Teste RAN 5G: o pacote de informações mais completo!

1.  O 5G ainda tem um longo caminho a percorrer.

Este ano marca o início da utilização comercial em larga escala do 5G, bem como o começo da era 5G (2020-2030). O desenvolvimento comercial do 5G está apenas começando. O caminho a percorrer ainda é vasto e complexo, e prevê-se que se desenvolva em três grandes fases.

① No primeiro semestre deste ano, as redes e terminais 5G foram dominados pelo NSA e começaram a evoluir para o SA. Atualmente, a cobertura da rede 5G ainda não é suficiente (focando-se na cobertura de grandes áreas urbanas e principais áreas urbanas de cidades comuns, além de alguns cenários de demanda empresarial), os preços dos terminais e módulos 5G são relativamente altos e os serviços 5G estão concentrados em serviços eMBB de alta largura de banda, como aplicativos de vídeo e jogos.

② Do segundo semestre deste ano até 2021, o 5G SA atingirá o uso comercial em larga escala, o URLLC começará a ser atualizado, a computação de borda será implantada de forma ordenada sob demanda e a cadeia da indústria 5G amadurecerá gradualmente. As redes 5G alcançaram cobertura contínua em áreas urbanas e estão se expandindo gradualmente para cenários de demanda comercial rural. Os preços dos terminais e módulos 5G caíram e os serviços 5G começaram a se desenvolver em direção à baixa latência.

③ No segundo semestre de 2021 e nos anos seguintes, a abrangência da cobertura da rede 5G continuará a se expandir, e a profundidade e a espessura da cobertura aumentarão gradualmente. Ela terá maior largura de banda, menor latência e maior segurança, atendendo plenamente às necessidades de aplicações que exigem alta velocidade, alta confiabilidade e baixa latência. Isso estabelecerá as bases para a inteligência de rede digital em milhares de setores. As aplicações industriais do 5G crescerão exponencialmente, e o 5G será verdadeiramente integrado a todos os aspectos da vida em larga escala.

2.  A tecnologia 5G precisa continuar a evoluir.

Atualmente, parece que as metas da primeira fase mencionadas acima foram alcançadas. Em retrospectiva, sob a orientação do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, o Grupo de Promoção IMT-2020 (5G) vem realizando testes de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia 5G (divididos em etapas de verificação de tecnologia chave, verificação de solução técnica e verificação de rede do sistema) desde janeiro de 2016. Grandes fabricantes de equipamentos de sistema, como Huawei, ZTE, Ericsson e Datang, estão profundamente envolvidos na formulação conjunta de requisitos técnicos e especificações de teste de equipamentos, realizando testes e verificações abrangentes e acelerando a maturidade da indústria 5G; empresas de chips, como a Qualcomm, e empresas de instrumentação, como a Keysight Technology, estão participando ativamente da aceleração da construção da Rel-15, realizando testes de interconexão com fabricantes de equipamentos de sistema. A cadeia de valor completa do 5G NR.

Na segunda e terceira etapas mencionadas acima, para atingir o objetivo de promover a verdadeira integração do 5G em todos os setores, servir ao público e até mesmo "transformar a sociedade", é urgente acelerar a pesquisa sobre as principais tecnologias essenciais do 5G.

Como uma versão completa do 5G, a Rel-16 introduz muitos recursos e funções de sistema aprimorados para melhorar ainda mais o desempenho de aplicações comerciais eMBB e URLLC. Especificamente, o primeiro aprimoramento visa aumentar a capacidade de transmissão da rede por meio de melhorias como o uso de múltiplas antenas, isenção de licença, banda de frequência mais alta, retransmissão, integração fixo-móvel, etc.; o segundo aprimoramento visa aprimorar as capacidades básicas por meio de SON/MDT, posicionamento, economia de energia nos terminais, voz, aprimoramento de fatiamento de rede, operação automatizada, etc.; o terceiro aprimoramento visa expandir as aplicações em setores verticais por meio de melhorias de baixa latência e alta confiabilidade, Internet dos Veículos (IoV), Internet Industrial (II), redes locais verticais (LANs), etc.

A tecnologia e os padrões 5G ainda estão em desenvolvimento e evolução. O padrão Rel-17 está prestes a ser lançado para atingir mais setores industriais verticais relacionados ao 5G. Ele tornará as funções do sistema que o Rel-15 e o Rel-16 não conseguiram alcançar mais abrangentes e refinadas, de modo a se aproximar da visão de comunicação móvel 5G de "espectro total, cobertura total e aplicação total" interconectando todas as coisas. Especificamente, a primeira categoria do Rel-17 incluirá baixa latência e alta confiabilidade, Internet Industrial, economia de energia em terminais assistida por rede, aprimoramento da tecnologia de múltiplas antenas, posicionamento, Internet dos Veículos, tecnologia de retransmissão, comunicações de espectro mais amplo, soluções sem licença, comunicações via satélite, aprimoramento da arquitetura orientada a serviços, fatiamento de rede, automação de rede, computação de borda SON e outras tecnologias de continuidade de latência. A segunda categoria da Rel-17 abrangerá novos projetos, como transmissão multicast, comunicação direta de terminais (para comunicações de emergência e aplicações comerciais), otimização de terminais multi-SIM, serviços interativos, soluções de otimização para transmissão de pequenos volumes de dados, aprimoramento de cobertura, aplicações de grande porte para velocidades médias e cobertura regional, possibilitando novas aplicações e novas funcionalidades.

3.  Forte apoio: teste e medição do 5G

Especialistas renomados do setor preveem que 2021-2022 será a fase de construção de uma rede 5G completa baseada na Rel-16, e que 2023-2025 verá o aprimoramento das capacidades da rede 5G com base na Rel-17.

É possível observar que, com o advento das versões Rel-16 e Rel-17, a indústria 5G de ponta a ponta entrará em uma nova e mais importante fase de desenvolvimento inovador.

Toda a indústria 5G envolve chips, terminais, estações base, redes 5G, software de ferramentas de projeto de chips, linhas de fabricação de chips, instrumentação (teste e medição), sistemas operacionais, aplicativos, etc. Dentre esses componentes, a tecnologia de teste permeia as etapas subsequentes de P&D, produção e aceitação de estações base, chips e terminais 5G, e afetará diretamente o processo de industrialização de toda a cadeia produtiva do 5G.

Portanto, pode-se afirmar que, no que diz respeito a testes e medições de comunicação, o 5G é imbatível. É possível prever que, com o desenvolvimento das redes de banda larga móvel 5G e da Internet das Coisas (IoT), especialmente para novas aplicações nas áreas industrial, médica, de controle de robôs, comunicação entre veículos e outros campos, visando alcançar a Internet de Tudo, haverá uma demanda crescente por equipamentos de teste, como simuladores de estações base, simuladores de terminais, sistemas de teste de conformidade de RF, sistemas de teste de conformidade RRM, analisadores de sinal Massive MIMO e simuladores de canal Massive MIMO. Por exemplo:

① Um emulador de terminal é urgentemente necessário para a verificação de protótipos de sistemas. A pesquisa e o desenvolvimento subsequentes em nível de sistema, bem como a verificação de protótipos da tecnologia de comunicação 5G, exigem com urgência o suporte de simuladores de terminais 5G. O simulador precisa atender aos requisitos técnicos de múltiplos cenários 5G para completar a simulação da camada física e dos protocolos de alto nível dos terminais 5G. Ele pode implementar soluções de tecnologia de interface aérea de forma flexível no terminal e cooperar com fabricantes de equipamentos de sistema para concluir diversos testes da nova tecnologia 5G.

② Existe uma necessidade urgente de instrumentos de simulação e análise de sinal 5G. Durante o desenvolvimento e a produção de equipamentos, são necessários testes qualitativos ou quantitativos, ou a supervisão de diversos parâmetros de componentes processados ​​e produtos semiacabados. Após a fabricação completa da máquina, a função, o desempenho e a confiabilidade do equipamento precisam ser testados de forma abrangente. Após os testes, os dados são classificados, analisados ​​e avaliados, e os resultados são comparados com os fenômenos e problemas observados no processo de desenvolvimento e produção. Somente por meio das operações de teste complexas e precisas mencionadas acima podemos garantir que mais produtos 5G, mais rápidos e melhores, com preços mais baixos, possam ser produzidos para abastecer o mercado.

Por exemplo, a tecnologia de ondas milimétricas é uma das principais tecnologias do 5G. As faixas de frequência de ondas milimétricas no mercado interno podem incluir 24.75-27.5 GHz e 37-42.5 GHz. As perspectivas de aplicação são extremamente amplas, mas dispositivos de radiofrequência, como amplificadores de potência (PA), enfrentam desafios significativos. Esforços nacionais estão sendo feitos para desenvolver produtos de PA que suportem as faixas de frequência mencionadas e uma largura de banda de 800 MHz. Os PAs tradicionais com processo CMOS não conseguem fornecer potência de saída suficientemente alta, enquanto os PAs com processos GaAs e GaN podem suportar maior potência de transmissão e maior largura de banda de modulação na faixa de frequência de ondas milimétricas. Para testes com 128 e 256 canais, e até mesmo com 1024 canais no futuro, o aumento acentuado no número de canais acarretará um aumento acentuado no custo dos equipamentos de teste, bem como a redução na eficiência dos testes devido à calibração e correção da consistência entre os canais. Há uma necessidade urgente de soluções de teste de micro-ondas e ondas milimétricas rápidas e econômicas. Segundo relatos, empresas líderes internacionais em testes e medições, como a Keysight Technology, começaram a criar uma plataforma de teste protótipo para comunicações sem fio 5G em ondas milimétricas e banda ultralarga já em 2015. Com base no software de simulação SystemVue, elas realizaram o primeiro teste de taxa de transferência de dados em altíssima velocidade do setor na época e acumularam um profundo conhecimento técnico desde então.

③ Existe uma necessidade urgente de simuladores de canal 5G para simular ambientes de canal complexos. Por exemplo, pesquisas teóricas e aplicadas subsequentes sobre Massive MIMO e tecnologias relacionadas, como processamento de sinal, codificação e decodificação, modulação e demodulação, gerenciamento de recursos, projeto de pilotos ortogonais e formação de feixe tridimensional, devem ser baseadas em um modelo de canal sem fio adequado. Para estudar o modelo de canal 5G da nova banda de frequência com base no método de medição de canal, de modo a compreender as regras de mudança do canal 5G no ambiente real, é necessário construir uma plataforma de medição de canal de alto desempenho e selecionar cenários de medição para realizar atividades de medição de canal de acordo com as necessidades do cenário de aplicação. O ambiente de propagação de canais complexos é hostil e apresenta grande aleatoriedade dinâmica. Há uma necessidade urgente de simuladores de canal 5G de alta qualidade para suportar o rápido desenvolvimento e implantação de chips de banda base e radiofrequência do sistema 5G, estações base e sistemas terminais, e para suportar a subsequente construção e manutenção de redes 5G em larga escala.

A evolução do 5G NR, da versão 15 para a 16 e 17, é essencialmente o processo de implementação gradual dos três principais cenários de aplicação e dos oito indicadores-chave de desempenho do 5G propostos pela UIT. Banda ultralarga, velocidade ultra-alta, multicanal, espectro completo, simulação de cenários reais e até mesmo simulação representam desafios significativos para testes e medições.

O rápido e constante desenvolvimento da indústria 5G exige uma garantia robusta de testes e medições de alta qualidade. De acordo com a plataforma pública 5G WeChat (ID: angmobile), grandes empresas com ampla experiência no mercado de testes e medições consolidaram um sistema de produtos para testes e medições 5G com uma gama completa de categorias e o mais alto desempenho do mundo. Agora, elas apresentam um pacote de informações completo sobre testes de RAN para 5G NR, abrangendo conhecimentos básicos da tecnologia 5G, testes de implantação de 5G e testes de interface aérea para operadoras de redes móveis, geração e análise de sinais 5G, testes de antenas e componentes 5G, testes de campo para implantação de 5G, testes de fabricação de estações base 5G e testes para garantia de qualidade 5G (teste de conformidade 5G NR/tutorial de teste de radiofrequência O-RAN/melhores práticas de verificação de rede central 5G/tutorial de emulador de terminal UEE/sistema de teste de campo de interface aérea 5G com antena phased array/solução de simulação de canal), entre outros.

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