Тестирование 5G

С появлением сетей второго поколения (2G) в 1990-х годах появилась возможность передавать текстовые сообщения, а последующий переход к 3G обеспечил передачу данных. Платформа 4G LTE создавалась на базе этих возможностей и отличалась улучшенной полосой пропускания, скоростью и надежностью.

Такие нововведения, как автономные транспортные средства, Интернет вещей (IoT) и виртуальная реальность ведут к перевороту в стандарте связи, и для поддержки этих нововведений 5G обеспечит дальнейшее увеличение полосы пропускания и снижение задержки в геометрической прогрессии.

Когда скорости в 5G превысят скорости в существующих сотовых сетях более чем в 100 раз, а задержка будет в районе 1 миллисекунды, 5G превзойдет даже существующие возможности физического оптоволокна. Для обеспечения успешного перехода к новому стандарту и его стабильной работы, столь нужной пользователям, в настоящее время прорабатываются методики тестирования 5G. К ним относится весь спектр инструментов, ПО, протоколов и подходов, необходимых на всех этапах развертывания 5G.

Почему тестирование 5G важно

Поскольку 5G — не просто частичная модернизация существующих стандартов связи, методики тестирования 5G обусловлены самой сложностью новой технологии. Ожидаемые расширения будут результатом слаженной работы целого комплекса элементов. Отказ на любом уровне может немедленно привести к прекращению обслуживания пользователей и их недовольству. Прогнозирование и сохранение оптимальной производительности может быть обеспечено только при использовании инновационных и полноценных методик тестирования 5G. 

• New Radio (NR)
  

  Под 5G NR понимается новый стандарт беспроводной связи с ортогональным мультиплексированием с частотным разделением (OFDM), который заменит собой LTE как стандарт 5G де-факто. Предварительный стандарт NR был представлен организацией 3^rd Generation Partnership Project (3GPP) в декабре 2017 года. Диапазон NR будет включать частоты от менее 6 ГГц до 100 ГГц. Значительная часть этого широкого спектра будет состоять из частот, освобожденных от стандартов 2G, 3G и служб персональной связи (PCS) на частотах менее 6 ГГц. Первой сферой применения, которая подлежит стандартизации, станет широкополосная сеть мобильной связи. В дальнейшем будут реализованы такие возможности, как массивные межмашинные коммуникации (MMTC) и сверхнадежная связь с низкой задержкой (URLLC).

• Миллиметровые радиоволны

  Сверхвысокий частотный спектр, включающий верхнюю границу 100 ГГц, определенный NR, известен как миллиметровые радиоволны. Обширная полоса пропускания в сотни мегагерц на более высоких частотах означает более высокую скорость; миллиметровый диапазон, от 24 до 100 ГГц, станет основополагающим элементом тестирования и развертывания 5G. Но при более высокой скорости волны более высокого диапазона задерживаются такими препятствиями, как здания и стены, в то время как волны на более низких частотах свободно проходят сквозь них.

• Massive MIMO

  Технология многоканального входа/многоканального выхода (MIMO) — это технология антенн, которая может использоваться для повышения скорости передачи данных (пространственное уплотнение) вместо повышения надежности. Система, которая включает в себя существенно большее количество радиоантенн в массивах башен сотовой связи, получила название Massive MIMO. При высоких частотах длины волн столь малы, что для работы Massive MIMO можно интегрировать множество антенн в значительно более компактный форм-фактор. Massive MIMO поможет преодолеть некоторые недостатки, связанные с миллиметровыми волнами, передавая параллельно потоки данных, которые будут собираться в единое сообщение на устройстве-получателе.

• Формирование лучей

  Еще одна технология, незаменимая для успеха тестирования и развертывания 5G — это формирование лучей. Это метод, при котором сигнал беспроводной сети фокусируется в направленный луч по определенному алгоритму. Такой подход позволяет преодолеть препятствия, мешающие передаче на высоких частотах, а также обеспечивает передачу стратегически важной информации конечному пользователю. Использование Massive MIMO расширит возможности персонализации благодаря распространению интегрированных массивов, состоящих из 100 и более отдельных антенн.

• Сегментирование сети

  Концепция сегментирования сети — это интеллектуальное разделение элементов спектра на основе конкретных потребностей отдельного устройства или сферы применения. Например, автономному автомобилю для безопасной работы нужна минимальная задержка, а приложения IoT могут работать с большим количеством устройств с минимальным требованием к пропускной способности. Мобильная сеть будет настраиваться соответствующим образом так, чтобы оптимизировать использование трафика и ресурсов.

  
  

Задачи тестирования сетей 5G

Сочетание возможностей волн миллиметрового диапазона, функций MIMO и формирования лучей оформит инфраструктуру 5G и проложит путь к достижению невероятного увеличения производительности. Сложность инфраструктуры, привносимая этими инновациями, также может затруднять процессы тестирования 5G. MIMO — это существенный (многократный) рост количества антенн, что делает проверку работоспособности особо непростой задачей, так как нужно убедиться, что все интегрированные антенны полностью функциональны. Из-за компактности и плотности архитектуры 5G разъемов для подключения к каждой антенне больше не будет.

Использование миллиметровых волн и функциональность формирования лучей на сверхвысоких частотах представляют собой дополнительные проблемы. Поскольку волны на этих частотах значительно хуже распространяются из-за природных условий, тестирование «по воздуху» (ОТА) может быть менее стабильным и более сложным. В то же время, поскольку испытания с непосредственным подключением станут невозможными из-за отсутствия отдельных точек подключения, ОТА будет более востребованным.

В 5G усложняется и имитация каналов, так как количество необходимых радиоканалов увеличится в геометрической прогрессии (в сравнении с их линейным ростом в стандартах 3G и 4G). Чтобы тестовое оборудование 5G справлялось с возложенными на него задачами, технологии электроники должны стремительно развиваться, компенсируя сложность. Все больше внимания должно уделяться нестандартным решениям, позволяющим минимизировать изолированное тестирование и прочие дорогостоящие этапы испытаний, не ставя под угрозу масштабы и точность тестирования.

Фазы развертывания 5G

Развертывание 5G — непростая процедура, требующая грамотного планирования и реализации с учетом мельчайших деталей. В каждой отдельной фазе развертывания следует разумно пользоваться оптимизированным комплексом средств тестирования 5G — только так можно гарантировать успех. Во многих случаях фазы развертывания накладываются друг на друга, а времени совсем немного.

• Первая фаза развертывания 5G: верификация и валидация технологии

  Основным фактором, предшествующим успешному развертыванию 5G, является тщательная верификация и валидация (V&V). Она включает в себя проверку функций и служб виртуальной сети, гарантирующих обеспечение качества и надежности сразу после начала ее работы.

  Для измерения производительности сети и имитации поведения реальных пользователей в полевых условиях нужны масштабируемые системы тестирования 5G со встроенными службами передачи данных. Еще одним незаменимым элементом этапа V&V 5G является ПО, способное имитировать миллионы уникальных потоков данных, что позволит проверить работу сети под нагрузкой и ее предельные параметры производительности.
  

• Вторая фаза развертывания 5G: развертывание, активация и масштабирование

  После начала развертывания 5G необходим комплекс средств тестирования этапов активации и масштабирования. Важным центральным элементом этого этапа являются анализаторы базовых станций, способные анализировать спектр и интерференцию сигналов 5G в миллиметровом диапазоне. Этот этап дополняет ПО для наблюдения за работой сети и гарантии выполнения соглашений об уровне обслуживания (SLA), помогая следить за активацией, наблюдением за производительностью и выявлением неисправностей в сети 5G.

  С приходом 5G полномасштабное тестирование оптоволокна не потеряло актуальности. Например, кабельная прокладка обеспечивает в централизованной сети радиодоступа (С-RAN) размещение блока формирования модулирующих сигналов вдали от мест размещения антенн. Архитектура С-RAN также помогает упростить координацию радиочастотных ресурсов в реальном времени.

• Третья фаза развертывания 5G: гарантия обслуживания, оптимизация, монетизация

  Возможности монетизации связи стандарта 5G поистине безграничны. Более того, суть 5G не столько в трансформации сети, сколько в трансформации бизнеса. Абонентская плата за сверхбыстрый мобильный Интернет, HD-видео, игры с использованием виртуальной реальности и повсеместное распространение IoT-приложений — вот лишь несколько сценариев использования.

  И чтобы пользователи были довольны каждым из них, нужно обеспечить высокое качество услуг. Аналитическая платформа реального времени, подключенная к виртуальным агентам на всем протяжении существования сети, — эффективный способ работы с плотным 5G-трафиком, который постоянно гарантирует и оптимизирует качество услуг.

Передовые методики тестирования 5G

Несмотря на то, что 3GPP выпустила предварительную спецификацию стандарта 5G, многие области еще требуют дальнейшего уточнения. В версии 2017 года описывается режим "Non-standalone" (NSA), а подробное описание выделенного (standalone, SA) режима 5G, существующего без базового LTE-покрытия, пока еще не представлено.

В конечном счете, точные тестовые модели 5G появятся в результате стандартизации, что в свою очередь позволит разработать унифицированные методики тестирования. С повсеместным принятием стандарта LTE стоит ожидать аналогичной эволюции методик тестирования 5G.

Учитывая огромный диапазон частот и услуги, требующие большой пропускной способности, присущие технологии 5G, стандартизация передовых методик будет развиваться с дальнейшим развитием технологий, инструментария и сфер применения.

Подготовка к 5G-революции

Технологические достижения на базе 5G сделают возможным то, что некогда считалось фантастикой. Автономные машины, игры в виртуальной реальности, «умные города» и IoT — вот лишь несколько первых футуристических инноваций, которые станут возможными в связи с расширением полосы пропускания и уменьшением задержки в 5G. Как и с любыми другими достижениями в сфере функциональности, неограниченный потенциал 5G позволит открывать все новые и новые сферы применения.

В связи с тем, что в 5G используются высокие частоты, первоначальное развертывание может начаться в тех областях, где отсутствуют физические препятствия в виде стен или зданий. Передатчики 5G будут располагаться ближе к земле, чем ранее, а значит, на уровне земли будет больше оборудования для гарантии качества передачи данных.

С дальнейшим распространением 5G-сетей и оформлением требований к режиму standalone будет расти и потребность в инновационных и экономически эффективных средствах тестирования 5G. Эти полнофункциональные и гибкие инструменты будут и далее незаметно поддерживать крупнейшую технологическую революцию XXI века.

Подробнее о тестировании 5G