5G 网络测试和性能

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。

当涉及到无线技术时,人们要求最好的性能。新 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 5G 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。

5G 测试不仅仅是验证快如闪电的下载速度、超低延迟和广阔的覆盖密度。简化的端到端 5G 测试解决方案在新兴 5G 网络的开发、部署和运营方面发挥着至关重要的作用。VIAVI 无与伦比的测试过程自动化经验和专业知识(从实验室到现场)正在释放更高的可见性、更快的上市时间和优化的 5G 收入流。

所有重大变革都需要承诺,5G 性能也不例外。定义 5G 的新架构元素给测试领域带来了与 5G 新无线电创新水平相称的复杂性和技术挑战。VIAVI 是一家执掌 5G 协议测试的公司,已经创建了一个全面和完全集成的 5G 网络测试选择,包括支持云的测试设备和装置、软件自动化服务和网络测试解决方案。对于开发商、运营商及其合作伙伴来说,这种对 5G 性能和服务的承诺已经转化为成功的部署和可持续的 5G 网络保障。

请继续阅读,了解 5G 测试在所有部署阶段的重要性和挑战。

为何 5G 测试如此重要

5G 测试已经成为 5G 潜力的关键推动者。测试解决方案已经很快适应了复杂的用例和大规模的架构改进,同时包括核心、传输、RAN 和光纤网络元件。这使得 5G 测试实验室中的高级仿真和验证技术成为必要,该技术可扩展到现场的全部 5G 部署。

5G 光纤网络面临着满足前端和后端需求的挑战,对速度、带宽、可靠性和同步的要求越来越高,而网络功能虚拟化 (NFV) 和边缘计算带来了额外的可见性障碍。这种动态系统元素的融合使自动化、实时智能平台成为 5G 网络性能测试和优化的另一个重要支柱,这是部署 5G 解决方案所必需的。

  • 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。

    5G NR 正在推动 5G 测试方法学的新范式。需要更高的复杂程度来验证更高频率下的波束跟踪和捕获以及更复杂的信道聚合。灵活的 5G RAN 架构产生了指数级增长的测试用例集和多样的光纤网络配置。与此同时,在非独立模式下与 4G 共存会产生干扰和切换问题,这些问题也必须通过创新的 5G 测试实践进行模拟、测试和验证以及监控。 

  • 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。这些更高的频率和更宽的信道带宽要求测试解决方案具有更高的动态范围和信噪比 (SNR),以准确解调毫米波信号。

  • 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。大规模 MIMO 阵列密度和连接器端口的取消禁止了传统的有线测试,并引入了新的空中 (OTA) 测试标准。

    这一高级功能已将 5G MIMO 阵列的同步测试要求归入最严格的 (A+) 测试类别。使用 MTS-5800-100G 进行前传传输网络节点 (FTN) 测试可以通过执行吞吐量、延迟和数据包抖动测量来有效验证同步要求。

  • 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,将能传播由 256 个或更多单独天线组成的动态阵列,从而进一步实现这种个性化功能。验证这些有源天线配置以及信道性能需要创新的 5G 基站测试解决方案。CellAdvisor 5G 通过大规模 5G 部署验证和监控来自受控现场试验的信道稳定性、调制质量和小区 ID。

  • 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。

    通过在实验室环境中测试和验证不同的网络切片用例,可以增强对现实世界中多个虚拟元素的 5G 网络性能验证。用于 RAN 到核心测试和验证的端到端解决方案可以模拟 5G 核心网络,并验证网络切片节点选择和功能。


    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 的基础设施和为不断发展的数字世界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 测试网络以及整个 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 测试来避免结果受限。

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。能够最大程度地减少室内测试和其他昂贵的测试要素、同时又不会对测试覆盖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富有挑战性的工作,需要细致的规划、许多 5G 测试和测量周期,以及无缝执行。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。

  • 第 1 阶段 – 技术验证和确认

    成功部署 5G 网络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

     

  • 第 2 阶段 – 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。此部署阶段的一个重要核心,是为了分析毫米波范围内的 5G 信号的频谱和干扰而增强的基站分析仪。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。

  • 第 3 阶段 – 保障、优化、赢利

    通过 5G 连接赢利的机会是无限的。更甚于此的是,5G 的意义在于重大业务转型,而不仅仅是网络转型。超快移动宽带、移动高清内容和视频、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。

    阅读有关 5G 部署选项的详细信息。

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针对手机和其他移动设备得到采用,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,最佳做法的标准化也将继续进步。

引领 5G 革命

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,因为它们融合了 5G 技术的带宽和延迟改进。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。

随着向独立模式的迁移已初具规模,这一创新能量确保了 5G 网络的部署将持续扩展。未来的挑战意味着对创新和经济高效的 5G 测试工具的需求将有增无减。

自 2013 年以来,VIAVI 一直是 5G 采用的早期推动者,它与全球顶级通信提供商和网络设备制造商合作,同时年复一年地为客户提供行业领先的解决方案。全面的 5G 测试工具组合支持 5G 部署的所有阶段,具有确保 5G 环境各个方面的质量和性能所需的适应性,使 VIAVI 在 5G 测试公司中脱颖而出。这些强大而功能全面的测试解决方案将为 21 世纪最伟大的技术革命默默地提供支持。


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