combinação do uso de ondas milimétricas, MIMO e beamforming proporciona a infraestrutura de 5G e o caminho para melhorias de desempenho incríveis para o nosso mundo digital em evolução. A complexidade adicional que acompanha tais inovações também pode apresentar desafios para as redes de teste 5G, bem como para o processo de teste 5G em geral. Essencialmente, MIMO significa (muito) mais antenas, o que representa uma carga maior de teste para garantir que todas as antenas integradas estejam totalmente operacionais. Não será mais viável usar conectores de medição para cada antena com base na arquitetura e densidade compactas.

A utilização de onda milimétrica e do beamforming em frequências superelevadas apresenta obstáculos adicionais. Como essas frequências são muito mais suscetíveis à perda de propagação devido a condições ambientais, os testes OTA (over-the-air) podem ser menos consistentes e mais complexos. Entretanto, como o teste de modo conduzido não pode ser realizado sem pontos de conexão discretos, o OTA será necessário com mais frequência, para evitar resultados limitados.

A emulação de canal torna-se mais complexa com o 5G, já que o número necessário de canais de RF aumentará exponencialmente, ao contrário da expansão linear experimentada com as versões 3G e 4G. Para que o equipamento de teste do 5G seja prático, a tecnologia eletrônica deve avançar rapidamente para compensar sua complexidade. Soluções criativas que minimizam o teste de câmara e outros elementos de teste caros, sem comprometer a cobertura e a precisão do teste, devem continuar sendo exploradas no mercado.

Fases de implantação do 5G

A implantação do 5G é um esforço complexo e desafiador, exigindo planejamento cuidadoso, muitos ciclos de teste e de medição do 5G, seguidos por uma execução perfeita. Dentro de cada fase de implantação individual, a aplicação prudente de um kit de ferramentas de teste 5G otimizado é a melhor maneira de garantir o sucesso. Em muitos casos, essas fases serão compactadas e sobrepostas.

  • 1ª fase – Verificação e validação da tecnologia

    Um precursor essencial para a implementação bem-sucedida da rede 5G é uma verificação e validação (V&V) robusta. Esta fase inclui a verificação de funções de rede virtual e serviços de rede para garantir qualidade e confiabilidade imediatas uma vez que a rede for implantada.

    Sistemas escalonáveis de teste de 5G com serviços de dados integrados são necessários para medir o desempenho completo da rede e simular o comportamento do usuário no mundo real em testes de campo do 5G. Um software capaz de emular e medir milhões de fluxos de dados exclusivos é outro elemento indispensável de V&V de 5G, que pode aprimorar os testes de carga/capacidade e os recursos de benchmarking.


    5G Pain Points

     

  • 2ª fase – Implantar, ativar e crescer gradualmente

    Assim que a implementação de 5G começar, é fundamental ter um conjunto apropriado de ferramentas de teste do 5G para a ativação e o crescimento gradual. Analisadores de estação base aumentados para analisar o espectro e a interferência dos sinais 5G na range de ondas milimétricas são equipamentos importantes para a fase de implementação. O software para monitorar e garantir o desempenho da rede e verificar os acordos de nível de serviço pode aumentar as atividades de ativação, o monitoramento de desempenho e o troubleshooting de 5G.

    Os testes de fibra avançados não perderam sua relevância com a chegada do 5G. Por exemplo, por meio de trechos de cabos de fibra óptica, as redes de acesso por rádio centralizadas (C-RAN) podem colocalizar locais de unidades de banda base afastadas de locais congestionados com antenas. A arquitetura C-RAN também pode ajudar a facilitar a coordenação dos recursos por rádio em tempo real.

  • 3ª fase – Garantir, otimizar, monetizar

    As oportunidades de monetização com a conectividade 5G são ilimitadas. Especialmente, o 5G representa uma transformação comercial importante e não apenas uma transformação de rede. Taxas de assinatura para banda larga móvel ultrarrápida, conteúdo e vídeos HD móveis, jogos de realidade virtual, streaming de mídia e aplicações populares de IoT são apenas alguns dos caminhos óbvios.

    Cada um exigirá qualidade da experiência (QoE) do cliente excelente para manter a viabilidade. Uma plataforma de inteligência em tempo real conectada a agentes virtuais durante todo o ciclo de vida da rede é uma maneira eficaz de resolver os problemas de densidade do tráfego de 5G frontal, garantindo e otimizando a QoE continuamente.

    Leia mais sobre suas opções para implantar o 5G.

5G Deployment Challenges

Boas práticas para teste do 5G

Embora o 3GPP tenha lançado a norma preliminar para 5G NR, ainda há muitas áreas que precisam de mais refinamento. O modo não autônomo (NSA) foi levado em consideração na versão de 2017, embora os detalhes sobre as especificações do modo 5G autônomo (SA), ausente na convenção de cobertura LTE como uma tecnologia de base, ainda não tenham sido estabelecidos.

Em última análise, a padronização é a chave para o desenvolvimento de modelos de teste precisos para o 5G, que, por sua vez, levam a práticas de teste mais harmonizadas. Com a norma LTE adotada agora em todo o mundo para telefones e outros dispositivos móveis, temos todos os motivos para prever uma evolução semelhante para as boas práticas de teste do 5G.

Considerando-se o enorme range de frequências e serviços de alta largura de banda inerente à tecnologia 5G, a padronização das melhores práticas continuará progredindo conforme a tecnologia, as ferramentas e as aplicações desenvolvem-se.

Liderando a revolução do 5G

Os avanços tecnológicos permitidos pelo 5G eram, no passado, assunto de ficção científica. Carros autônomos, jogos de realidade virtual, “cidades inteligentes” e a IoT são apenas algumas das inovações futuristas com uma grande vantagem inicial, pois incorporam as melhorias de largura de banda e latência da tecnologia 5G. Assim como acontece com qualquer avanço na capacidade funcional, o potencial ilimitado do 5G gerará mais criatividade e um fluxo contínuo de novas aplicações.

Esta energia inovadora garante que a implantação de redes 5G continuará a se propagar, pois a migração para o modo autônomo já começou a tomar forma. Os desafios do futuro significam que a demanda por ferramentas de teste inovadoras e econômicas para o 5G continuará sem interrupções.

Desde 2013, a VIAVI impulsiona a adoção precoce do 5G, em parceria com os principais provedores de comunicação e fabricantes de equipamentos de rede do mundo, oferecendo soluções líderes do mercado para os clientes, ano após ano. O portfólio abrangente de ferramentas de teste para 5G suporta todas as fases da implantação do 5G, com a adaptabilidade necessária para garantir qualidade e desempenho em todas as facetas do cenário 5G, destacando a VIAVI dentre as empresas de teste para 5G. Essas ferramentas poderosas e versáteis suportam tacitamente a maior revolução tecnológica do século XXI.


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