Испытания 5G

5G NR — это первый стандарт связи, разработанный для поддержки широкого спектра потребительских и промышленных приложений с обеспечением максимальной эффективности систем.

Основанная на сервисах архитектура базовой сети 5G позволяет реализовать непревзойденно гибкие системы, дезагрегированное развертывание, доступ независимо от технологии радиодоступа, программные механизмы организации облачных структур и виртуализации, а также новые вертикальные сценарии использования. В отличие от предыдущих технологий беспроводной связи, 5G переживает беспрецедентное техническое развитие, которое основано не только на хронологии выпуска спецификаций 3GPP. Эволюция 5G характеризуется разбиением новых функций на технологические подгруппы или вертикальные сценарии использования, которые развиваются с каждым новым релизом и могут быть взаимосвязаны.

• В релизе 15 стандарта 3GPP закладывает фундамент 5G NR как технологии радиодоступа с новым гибким разнесением поднесущих и улучшенными схемами кодирования каналов и модуляции. Базовая сеть 5G (5GC) представляет собой основанную на сервисах архитектуру для реализации базовых функций сети. Обе ключевые технологии — 5G NR и 5GC — лежат в основе разработки всех последующих релизов. Данный релиз в первую очередь посвящен реализации сценариев использования eMBB за счет поддержки более широких полос каналов и расширенных схем агрегации несущих при одновременном расширении диапазона частот до миллиметрового диапазона в целях увеличения доступности радиоресурсов. Функциональное замораживание релиза 15 было завершено в июне 2019 года.
• В релизе 16 стандарта 5G была продолжена работа над представленными в релизе 15 функциями, например над широкополосной мобильной связью, в целях совершенствования технологии и оптимизации набора функций. При этом существенное влияние на релиз 16 оказали два вертикальных рынка — автомобилестроение и Индустрия 4.0, — где необходимы малое время задержки и надежная защищенная связь. В результате были представлены такие новые функции, как прямая связь V2X, позиционирование 5G, нелицензируемый 5G (NR-U), динамическое разделение спектра (DSS), сегментирование сети и поддержка частных сетей 5G. Функциональное замораживание релиза 16 было завершено в июне 2020 года.
• Релиз 17 стандарта 5G, функциональное замораживание которого было завершено в июне 2022 года, объединяет и совершенствует функции, представленные в релизах 15 и 16, и при этом также внедряет новые функции, в том числе спутниковый доступ через неназемные сети, улучшение рабочих характеристик батарей, расширение диапазона FR2 и RedCap. В релизе 17 традиционная наземная сеть была впервые дополнена спутниковой сетью, что позволило преодолеть ограничения двумерных сетей и задействовать неназемные сети (NTN).
  Это развитие в направлении комплексных трехмерных сетей становится основой для дальнейших разработок с целью прихода к технологии 6G. RedCap в релизе 17 уменьшает сложность, подготавливая почву для внедрения новых категорий устройств и сервисов, а также заполняя пробел между eMBB, mMTC и функциями вплоть до окружающий интернет вещей в релизе 19. Кроме того, сервисы 5G теперь охватывают новые и дополнительные диапазоны частот, включая расширение диапазона FR2 до 71 ГГц.
• В релизе 18 была впервые представлена технология 5G-Advanced как существенный шаг вперед в стандарте 5G. Этот выпуск содержит усовершенствования устаревших аспектов и оптимизацию имеющихся технологий. Однако он также включает в себя инновационные технологии на основе искусственного интеллекта и расширенной реальности (XR), которые прокладывают путь к 6G. Здесь описываются алгоритмы машинного обучения на различных уровнях сети, улучшенные механизмы формирования луча и MIMO, определения местоположения и повышения эффективности энергопотребления в сети. Для реализации новых сценариев использования были добавлены улучшенная версия RedCap и расширенная реальность (XR). XR не требует внедрения новых технологии, однако обуславливает необходимость в оптимизации имеющихся технологий 5G, чтобы гарантировать наилучшее качество восприятия в таких инновационных сценариях использования. Применение улучшенных функций RedCap и новых категорий пользовательского оборудования RedCap на основе релиза 18 приведет к снижению энергопотребления и стоимости устройств, а также позволит реализовать такие новые сценарии использования, как критически важные сети 5G (MCX) или будущая железнодорожная система связи (FRMCS). Кроме того, внедрение диапазона FR2 для неназемные сети становится ключевой функцией, которая не только обеспечивает спутниковую связь по 5G, но также поддерживает службы неназемных сетей, в которых требуется высокая скорость передачи данных, и новые категории пользовательского оборудования неназемных сетей, такие как терминалы с очень малой апертурой (VSAT), размещаемые в самолетах, морских судах или автомобилях. Функциональное замораживание релиза 18 было завершено в июне 2024 года.
• Релиз 19, запланированный на конец 2025 года, будет в первую очередь посвящен оптимизации рабочих характеристик и решению критически важных задач в коммерческих сетях 5G. В нем будет реализована поддержка многоэлементных MIMO-антенн, будут внесены улучшения в рабочие характеристики каналов и сети, а также будет исследован потенциал диапазона FR3 (от 7 ГГц до 24 ГГц) для приложений 5G. Использование этого спектра связано со значительными трудностями, т. к. он уже занят другими владельцами. Для обеспечения связи в ближней зоне в 5G NR требуется внедрение таких новых механизмов, как базы данных геолокации, ограничения мощности или динамическое разделение спектра и помехоустойчивая архитектура приемников. В этом выпуске также будут рассмотрены новые архитектуры устройств окружающий интернет вещей без батарей и с автономным питанием путем сбора энергии в условиях сетей 5G-Advanced. Традиционные сценарии использования, например передача речи и видео, также будут поддерживаться в 5G, при этом будут применяться новые высокоскоростные речевые кодеки и протоколы VoNR в целях улучшения качества передачи речи. Кроме того, будут представлены упрощенные аудиокодеки для передачи базовых аудиосообщений машинного типа. Это приведет к зарождению новой эпохи сервисов с поддержкой приложений XR или AR, которые обладают огромным инновационным потенциалом в перспективе на будущее.
• Релиз 20, запланированный на начало 2026 года, будет посвящен новым сценариям использования, оптимизации и совершенствованию имеющихся функций 5G-Advanced. Помимо этого, релиз 20 будет описывать текущую стадию исследований в области 6G, прокладывая путь к стандартизации 6G, которая ожидается в серии релиза 21.

Вы хотите обсудить конкретные тестовые сценарии 5G с нашими экспертами?

Задачи, связанные с испытаниями 5G NR

Испытания технологии 5G New Radio (NR) связаны с решением многочисленных задач ввиду сложности и широкого спектра поддерживаемых приложений. В их число входят следующие задачи:

• Диапазон частот: 5G NR работает во множестве диапазонов частот, включая диапазон ниже 8 ГГц и миллиметровые диапазоны.
• Сложные сигналы: 5G NR поддерживает более сложные схемы модуляции, а также технологии MIMO (множественные входы и выходы) и формирования луча, что накладывает дополнительные требования к организации испытаний и обуславливает необходимость в современных решениях для эфирных испытаний.
• Высокие скорости передачи данных: испытания пиковых скоростей передачи данных около 10 Гбит/с на прикладном уровне являются непростой задачей. Испытательное оборудование должно поддерживать высокие скорости передачи данных и приложения конечных пользователей, чтобы проводить сквозные испытания.
• Массовая межмашинная связь (mMTC): массовое развертывание интернета вещей ведет к существенному росту количества устройств. Как правило, это простые устройства, для испытания которых требуются простые решения. Поскольку устройства интернета вещей используются в огромных количествах и устанавливаются в труднодоступных местах, риск их выхода из строя становится большой проблемой, для устранения которой требуются испытания до ввода в эксплуатацию. Новые сценарии использования — это устройства с поддержкой IoT-NTN или RedCap.
• Испытания eMBB: главная цель eMBB заключается в повышении скоростей передачи данных и снижении времени задержки, поэтому здесь требуется точная верификация путем проведения испытаний. Ввиду сложности данной процедуры необходимо убедиться в том, что сеть и мобильные устройства удовлетворяют повышенным требованиям к рабочим характеристикам. В ходе принципиально нового испытания тестер CMX500 продемонстрировал поддержку скорости 10 Гбит/с на уровне IP.

Ваши задачи испытаний и измерений технологии 5G NR — от компонентов и чипсетов до готовых пользовательских устройств и базовых станций — вдохновляют нас на разработку инновационных решений в интересах вашего успеха. Предлагаемые Rohde & Schwarz решения для испытаний 5G ускоряют ваши процессы разработки продукции и повышают надежность. Мы в Rohde & Schwarz рассматриваем широкий спектр приложений и сценариев использования технологии 5G как шанс и вызов. Мы непрерывно совершенствуем наши испытательные решения по мере появления новых функций и требований. Например, это касается новой концепции испытания неназемных сетей, которая представляет собой сдвиг парадигмы и отказ от традиционного понятия «базовая станция». Теперь требуется эмулятор системы для имитации движущегося спутника с такими ВЧ-явлениями, как замирание сигнала, доплеровский сдвиг или переменные задержки.

С CMX-lite мы концентрируем наше внимание на потребностях в простой, но высококачественной испытательной системе, которая идеально согласована с пониженной функциональностью устройств RedCap и позволяет проводить все испытания ВЧ-характеристик и протоколов. Эту модульную платформу можно легко модернизировать до полностью оснащенной системы испытаний 5G. Благодаря поддержке нескольких технологий эмулятор системы позволяет испытывать взаимодействие 5G и Wi-Fi с помощью одного прибора. Модульная конструкция также позволяет добавлять испытательное оборудование, например аудиотестер для проведения сложных измерений качества передачи аудиосигналов и речи.

Как ведущий мировой поставщик контрольно-измерительного ВЧ- и СВЧ-оборудования, мы оказываем поддержку на всех этапах жизненного цикла технологий мобильной связи, предлагая решения для проведения измерений в лаборатории, на производстве и в полевых условиях.

Наши испытательные решения разрабатываются с учетом сложных сценариев использования и новейших элементов архитектуры.