Mediciones 5G

5G NR es el primer estándar de comunicaciones diseñado para admitir una amplia variedad de aplicaciones de consumo e industriales para maximizar la eficiencia del sistema.

La arquitectura basada en servicios en la red central 5G permite una excepcional flexibilidad del sistema, un despliegue desagregado, un acceso agnóstico a la tecnología de acceso radioeléctrico (RAT), métodos basados en software los cuales permiten estrategias de nubificación y virtualización, así como nuevos casos de uso verticales. A diferencia de las tecnologías anteriores de comunicación inalámbrica, la tecnología 5G experimenta una evolución tecnológica única que no se basa únicamente en el flujo de tiempo cronológico a través de los releases de 3GPP. La evolución de la tecnología 5G categoriza las nuevas características en subgrupos tecnológicos o escenarios de casos de uso vertical que evolucionan dentro de los releases y pueden contar con interdependencias.

• El Release 15 de 3GPP sentó las bases para la 5G NR como tecnología RAT al introducir nuevos métodos de modulación y codificación avanzadas de canal y numerología flexible. Con el núcleo 5G (5GC), 3GPP introdujo un modelo de arquitectura basada en servicios de las funciones relevantes de la red principal. Tanto 5G NR como 5GC como tecnologías principales impulsan la evolución de los próximos releases. Este release aborda principalmente los casos de uso de la eMBB al permitir anchos de banda de canal más amplios, así como esquemas de agregación de portadora ampliados al tiempo que también amplían las frecuencias en el rango de ondas milimétricas a fin de incrementar la disponibilidad de los recursos de radiocomunicación. El congelamiento funcional del Release 15 se completó en junio de 2019.
• El Release 16 de 5G se basó en las funciones que se introdujeron en el Release 15, como la banda ancha móvil para mejorar la tecnología y optimizar el conjunto de funciones. Sin embargo, dos mercados verticales influyeron principalmente en el Release 16: La industria automotriz y la industria 4.0, las cuales por lo general requieren de baja latencia y de comunicaciones seguras y confiables. Como resultado, se introdujeron nuevas funciones como el enlace lateral V2X, el posicionamiento 5G, la red 5G sin licencia (NR-U), la compartición dinámica de espectro (DSS), la segmentación de red y la compatibilidad con redes privadas 5G. El congelamiento funcional del Release 16 se completó en junio de 2020.
• La congelación funcional del Release 17 de 5G se completó en junio de 2022, el cual consolida, mejora y perfecciona las funciones que se introdujeron en los Releases 15 y 16, al tiempo que se añaden nuevas características como el acceso satelital por medio de redes no terrestres (NTN), el rendimiento de batería mejorado, la ampliación de la FR2, así como la introducción de RedCap. Al ir más allá de las limitaciones de las redes 2D, con el Release 17, la red terrestre tradicional se completó por primera vez con una red basada en satélites para incluir redes no terrestres (NTN).
  Esta expansión hacia una red 3D unificada prepara el camino para futuros avances hacia la tecnología 6G. RedCap en el Release 17 condujo a una reducción de la complejidad, sentó las bases para una nueva categoría de dispositivos y servicios, acortó la brecha entre la eMBB y las mMTC y características incluso hasta Iot ambiental. Además, la tecnología 5G ha ampliado sus servicios a fin de cubrir nuevos y adicionales espectros frecuencias como, por ejemplo, una ampliación de la FR2 hasta 71 GHz.
• El Release 18 es el primer release de 5G-Advanced, el cual representa una evolución significativa de la tecnología 5G. Este release introduce mejoras de aspectos tecnológicos heredados y optimiza las tecnologías ya implementadas. Pero también introduce más aspectos revolucionarios con tecnologías novedosas en los antecedentes de la inteligencia artificial y la realidad extendida (XR), a fin de preparar el camino para la tecnología 6G. Incluye técnicas de aprendizaje automático (ML) en los distintos niveles de red, que mejoran la formación de haz/MIMO, las estimaciones de posición, así como la eficiencia energética de la red. A fin de permitir nuevos casos de uso se incluyen incorporaciones destacadas como una mejora tanto de RedCap, como de las aplicaciones de realidad extendida (XR). No se necesita que se introduzcan nuevas tecnologías a la realidad extendida (XR), pero se requiere que se optimicen las tecnologías 5G ya implementadas a fin de asegurar la mejor calidad de experiencia para estos casos de uso revolucionarios. Al utilizar las funciones mejoradas de RedCap, así como las nuevas categorías de RedCap UE basadas en el Release 18 se conseguirá reducir el consumo de energía y los costos de los dispositivos, así como habilitar nuevos casos de uso como la misión crítica 5G (MCX) o el futuro sistema de comunicaciones móviles ferroviarias (FRMCS). Adicionalmente, la introducción de la FR2 para redes no terrestres (NTN) es una característica clave que no solo permite la conectividad satelital por medio de la red 5G, sino que permite nuevos servicios de redes no terrestres (NTN) que exigen una mayor velocidad de transferencia de datos y nuevas categorías NTN-U, como VSAT basados en aviones, buques o vehículos. El congelamiento funcional del Release 18 se completó en junio de 2024.
• El Release 19, cuya finalización está programada para fines de 2025, se centrará principalmente en la optimización del rendimiento y en abordar las necesidades críticas en los despliegues comerciales de la tecnología 5G. Permitirá MIMO masivo en sistemas de antenas más grandes, mejorará el rendimiento tanto de enlaces como redes y explorará el potencial de utilizar la «FR3» (de 7 GHz a 24 GHz) para aplicaciones de 5G. La utilización de este espectro es muy exigente debido a que ya está ocupado por sus respectivos propietarios. A fin de asegurar una transmisión vecinal justa, la 5G NR necesita introducir nuevos mecanismos, como bases de datos de geolocalización, conceptos de restricciones de potencia o de compartición dinámica de espectro (DSS), además de una arquitectura de receptores resistente a interferencias. Este release también investigará nuevas arquitecturas para dispositivo de IoT ambiental, dispositivos sin batería que utilizan métodos de recolección de energía ambiental en el ámbito de 5G-Advanced. La tecnología 5G también admitirá los casos de uso heredados, como voz y video, con nuevos códecs de voz y escenarios de protocolo en VoNR que optimizarán la calidad de voz gracias a que ofrecen tasas de códec de voz más altas, pero también introducirán códecs de audio de baja complejidad para mensajes de audio básicos tipo máquina. Esto dará lugar a una nueva era de servicios, los cuales serán compatibles con aplicaciones de XR o AR como innovaciones potencialmente revolucionarias en el futuro.
• El Release 20, cuyo inicio está programado para principios de 2026, tiene como objetivo nuevos casos de uso que optimizarán y mejorarán el actual conjunto de características de la tecnología 5G-Advanced. Pero el Release 20 también empezará con un estudio de la tecnología 6G a fin de sentar las bases para los trabajos de estandarización 6G, previstos para la serie del Release 21.

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Desafíos de las mediciones de 5G NR

Las mediciones de la tecnología 5G New Radio (NR) presentan numerosos desafíos debido a su complejidad y a la amplia gama de aplicaciones que admite. Algunos de sus desafíos son:

• Gama de frecuencias: la tecnología 5G NR opera en una amplia gama de frecuencias como, por ejemplo, las bandas por debajo de los 8 GHz y de ondas milimétricas.
• Señales complejas: la tecnología 5G NR permite métodos de modulación más complejos, así como tecnologías MIMO (entrada múltiple, salida múltiple y de formación de haz, lo que dificulta las mediciones y requiere de soluciones de medición «over-the-air» de vanguardia.
• Transferencia de datos de alta velocidad (HDR): es muy difícil probar las velocidades máximas de transferencia de datos en el rango de los 10 Gbps en la capa de aplicación. La instrumentación de T&M debe ser capaz de manejar transferencias de datos de alta velocidad y admitir aplicaciones de usuario final para mediciones de extremo a extremo.
• Comunicaciones masivas tipo máquina (mMTC): el despliegue masivo la IoT da lugar a un elevado número de dispositivos. Estos dispositivos suelen ser de baja complejidad y requieren de soluciones de T&M sencillas. Debido a que estos dispositivos de IoT se despliegan en grandes cantidades y se instalan en áreas presumiblemente de difícil acceso, el riesgo de una falla es una gran amenaza que debe abordarse por medio de pruebas previas. Los nuevos casos de uso son los dispositivos que admiten IoT-NTN o RedCap.
• Mediciones de eMBB: la eMBB tiene como objetivo proporcionar velocidades de datos mucho mayores, así como una menor latencia los cuales requieren de una precisa verificación por medio de mediciones. Aunque esto puede resultar complejo y desafiante, es crucial asegurar que tanto la red como el dispositivo celular puedan satisfacer las altas expectativas de rendimiento. En un resultado revolucionario, el CMX500 mostró un rendimiento en la capa IP de 10 Gbps.

Sus desafíos en cuanto a prueba y medición de 5G NR, desde componentes y chipsets hasta dispositivos de usuario ensamblados y estaciones base, son nuestra motivación para ofrecerle soluciones innovadoras que aseguren su éxito. Acelere el proceso de desarrollo de sus productos y mejore la confiabilidad con las soluciones de T&M de 5G de Rohde & Schwarz. En Rohde & Schwarz tomamos en cuenta la amplia base de aplicaciones y casos de uso de la evolución de la tecnología 5G como una oportunidad y un desafío. Seguimos mejorando nuestras soluciones de T&M para cubrir las últimas características y requisitos. Esto incluye, por ejemplo, un nuevo concepto para las pruebas de redes no terrestres (NTN), lo cual representa un cambio de paradigma debido a que el término heredado «estación base» no prevalece. También, el simulador del sistema ahora necesita emular un satélite en movimiento con artefactos de RF como desvanecimiento, desplazamiento Doppler o retrasos que varían en el tiempo.

Con el CMX-lite, nos enfocamos en la necesidad de un sistema de T&M de baja complejidad pero de alta calidad que se adapte perfectamente a las funciones reducidas de los dispositivos RedCap para todos los protocolos de prueba y mediciones en RF. Esta plataforma modular puede actualizarse fácilmente a un sistema de T&M de tecnología 5G completamente equipado. La naturaleza multitecnológica del sistema permite realizar pruebas de interfuncionamiento de 5G y Wi-Fi con un solo instrumento. La modularidad, también permite la ampliación por medio de instrumentación de T&M, como un probador de audio para instrumentos sofisticados de la calidad de audio y voz.

Como líder global en equipamiento de T&M de RF y microondas, proporcionamos asistencia a lo largo de todo el ciclo de vida de la tecnología celular ya que ofrecemos soluciones para mediciones de laboratorio, producción y campo.

Al considerar los últimos avances arquitectónicos, nuestras soluciones de T&M se adaptan a casos de uso complejos.