5G 测试

上世纪九十年代 2G 技术的出现实现了短信功能,而向 3G 技术的飞跃式发展随后为数据传输提供了支持。4G LTE 平台以这些功能为基础,并且提升了带宽、速度和可靠性。

新的创新技术(例如无人驾驶汽车、“物联网”(IoT) 和虚拟现实)正在推动下一次范式转变,而 5G 将在带宽和减少延迟方面实现指数级发展,为这些进步提供动力。

5G 的速度比现有蜂窝连接最多快 100 倍,而延迟不到 1 毫秒,甚至将超过物理光纤的当前能力。为了成功地实现过渡,目前正在开发和改进 5G 测试实践,确保实现最终用户需要的一致性能。所有 5G 部署阶段需要的工具集、软件、协议及实践形成了新兴 5G 测试领域的核心。

为何 5G 测试如此重要

由于 5G 不仅仅是对现有通信标准的增量更新,因此 5G 测试实践会受到新技术固有复杂性的影响。需要多个元素无缝衔接执行,才能获得预期的增强结果。在任何环节失败都会立即导致最终用户不满意。为了让这种最佳性能的预言成真并得以维持,创新而可靠的 5G 测试实践是唯一途径。 

  • 新无线电技术 (NR)
    5G New Radio

    5G NR 是指基于 OFDM 的新无线标准,它将取代 LTE,成为 5G 操作的事实标准。第三代合作伙伴计划 (3GPP) 于 2017 年 12 月发布了初步 NR 标准。“新无线电技术”频谱将包括从 6 GHz 以下直至 100 GHz 的频率。这种广域频谱中大部分频率将填补已退役的 2G、3G 和 PCS 频带在 6GHz 以下频带方面的空白。要解决并加以标准化的第一个应用将是移动宽带。未来将推出诸如海量机械通信 (MMTC) 和超可靠低延迟通信 (URLLC) 等其他功能。

  • 毫米波

    包括由 NR 定义的 100 GHz 上限的超高频率频谱称为毫米波。大量较高频率处的可用百 MHz 级带宽转换为更高的速度;毫米范围(定义为 24 GHz 至 100GHz)将成为 5G 测试和部署的基本要素。在速度更快的同时,范围也短了很多,并且诸如建筑物和墙壁等障碍物会造成信号迟滞,而较低的频率可以简单地穿透这些物体。

  • 大规模 MIMO

    多入多出(即 MIMO)是指可用于提高数据速率(空间多路复用)而不是提高稳健性的天线技术。在蜂窝式铁塔上将数量大很多的无线电天线并入阵列的系统称为大规模 MIMO。高频率处的无线电波长很小,因此可将大型天线阵列整合到小很多的外形中,从而实现大规模 MIMO 运行。大规模 MIMO 可并行传输数据流,并使设备能够将数据流重组为一条报文,从而克服与毫米波相关的一些缺点。

  • 波束成形

    5G 测试和部署要想取得成功,另一项必不可少的先进技术是波束成形。借助此方法,可以使用一种算法将无线信号聚焦为定向波束。这种方法提供了一种方式,来避免可能干扰高频率传输的障碍物,并战略性地将数据直接传输到最终用户。通过使用大规模 MIMO,将能传输由 100 个或更多单独天线组成的集成阵列,从而进一步实现这种个性化功能。

  • 网络切片

    网络切片的概念是指根据单独设备或应用的特定需求智能地利用频谱的各个部分。例如,无人驾驶汽车为了安全操作可能需要极低的延迟,而 IoT 应用可能包含吞吐量需求非常低的大量设备。移动网络将灵活地配置资源来优化流量和资源利用。


    Network Slicing

5G 网络测试中的难题

毫米波运用、MIMO 和波束成形结合起来,提供了 5G 的基础结构和大幅提升性能的途径。这些创新技术所引入的额外复杂性也可能会为 5G 测试过程带来难题。MIMO 本质上意味着(许多)更多的天线,这就表示要想确保所有集成的天线全面运转,测试的负担会更重。考虑到紧凑的 5G 架构和密度,每个天线的测量连接器不再可行。

在超高频率运用毫米波和波束成形会带来额外的障碍。由于这些频率更容易受到环境条件影响而出现传播损耗,因此空中无线 (OTA) 测试的一致性可能更差,而且更为复杂。但是,由于传导耦合测试无法在没有离散连接点的情况下执行,因此将需要更频繁地进行 OTA 测试。

随着 5G 的出现,信道仿真变得更加复杂,因为必需的射频信道的数量将呈指数级增加,这与 3G 和 4G 发布时射频信道数量的线性扩展完全不同。为了使 5G 测试设备具备实用性,电子技术必须突飞猛进才能弥补复杂性差距。应当继续探索能够最大程度地减少室内测试和其他昂贵的测试要素、同时又不会对测试范围和准确性造成影响的创造性解决方案。

5G 部署阶段

5G 的部署是一项复杂而充满挑战的工作,需要仔细规划并无缝执行。在每个单独的部署阶段内,审慎地运用经过优化的 5G 测试工具包是确保成功的最佳途径。在许多情况下,这些阶段将是紧凑而重叠的。

  • 5G 部署阶段 #1 – 技术验证和确认

    成功部署 5G 有一个至关重要的前提,那就是可靠的验证和确认 (V&V)。这一阶段包括对虚拟网络功能和网络服务进行验证,确保在网络部署后能立即拥有出色的质量和可靠性。

    在 5G 现场实验中,需要使用集成了数据服务的可扩展 5G 测试系统来测量网络的全面性能和模拟真实用户行为。能够仿真和测量数百万独特数据流的软件是 5G V&V 另一项必不可少的要素,它可以增强负载/容量测试以及基准测试功能。
    5G Pain Points

  • 5G 部署阶段 #2 – 部署、激活和扩展

    当 5G 部署的车轮踏上征程后,当务之急就是要有一个适当的 5G 激活和可扩展性测试工具套件。在毫米波范围内为 5G 信号频谱和干扰分析实现增强的基站分析仪是此部署阶段的重要核心。用于监测和保障网络性能以及验证服务水平协议的软件可以增强 5G 激活、性能监测以及故障排查活动。

    先进的光纤测试并未随着 5G 的出现失去其意义。例如,集中式无线接入网络 (C-RAN) 可以通过光缆线路将基带单元共置在远离忙碌天线站点的位置。C-RAN 架构还可帮助促进实时无线电资源协调。

  • 5G 部署阶段 #3 – 保障、优化、赚钱

    通过 5G 连接赚钱的机会是无限的。更甚于此的是,5G 的意义在于业务转型,而不仅仅是网络转型。超快移动宽带、移动高清视频、虚拟现实游戏和广泛的 IoT 应用的订阅费只是显而易见的渠道的一小部分。

    每种渠道都需要出色的客户体验质量 (QoE) 才能生存下去。通过在整个网络生命周期内连接到虚拟代理的实时智能平台,可以有效地正面应对 5G 流量密度的难题,从而连续地保障和优化 QoE。

5G Deployment Challenges

5G 测试最佳实践

尽管 3GPP 已发布了 5G NR 的初步标准,但仍有许多方面需要进一步改进。非独立 (NSA) 模式已在 2017 版中提出,但尚未制定有关 5G 独立 (SA) 模式规范的详细信息(缺少作为锚定技术的 LTE 覆盖范围的协定)。

标准化最终将成为开发准确的 5G 测试模型的关键,而准确的测试模型反过来又能带来更加协调的最佳实践。LTE 标准现已在全球范围内得到采用,我们有充分的理由预计 5G 测试最佳实践也将得到类似的发展。

5G 技术有着固有的广泛频率范围和高带宽业务,正因如此,随着技术、工具和应用程序的发展,最佳实践的标准化也将继续进步。

为 5G 革命做好准备

5G 将实现的技术进步曾经是科幻小说里的内容。无人驾驶汽车、虚拟现实游戏、“智能城市”和 IoT 只是长期占得先机的未来创新技术的一小部分,因为它们已经为 5G 将很快提供的带宽和延迟改进做好了准备。如同在功能能力方面取得的任何进步一样,5G 的无限潜力将产生更多的创意和连续不断的新应用。

由于 5G 固有的高频率的原因,最初可能在可避开固体障碍物的小片区域中进行部署。与前几代技术相比,5G 发射机的位置将离地更近,这意味着有更多地面上的硬件来确保数据质量。

随着 5G 网络部署的普及以及对独立模式的需求开始形成,针对经济实惠的创新 5G 测试工具的需求也将持久不衰。这些强大而功能全面的工具将为 21 世纪最伟大的技术革命默默地提供支持。


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