Тестирование и управление производительностью 5G

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.

От беспроводных технологий требуется максимальная производительность. Достижения 5G позволят превысить скорости в существующих сотовых сетях более чем в 100 раз, а задержка будет в районе 1 миллисекунды, то есть 5G превзойдет даже существующие возможности физического оптоволокна. Для обеспечения успешного перехода к новому стандарту 5G и его стабильной работы, столь нужной пользователям, в настоящее время разрабатываются и совершенствуются методики тестирования 5G. К ним относится весь спектр инструментов, ПО, протоколов и подходов, необходимых на всех этапах развертывания 5G.

Тестирование 5G — это не только проверка максимальной скорости скачивания, сверхнизкой задержки и высокой плотности покрытия. Простые в использовании, сквозные решения для тестирования 5G играют критически важную роль в разработке, развертывании и оптимальной эксплуатации появляющихся сетей 5G. Не имеющий аналогов опыт и знания компании VIAVI в сфере автоматизации процессов тестирования как в лабораторных условиях, так и при промышленной эксплуатации позволяет улучшить визуализацию, быстрее выводить услуги на рынок и оптимизировать доходы от 5G.

Для всех масштабных изменений требуются серьезные усилия, и 5G — не исключение. Новые архитектурные элементы, определяющие 5G, привносят в сферу тестирования ряд сложностей и технических задач, сопоставимых с уровнем инноваций самой технологии 5G New Radio. Компания VIAVI находится на переднем крае тестирования протоколов в 5G и создала комплекс полностью интегрированных устройств и оборудования для тестирования сетей 5G с поддержкой облачных систем, служб программной автоматизации и решений для тестирования сетей. Усилия, предпринятые для обеспечения высокой производительности и качества обслуживания позволили разработчикам, операторам и их партнерам успешно внедрять сети 5G и гарантировать качество их работы.

Читайте дальше, чтобы узнать, как значение тестирования 5G и связанные с ним сложности охватывают весь цикл развертывания.

Почему тестирование 5G важно

Тестирование 5G стало важнейшим условием реализации потенциала 5G. Решения для тестирования быстро адаптировались к сложным сценариям использования и масштабным изменениям в архитектуре, одновременно охватывающим магистральную и транспортную сети, RAN и оптоволокно. Для этого потребовались современные технологии эмуляции и верификации, которые могут использоваться в тестовой лаборатории 5G с дальнейшим масштабированием в условиях промышленной эксплуатации.

Оптоволоконные сети для 5G должны соответствовать растущим требованиям к магистральным сетям (fronthaul/backhaul) с точки зрения полосы пропускания, надежности и синхронизации, в то время так виртуализация сетевых функций и периферийные вычисления создают дополнительные сложности для визуализации. Конвергенция динамических элементов систем делает наличие автоматизированной аналитической платформы еще одним ключевым элементом тестирования производительности и оптимизации 5G, необходимым для качественной работы 5G-решений.

• New Radio (NR)
  

  Под 5G NR понимается новый стандарт беспроводной связи с ортогональным мультиплексированием с частотным разделением (OFDM), который заменит собой LTE как де-факто стандарт для 5G. 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).

  5G NR способствует развитию новой парадигмы в методологии тестирования 5G. Для проверки отслеживания и захвата луча на более высоких частотах с более сложной агрегацией каналов требуются и более сложные технологии. В гибких архитектурах RAN 5G количество сценариев использования и конфигураций оптоволоконных сетей растет по экспоненте. В то же время, совместная работа с сетями 4G в режиме non-standalone создает проблемы с интерференцией и передачей обслуживания, которые также необходимо имитировать, тестировать и верифицировать, а также за которыми следует наблюдать в рамках инновационных методик тестирования 5G.  

• 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, становится 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. Более высокие частоты и полосы пропускания канала потребовали создания тестовых решений с повышенным динамическим диапазоном и соотношением «сигнал/шум» для более точного демодулирования сигналов на миллиметровых волнах.

• 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. Плотность массивов Massive MIMO и отказ от портов разъемов не допускает традиционного тестирования с подключением кабелей и требует внедрения новых стандартов тестирования «по воздуху» (ОТА).

  Из-за такой расширенной функциональности требования к тестированию синхронизации массивов 5G MIMO относятся к самой строгой категории (А+). Тестирование транспортного узла магистральной fronthaul-сети с использованием MTS-5800-100G обеспечивает эффективную проверку требований к синхронизации за счет выполнения измерений пропускной способности, задержки и джиттера пакетов.

• 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 динамических массивов, состоящих из 256 и более отдельных антенн. Для проверки таких активных конфигураций антенн наряду с производительностью каналов требуется инновационное решение для тестирования базовых станций 5G. CellAdvisor 5G позволяет проверять и отслеживать стабильность каналов, качество модуляции и параметр Cell ID — от ограниченных полевых испытаний до масштабного внедрения 5G.

• 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.

  Процесс верификации производительности многочисленных виртуальных элементов сети 5G может дополняться тестированием и проверкой различных сценариев сегментирования сети в лабораторных условиях. Комплексные решения для тестирования и проверки систем RAN-базовая сеть способны имитировать базовую сеть 5G и проверять отбор и функциональность узлов сегмента сети.

  
  

Задачи тестирования сетей 5G

Сочетание возможностей волн миллиметрового диапазона, функций MIMO и формирования лучей обеспечивает инфраструктуру 5G и путь к достижению невероятного увеличения производительности в развивающемся цифровом мире. Сложность инфраструктуры, привносимая этими инновациями, может также затруднять не только функционирование тестовых сетей 5G, но и процессы тестирования 5G в целом. MIMO — это существенный (многократный) рост количества антенн, что делает проверку работоспособности особо непростой задачей, так как нужно убедиться, что все интегрированные антенны полностью функциональны. Компактность и плотность архитектуры обуславливает отказ от измерительных разъемов для каждой антенны.

Фазы развертывания 5G

Развертывание 5G — сложная и многоаспектная задача, для которой требуется грамотное планирование, множество циклов тестирования и измерения 5G, за которыми должна следовать эффективная реализация. 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: верификация и валидация технологии

  Основным фактором, предшествующим успешному развертыванию сети 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: 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: гарантия обслуживания, оптимизация, монетизация

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

  Подробнее о вариантах развертывания 5G.

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.

Лидерство в революции 5G

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

Энергия инноваций обеспечит дальнейшее развитие и распространение сетей 5G в ходе перехода к использованию режима standalone. Стоящие в ближайшем будущем задачи указывают на то, что инновационные и рентабельные инструменты для тестирования 5G будут по-прежнему востребованы.

С 2013 года компания VIAVI активно способствует принятию стандарта 5G в партнерстве с основными мировыми операторами связи и производителями сетевого оборудования, из года в год предлагая передовые отраслевые решения своим клиентам. Полноценный портфель инструментов для тестирования 5G охватывает все фазы развертывания 5G и должен быть адаптируемым, чтобы гарантировать качество и производительность во всех аспектах 5G. Таким образом, VIAVI выделяется среди других поставщиков тестовых решений. Такие полнофункциональные и гибкие решения для тестирования будут и далее незаметно поддерживать крупнейшую технологическую революцию XXI века.

Подробнее о тестировании 5G