Testes 5G

5G NR é o primeiro padrão de comunicação desenvolvido para atender a uma ampla variedade de aplicações para o setor industrial e para consumidores, maximizando a eficiência do sistema.

A arquitetura baseada em serviços na rede 5G Core permite uma flexibilidade excepcional do sistema, implementação desagregada, acesso agnóstico à tecnologia de acesso por rádio (RAT), métodos baseados em software que possibilitam estratégias de virtualização e de nuvem e novos casos de uso vertical. Diferentemente das tecnologias de comunicação sem fio anteriores, o 5G passa por uma evolução técnica única que não se baseia apenas no fluxo de tempo cronológico entre as versões do 3GPP. A evolução do 5G é caracterizada pela categorização de novos recursos em subgrupos de tecnologia ou cenários de casos de uso verticais que evoluem dentro das versões e podem ter interdependências.

• A versão 15 do 3GPP estabeleceu a base para o 5G NR como tecnologia de acesso por rádio com numerologia nova e flexível, codificação de canal avançada e esquemas de modulação. Com o 5G Core (5GC), o 3GPP introduziu um modelo de arquitetura baseado em serviços das funções relevantes da rede central. Tanto o 5G NR quanto o 5GC, como tecnologias centrais, impulsionam a evolução dos próximos lançamentos. Essa versão abordou principalmente casos de uso da eMBB, permitindo larguras de banda de canal mais amplas e esquemas de agregação de portadora estendidos, além de estender as frequências para a faixa de ondas milimétricas para aumentar a disponibilidade de recursos de radiocomunicação. O congelamento funcional da versão 15 foi concluído em junho de 2019.
• A versão 16 do 5G foi desenvolvida com base nos recursos introduzidos na versão 15, como a banda larga móvel, para aprimorar a tecnologia e otimizar o conjunto de recursos. No entanto, a versão 16 foi influenciada principalmente por dois mercados verticais: automotivo e indústria 4.0, que geralmente exigem baixa latência, assim como comunicações confiáveis e seguras. Como resultado, foram introduzidos novos recursos como V2X sidelink, posicionamento 5G, 5G não licenciado (NR-U), DSS, fatiamento de rede e suporte a redes 5G privadas. O congelamento funcional da versão 16 foi concluído em junho de 2020.
• O congelamento funcional da versão 17 do 5G foi concluído em junho de 2022, consolidando, aprimorando e melhorando os recursos introduzidos nas versões 15 e 16 — além de adicionar novos recursos, como o acesso a satélites por meio de redes não terrestres, desempenho aprimorado da bateria, extensão da FR2 e introdução do RedCap. Com a versão 17, a rede terrestre tradicional foi complementada pela primeira vez por uma rede baseada em satélite, indo além das limitações das redes 2D para incluir redes não terrestres (NTN).
  Essa expansão em direção a uma rede 3D unificada prepara o terreno para futuros avanços em direção à tecnologia 6G. O RedCap na versão 17 levou a uma redução da complexidade, abrindo caminho para novas categorias de dispositivos e serviços, preenchendo a lacuna entre eMBB e mMTC, apresentando até mesmo a ambient IoT na versão 19. Além disso, o 5G expandiu seus serviços para cobrir espectros de frequência novos e adicionais, incluindo uma extensão da FR2 até 71 GHz.
• A versão 18 é a primeira versão do 5G-Advanced, representando uma evolução significativa na tecnologia 5G. Esta versão apresenta aprimoramentos de aspectos da tecnologia antiga e otimiza as tecnologias existentes. Mas ela também apresenta aspectos mais revolucionários com tecnologias inovadoras no contexto da inteligência artificial e da realidade estendida (XR), preparando o terreno para o 6G. Ele inclui técnicas de aprendizado de máquina em diferentes níveis de rede, aprimorando o beamforming/MIMO, estimativas de posição e eficiência energética da rede. Para permitir novos casos de uso, as adições notáveis incluem um aprimoramento das aplicações de RedCap e de realidade estendida (XR). A realidade estendida não precisa da introdução de novas tecnologias, mas requer a otimização das tecnologias 5G existentes para garantir a melhor qualidade da experiência para esses casos de uso revolucionários. A utilização dos recursos aprimorados do RedCap e das novas categorias de equipamentos de usuário (UE) de RedCap com base na versão 18 levará à redução do consumo de energia e dos custos dos dispositivos, além de possibilitar novos casos de uso, como o 5G de missão crítica (MCX) ou o futuro sistema de comunicação em aplicações ferroviárias (FRMCS). Além disso, a introdução da FR2 para NTN é um recurso fundamental que não apenas permite a conectividade via satélite por meio do 5G, mas também oferece suporte a serviços de NTN que exigem uma alta taxa de transferência de dados e novas categorias de equipamentos de usuário para NTN, como VSATs baseados em aviões, embarcações ou veículos. O congelamento funcional da versão 18 foi concluído em junho de 2024.
• A versão 19, programada para ser concluída até o final de 2025, terá como foco principal a otimização do desempenho e o atendimento às necessidades críticas nas implementações comerciais do 5G. Ela dará suporte ao MIMO massivo em conjuntos de antenas maiores, melhorará o desempenho da rede e do enlace de comunicação e explorará o potencial de utilização do «FR3» (7 GHz a 24 GHz) para aplicações 5G. O uso desse espectro é muito exigente, pois ele se encontra ocupado por proprietários já estabelecidos. Para garantir uma transmissão justa nas proximidades, o 5G NR precisa introduzir novos mecanismos, como bancos de dados de geolocalização, conceitos de compartilhamento dinâmico de espectro ou restrições de potência e uma arquitetura de receptor resistente a interferências. Essa versão também investigará novas arquiteturas para dispositivos ambient IoT — dispositivos sem bateria, usando métodos de colheita de energia — no âmbito do 5G-Advanced. Casos de uso antigos, como voz e vídeo, também terão suporte no 5G, com novos codecs de fala e cenários de protocolo em VoNR otimizando a qualidade da voz ao oferecer taxas de codec de fala mais altas, mas também introduzindo codecs de áudio de baixa complexidade para mensagens de áudio básicas do tipo máquina. Isso resultará em uma nova era de serviços com suporte para aplicações de XR ou AR como inovações potencialmente revolucionárias no futuro.
• A versão 20, programada para começar no início de 2026, visa novos casos de uso, otimizando e aprimorando o conjunto de recursos do 5G-Advanced. Mas a versão 20 também começará com um item de estudo sobre 6G para preparar o caminho do trabalho de padronização do 6G, previsto para a série da versão 21.

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Desafios dos testes de 5G NR

O teste da tecnologia 5G New Radio (NR) apresenta vários desafios devido à sua complexidade e à grande variedade de aplicações que ela suporta. Alguns dos desafios incluem:

• Faixa de frequência: o 5G NR opera em uma ampla variedade de frequências, incluindo bandas inferiores a 8 GHz e de ondas milimétricas.
• Sinais complexos: o 5G NR permite esquemas de modulação mais complexos, bem como tecnologias MIMO (múltiplas entradas e múltiplas saídas) e beamforming, tornando os testes mais desafiadores e exigindo soluções avançadas de teste over-the-air.
• Altas taxas de transferência de dados: testar taxas pico de transferência na faixa de 10 Gbps na camada de aplicações é mais desafiador. O equipamento de teste deve ser capaz de lidar com altas taxas e oferecer suporte a aplicações de usuário final para testes de ponta a ponta.
• Comunicações massivas do tipo máquina (mMTC): a implementação em massa da IoT resulta em um grande número de dispositivos. No geral, esses dispositivos são de baixa complexidade, exigindo soluções de teste simples. Como esses dispositivos de IoT são implantados em grande número e instalados em áreas presumivelmente de difícil acesso, o risco de falha é uma ameaça enorme que precisa ser resolvida por meio de testes prévios. Novos casos de uso são dispositivos que oferecem suporte para IoT-NTN ou RedCap.
• Teste de eMBB: a banda larga móvel aprimorada (eMBB) tem como objetivo fornecer velocidades de transferência de dados muito mais altas e menor latência, o que exige uma verificação precisa por meio de testes. Embora isso possa ser complexo e desafiador, é fundamental garantir que a rede e o dispositivo móvel possam atender às expectativas de alto desempenho. Em um resultado de teste inovador, o CMX500 apresentou uma taxa de transferência de camada IP de 10 Gbps.

Os seus desafios de teste e medição de 5G NR — desde componentes e chipsets até estações rádio-base e dispositivos de usuário montados — nos inspira a fornecer soluções inovadoras para o seu sucesso. Acelere o processo de desenvolvimento do seu produto e aumente a confiabilidade com as soluções de teste de 5G da Rohde & Schwarz. Nós da Rohde & Schwarz consideramos a ampla variedade de aplicações e casos de uso da evolução da tecnologia 5G como uma oportunidade e um desafio. Aprimoramos continuamente as nossas soluções de teste para abranger os requisitos e recursos mais recentes. Isso inclui, por exemplo, um novo conceito para testes de NTN, representando uma mudança de paradigma, já que o termo antigo «estação rádio-base» não será mais utilizado. Além disso, o simulador de sistema agora precisa emular um satélite em movimento com artefatos de RF, como desvanecimento, deslocamento Doppler ou atrasos variáveis no tempo.

Com o CMX-lite , nos concentramos na necessidade de um sistema de teste de baixa complexidade, mas de alta qualidade, que corresponda perfeitamente às capacidades reduzidas dos dispositivos RedCap para todos os testes de protocolo e de RF. Essa plataforma modular pode ser facilmente atualizada para um sistema de testes 5G totalmente equipado. A natureza multitecnológica do simulador de sistemas permite testes de interfuncionamento do 5G e Wi-Fi com um único instrumento. A modularidade também permite a extensão com equipamentos de teste adicionais, como um testador de áudio para medições sofisticadas da qualidade de voz e áudio.

Como líder global em equipamentos de teste e medição de RF e micro-ondas, fornecemos suporte durante todo o ciclo de vida da tecnologia móvel, oferecendo soluções para medições em campo, em laboratório e na produção.

Nossas soluções de teste são adaptadas a casos de uso complexos, considerando os mais recentes avanços arquitetônicos.