5Gアプリケーション層のスループットテストの構成と実装

概要

3GPPは、R15プロトコルから始まる次世代5G NR無線通信技術を定義しました。新しいエアインターフェースと新しいアーキテクチャを導入することで、帯域幅が広くなり、スペクトル効率が向上し、無線通信の体験率が大幅に向上し、モバイルインターネットの増大するトラフィック需要に対応します。ITU（国際電気通信連合）の定義によると、ピークデータレートとは、理想的な条件下で達成可能な最大データ量のことです。レートとは、システムの最大容量と理解できる。積載能力の具現化。5G eMBBシナリオの場合、下り最大速度は20Gbps、上り最大速度は10Gbpsです。

実際の5Gリンク環境では、アプリケーション層の速度と物理層の速度の間に一定の差が生じることが多く、これは私たちの経験と直接関係しています。実際のテスト環境の構成やパラメータ設定は、アプリケーション層の速度に影響を与えます。アプリケーション層のスループットテストに注目するメーカーが増える中、アンリツはモジュールメーカー向けに5G NRアプリケーションスループット測定ソリューション一式を発売しました。本稿では、テスト環境の構築と設定プロセスについて解説します。

配線図

下図に示すように、物理層の測定に基づき、5G NRアナログ基地局（MT8000A）を光ファイバー経由で外部サーバーPC（LinuxシステムまたはWindowsシステムに対応）に接続します。5GモジュールはUSBネットワーク共有を介してクライアントPCに接続します。最後に、サーバーPCとクライアントPCにIperfプログラムをインストールして実行し、アプリケーション層のデータ入力と測定を行います。

サーバーPCのIPアドレス: 192.168.20.200DUTのIPアドレス：192.168.20.11（MT8821CのデフォルトクライアントIPアドレス1）
クライアントPCのIPアドレス：USB経由でネットワーク接続を共有し、DUT（192.168.20.11）と同じIPアドレスを取得します。外部サーバーPCに光ネットワークカードをインストールした後、光ファイバーを介してMT8000Aの光ファイバーインターフェースに接続し、NRサーバーをサーバーPCに拡張します（詳細な配線は下図を参照）。

設定に関する詳細な説明

MT8000Aの制御ソフトウェアインターフェース設定は以下のとおりです（上の図はipdata測定モードの設定を示し、下の図はNRサーバーのIPアドレス設定を示しています）。

サーバーPCの設定は以下のとおりです（上の図はWindowsシステム、下の図はLinuxシステムを示しています）。サブネットマスクは255.255.0.0に設定されています（ユーザーはサーバーのオペレーティングシステムの種類に応じて設定を選択できます）。

MT8821Cの設定は以下のとおりです（上の図はipdata測定モードの設定、下の図はLTEサーバーのIPアドレスとDUT割り当てアドレスの設定を示しています）。サブネットマスクは255.255.0.0に設定されています。

クライアントPCのIPアドレスは以下のように設定されます。APNを使用することで、MT8821Cによって割り当てられた指定のIPアドレスを自動的に取得できます。

物理層のデバッグ

前回の記事からの続き（技術記事｜5G NRピークレートに影響を与える要因と実装)、以下のフレーム構造を例として挙げます。

5ms単位：DDDDD DDSUU

D:GP:U（13:1:0）

サブ6GHz条件下、μ=1、帯域幅100MHz、変調方式256QAM、エアスペースリソース4x4MIMO、拡張係数0.8、ダウンリンクオーバーヘッド0.14の場合、5G NRの理論上のピークレートは1.86Gbpsと計算できます。下図に示すように、あるモジュールの測定された5G NRダウンリンク物理層スループットデータは次のとおりです。 1809.117 Mbps。

APNを追加

物理層を調整した後、USB経由でDUTネットワークをクライアントPCと共有し、APNを追加して接続します。具体的な設定は以下のとおりです（その後、パケットの充填と測定を実行できます）。「ネットワークとインターネットの設定」→「モバイル通信」→「詳細オプション」→「アクセスポイントの追加」→プロファイル名とアクセスポイントの両方の入力ボックスに「www.anritsu.com」と入力し、設定を保存します。

Iperfの充填と測定

クライアント PC は、パケットをリッスンするために次のコマンドを実行します。iperf3 -s -p 5007サーバーPCは、UDPパケットインジェクションを実行するために、以下の命令を実行します。iperf3 -c 192.168.20.11 -u -i 1 -t 50 -p 5007 -b 2000M -w 8M

PCパケット充填の結果は以下のとおりです（Linuxシステムを例にとります）。

クライアントPCでのリスニング結果は以下のとおりです。

結論として：物理層のスループットは1809.117Mbps、UDPアプリケーション層の測定レートは1.77Gbpsです。

アプリケーション層の最大スループットレートの実測値

前回の記事からの続き（技術記事｜5G NRピークレートに影響を与える要因と実装）、最近、あるチップが95%デューティサイクル機能をサポートし、期待スループット値は2.02Gbpsです。チップとの共同デバッグにより、フレーム構造をDDDDDDDDSUに設定できます。ここで、S(D:GP:U)は11:1:2です（このフレーム構造は、3GPP TS38.306で定義されている拡張係数には具体的に反映されていません）。このフレーム構造の下で、Anritsu MT8000Aでテストした最大物理層ダウンリンクスループットは2.002Gbpsです。以下に示すとおりです。

現時点で、UDPアプリケーション層の測定速度は1.95Gbpsです。

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