Test 5G

Il 5G NR è il primo standard di comunicazione progettato per supportare un'ampia gamma di applicazioni consumer e industriali, massimizzando l'efficienza del sistema.

L'architettura basata su servizi nella rete centrale 5G consente di ottenere una flessibilità di sistema eccezionale, la possibilità di dispiegare la rete in modo disaggregato, di realizzare una rete di accesso radio (RAT) agnostica rispetto alla tecnologie e di sfruttare metodi basati su software che consentono di adottare strategie di cloudificazione e virtualizzazione, oltre a favorire lo sviluppo di nuovi casi d'uso per i mercati verticali. A differenza delle precedenti tecnologie di comunicazione wireless, il 5G subisce una singolare evoluzione tecnica che non si basa solo sul flusso cronologico delle release 3GPP. L'evoluzione del 5G è caratterizzata dalla categorizzazione delle nuove funzionalità in sottogruppi tecnologici o scenari di utilizzo verticali che si evolvono all'interno delle release e possono avere interdipendenze.

• La release 15 del 3GPP ha stabilito le basi per il 5G NR come RAT con una nuova numerologia flessibile, una codifica di canale avanzata e schemi di modulazione. Con il 5G core (5GC), 3GPP ha introdotto un modello di architettura basato sui servizi delle funzioni di rete principali. Sia 5G NR che 5GC come tecnologie core guidano l'evoluzione delle prossime release. Questa release si è concentrata principalmente sui casi d'uso eMBB, consentendo larghezze di banda del canale più ampie e schemi di aggregazione delle portanti più estesi, estendendo anche le frequenze nella gamma delle onde millimetriche, per aumentare la disponibilità delle risorse radio. Il congelamento funzionale della Release 15 è stato completato nel giugno 2019.
• La successiva 5G Release 16 si basa sulle funzionalità introdotte nella Release 15, come la banda larga mobile, per migliorare la tecnologia e ottimizzare l'insieme di funzionalità. Tuttavia, la Release 16 è stata principalmente influenzata da due mercati verticali: Automotive e Industria 4.0, che richiedono comunemente bassa latenza, nonché comunicazioni affidabili e sicure. Di conseguenza, sono state introdotte nuove funzionalità come il collegamento laterale V2X (sidelink), lo localizzazione 5G, il 5G in bande senza licenza (NR-U), il DSS, la suddivisione di rete in porzioni indipendenti (network slicing) e il supporto per le reti 5G private. Il congelamento funzionale della Release 16 è stato finalizzato nel giugno 2020.
• Il congelamento funzionale delle specifiche 5G Release 17 è stato completato nel giugno 2022, consolidando, migliorando e potenziando le funzionalità introdotte nelle versioni 15 e 16, aggiungendo al contempo nuove funzionalità, come accesso satellitare tramite reti non terrestri, il miglioramento delle prestazioni della batteria, l'estensione delle bande FR2 e l'introduzione della modalità RedCap. Con la Release 17, la rete terrestre tradizionale è stata integrata per la prima volta da una rete satellitare, superando le limitazioni delle reti 2D per includere reti non terrestri (NTN).
  Questa espansione verso una rete 3D unificata prepara il terreno per futuri progressi verso la tecnologia 6G. Lo standard RedCap introdotto nella Release 17 ha portato a una riduzione della complessità, aprendo la strada a nuove categorie di dispositivi e servizi, colmando il divario tra eMBB e mMTC e offrendo funzionalità fino all'IoT ambientale nell'ambito della Release 19. Inoltre, il 5G ha ampliato i suoi servizi per coprire nuovi e ulteriori spettri di frequenza, inclusa un'estensione della banda FR2 fino a 71 GHz.
• La Release 18 è la prima release di 5G-Advanced, rappresentando una significativa evoluzione nella tecnologia 5G. Questa versione introduce miglioramenti degli aspetti tecnologici legacy e ottimizza le tecnologie esistenti. Ma introduce anche aspetti più rivoluzionari con nuove tecnologie nel campo dell'intelligenza artificiale e della realtà estesa (XR), preparando il terreno per il 6G. Include tecniche di apprendimento automatico (machine learning) a diversi livelli di rete, migliorando le funzionalità beamforming/MIMO, le stime di posizione e l'efficienza energetica delle rete. Per consentire nuovi casi d'uso, tra le aggiunte più significative vi è un potenziamento dello standard RedCap e realtà estesa (XR). La realtà estesa non ha bisogno dell'introduzione di nuove tecnologie, ma richiede l'ottimizzazione delle tecnologie 5G esistenti per assicurare la migliore QoE per tali casi d'uso rivoluzionari. Utilizzando le funzionalità avanzate di RedCap e le nuove categorie di RedCap UE basate su Rel. 18 si otterrà una riduzione del consumo di potenza e dei costi dei dispositivi, oltre a consentire nuovi casi d'uso come le comunicazioni critiche (MCX) per la missione 5G o il futuro sistema di comunicazione ferroviaria (FRMCS). Inoltre, l'introduzione delle bande FR2 per NTN è una caratteristica chiave che non solo consente di sfruttare la connettività satellitare tramite 5G, ma supporta anche i servizi NTN che richiedono una velocità di trasferimento dati più elevata e nuove categorie di NTN-UE, come VSAT a bordo di aerei, navi o veicoli. Il congelamento funzionale della Release 18 è stato completato nel giugno 2024.
• La Release 19, prevista per essere completata entro la fine del 2025, si concentrerà principalmente sull'ottimizzazione delle prestazioni e sul soddisfacimento delle esigenze critiche nelle implementazioni commerciali del 5G. Supporterà il massive MIMO su schiere di antenne più grandi, migliorerà le prestazioni del collegamento e della rete ed esplorerà il potenziale dell'utilizzo delle bande "FR3" (da 7 GHz a 24 GHz) per le applicazioni 5G. L'uso di questo spettro è molto impegnativo, in quanto è già occupato dai licenziatari attuali. Per assicurare una trasmissione equa nelle vicinanze, il 5G NR deve introdurre nuovi meccanismi, come un database di geolocalizzazione, concetti di restrizioni di potenza o di condivisione dinamica dello spettro e un'architettura di ricevitore resistente alle interferenze. Questa versione esplorerà anche nuove architetture per dispositivi IoT ambientali - dispositivi senza batteria, che utilizzano metodi di raccolta di energia (energy harvesting) - nel campo del 5G-Advanced. I casi d'uso legacy come la voce e il video saranno supportati anche nel 5G, con nuovi codec vocali e scenari di protocollo via VoNR che ottimizzano la qualità della voce, offrendo codec vocali a velocità più elevata, ma introducendo anche codec audio a bassa complessità per supportare messaggi audio di base generati da una macchina. Questo porterà a una nuova era di servizi che supportano le applicazioni XR o AR come innovazioni potenzialmente rivoluzionarie per il futuro.
• La Release 20, prevista per l'inizio del 2026, si rivolge a nuovi casi d'uso, ottimizzando e migliorando le funzionalità 5G-Advanced esistenti. Ma la Release 20 inizierà anche con un elemento di studio su 6G per preparare il terreno per il lavoro di standardizzazione del 6G, previsto per la serie Release 21.

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Le sfide dei test 5G NR

Verificare la tecnologia 5G New Radio (NR) presenta numerose sfide a causa della sua complessità e dell'ampia gamma di applicazioni che supporta. Alcune delle sfide includono:

• Intervallo di frequenza: 5G NR opera su un'ampia gamma di frequenze, comprese le bande sub-8 GHz e delle onde millimetriche.
• Segnali complessi: il 5G NR consente di utilizzare schemi di modulazione più complessi, nonché tecnologie di ricetrasmissione parallela multiple-input, multiple-output (MIMO) e beamforming, rendendo i test più impegnativi e richiedendo soluzioni avanzate di test over-the-air.
• Alte velocità di trasmissione dati: Verificare la velocità di trasmissione dati di picco nell'intervallo di 10 Gbps a livello di applicazione è più impegnativo. Il sistema di prova deve essere in grado di gestire alte velocità di trasferimento dati e supportare le applicazioni degli utilizzatori per i test end-to-end.
• Massive Machine Type Communications (mMTC): La distribuzione di massa dell'IoT porta a un elevato numero di dispositivi. Quei dispositivi sono tipicamente di bassa complessità, richiedendo soluzioni di prova semplici. Dal momento che tali dispositivi IoT vengono installati in grandi quantità e posizionati in aree presumibilmente difficili da raggiungere, il rischio di guasto rappresenta una minaccia enorme, che deve essere affrontata mediante il collaudo preventivo. Nuovi casi d'uso sono dispositivi che supportano IoT-NTN o RedCap.
• Test eMBB: il servizio eMBB mira a fornire velocità di dati molto più elevate e latenza inferiore che richiedono una verifica precisa attraverso il collaudo. Anche se può essere complesso e impegnativo, è fondamentale assicurarsi che la rete, così come il dispositivo mobile, possano soddisfare le alte aspettative di performance. In un risultato di prova innovativo, il CMX500 ha dimostrato una velocità di trasferimento a livello IP di 10 Gbps.

Le vostre problematiche nell'ambito delle misure e collaudi delle reti 5G NR - dai componenti e chipset ai dispositivi utente assemblati e alle stazioni base - ci ispirano a fornire soluzioni innovative per il vostro successo. Accelerate il processo di sviluppo del vostro prodotto e migliorate l'affidabilità con le soluzioni di collaudo 5G di Rohde & Schwarz. Noi di Rohde & Schwarz consideriamo la vasta base di applicazioni e casi d'uso dell'evoluzione della tecnologia 5G come un'opportunità e una sfida. Continuiamo a migliorare le nostre soluzioni di test per coprire le ultime funzionalità e gli ultimi requisiti. Ciò include, ad esempio, un nuovo concetto per il test NTN, rappresentando un cambiamento di paradigma, poiché il termine tradizionale "stazione base" non è più applicabile. Inoltre, il simulatore di sistema ora deve emulare un satellite in movimento con artefatti RF come evanescenze (fading), effetto Doppler o ritardi variabili nel tempo.

Con il CMX-lite, ci concentriamo sulla necessità di un sistema di prova a bassa complessità ma di alta qualità, che si adatti perfettamente alle ridotte capacità dei dispositivi RedCap per tutti i test di radiofrequenza e protocollo. Questa piattaforma modulare può essere facilmente aggiornata a un sistema di prova 5G completamente attrezzato. La natura multi-tecnologica del simulatore di sistema consente di effettuare test di interoperabilità tra 5G e Wi-Fi con un unico strumento. La modularità consente anche l'estensione tramite ulteriori attrezzature di prova, come un tester audio per effettuare misure sofisticate della qualità audio e vocale.

Come leader globale nelle apparecchiature di misura e collaudo RF e a microonde, supportiamo l'intero ciclo di vita della tecnologia mobile, offrendo soluzioni per misure in laboratorio, collaudo in produzione e sul campo.

Le nostre soluzioni di prova sono personalizzate per casi d'uso complessi, tenendo conto degli ultimi sviluppi architetturali.