Emuladores UE, RAN e Core

O teste de sistemas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) massivos apresenta desafios únicos devido ao grande número de antenas e aos recursos complexos de formação de feixes. Testes eficazes exigem soluções que possam emular com precisão cenários do mundo real e caracterizar o desempenho.

A solução de teste PROPSIM Massive MIMO permite testes e análises eficientes de:

• desempenho do usuário e do sinal com multiplexação espacial MIMO de até 8x8
• até 64 canais de configurações massivas MIMO e beamforming
• Unidades de rádio Open RAN (O-RUs) e desempenho completo de RF MIMO da estação base

As redes 5G são construídas com base em uma arquitetura em evolução que inclui elementos tradicionais de RAN (Radio Access Network, ou Rede de Acesso Rádio) e novas implantações de Open RAN (O-RAN). Para oferecer cobertura e capacidade diversificadas, as redes consistem em diferentes arquiteturas e tipos de rádio:

• Arquiteturas de rede: 
  • Não autônomo (NSA): aproveita as redes centrais 4G LTE existentes e adiciona recursos de rádio 5G. 
  • Stand-Alone (SA): Uma rede 5G pura com seu próprio núcleo 5G dedicado. 
• Tipos de rádio (com base na cobertura e capacidade):
  • Femtocells, Picocells, Microcells: rádios menores e de menor potência para cobertura localizada (por exemplo, dentro de edifícios, áreas urbanas densas).
  • Macrocélulas: Estações de base tradicionais, maiores, que fornecem cobertura em áreas amplas. 
  • Rádios digitais com formação de feixes MIMO massivos: utilizam uma grande variedade de antenas para direcionar os sinais com precisão, melhorando a capacidade e a eficiência. 
  • Rádios híbridos com formação de feixe mmWave: operam em frequências de ondas milimétricas muito altas, oferecendo velocidades extremamente altas em distâncias mais curtas, muitas vezes exigindo uma combinação de formação de feixe digital e analógica.

Uma rede 5G pode ser emulada através da criação de um ambiente de teste controlado que reproduz o comportamento dos elementos e condições da rede no mundo real.

Isso envolve simular as interações de componentes como:

• rede de acesso de rádio
• rede principal
• equipamento do usuário
• padrões de tráfego
• cenários de mobilidade

Ao fazer isso, os engenheiros podem validar o desempenho do sistema, solucionar problemas e avaliar a interoperabilidade antes da implantação.

A emulação de rede também possibilita testar condições extremas ou difíceis de replicar, como alta carga, interferência ou transferências rápidas, garantindo que as estações base e os dispositivos tenham um desempenho confiável em diversas situações.

Os indicadores-chave de desempenho (KPIs) são métricas cruciais utilizadas para avaliar a eficiência, qualidade e confiabilidade das estações base 5G (gNBs). O monitoramento desses KPIs ajuda a garantir o desempenho ideal da rede e a experiência do usuário. Os KPIs comuns incluem:

• Taxa de transferência: A taxa de transferência de dados real (por exemplo, Mbps ou Gbps) alcançada tanto no downlink (gNB para UE) quanto no uplink (UE para gNB). 
• Latência: O tempo de atraso para os dados viajarem da origem ao destino, fundamental para aplicações como direção autônoma e automação industrial.
• Eficiência espectral: eficiência com que o espectro de rádio disponível é usado para transmitir dados, geralmente medida em bits/Hz. 
• Magnitude do vetor de erro (EVM): Uma medida da qualidade do sinal, indicando o quanto o sinal transmitido se desvia do ideal, afetando a integridade dos dados. 
• Taxa de vazamento do canal adjacente (ACLR): mede o vazamento de energia de um canal desejado para canais adjacentes, indicando os níveis de interferência. 
• Taxa de sucesso na configuração de chamadas (CSSR): a porcentagem de tentativas bem-sucedidas de estabelecer uma conexão. 
• Taxa de sucesso de transferência (HOSR): A porcentagem de transferências bem-sucedidas de uma conexão móvel de uma célula para outra. 
• Consumo de energia: A eficiência energética da estação base, cada vez mais importante para redes sustentáveis.

Os testes Over-the-Air (OTA) são absolutamente essenciais para as estações base 5G de ondas milimétricas (mmWave) devido às características únicas desses sinais de alta frequência e à tecnologia de antena utilizada. Eis o motivo: 

Altas frequências e perda de caminho: os sinais mmWave (por exemplo, 24 GHz e acima) sofrem uma perda significativa de sinal quando viajam através de cabos. Isso torna os testes “conduzidos” tradicionais (em que os instrumentos são conectados diretamente por cabos) impraticáveis e imprecisos.

Antenas integradas e beamforming: os gNBs mmWave geralmente apresentam matrizes de antenas ativas altamente integradas que utilizam beamforming avançado para direcionar os sinais. Essas antenas não podem ser facilmente desconectadas para testes baseados em cabos. Os testes OTA permitem que todo o sistema de antenas, incluindo seus recursos de beamforming, seja testado como uma unidade completa.

Ambiente realista: os testes OTA em uma câmara anecóica simulam um ambiente sem fio mais realista, capturando o verdadeiro desempenho irradiado do gNB, o que é crucial para a implantação no mundo real.

A Keysight oferece soluções especializadas para testes OTA, incluindo cabeçotes de rádio remotos (RRHs) que podem ser colocados diretamente na câmara OTA, minimizando a perda de cabo e melhorando a precisão da medição para métricas críticas como EVM e ACLR.

O teste de rede RF é um método de validação de dispositivos e redes sem fio usando condições RF do mundo real, como mobilidade, desvanecimento, interferência, transferências e variação geográfica. Ele avalia o desempenho de dispositivos e redes em ambientes reais ou modelados de forma realista, em vez de apenas em configurações laboratoriais estáticas e controladas.

Nos testes de rede RF, o desempenho é avaliado em rotas ou ambientes de rede reais, capturando como as condições de RF mudam ao longo do tempo e da localização. Isso permite que os engenheiros meçam indicadores-chave de desempenho (KPIs), como throughput, latência, sucesso de handover, qualidade de RF e experiência do usuário em condições operacionais realistas.

É possível realizar testes de rede RF:

• No campo, usando redes ao vivo e rotas de condução
• No laboratório, reproduzindo ou modelando dados reais de testes de direção para criar cenários de teste repetíveis.

Essa abordagem é comumente usada para:

• Avaliação comparativa do desempenho do dispositivo ou da rede
• Validar o comportamento de mobilidade e transferência
• Correlacione os resultados laboratoriais com o desempenho em campo
• Reduza a dependência de testes de campo repetidos, permitindo a reutilização dos dados de teste do campo para o laboratório.

À medida que as tecnologias sem fio evoluem — especialmente com o 5G e além —, os testes de desempenho da rede RF desempenham um papel fundamental no complemento da emulação de UE, RAN e núcleo, garantindo que a validação em laboratório esteja alinhada com o comportamento da rede no mundo real.

Você deve usar a emulação de teste de unidade virtual celular quando precisar recriar condições reais de mobilidade e RF em laboratório para validar, depurar e otimizar o desempenho da rede ou do dispositivo em um ambiente repetível e controlado. É mais adequado para fluxos de trabalho de desenvolvimento e pré-implantação, nos quais os engenheiros precisam avaliar transferências, gerenciamento de feixes, rendimento e experiência do usuário em cenários idênticos, sem o custo e a variabilidade dos testes de campo. A Emulação de Teste de Condução Virtual também permite a reprodução de dados capturados em campo para acelerar a análise da causa raiz e os testes de regressão em laboratório.

Você deve usar as soluções de teste de rede RF quando precisar medir o desempenho real em redes comerciais ativas. Essas soluções são projetadas para testes em campo, permitindo que as operadoras e equipes de otimização avaliem a experiência real do usuário, a cobertura, a mobilidade e os KPIs da rede durante a implantação, aceitação, benchmarking e otimização contínua. Como operam em ambientes reais, os resultados refletem as condições reais da rede, mas não são totalmente repetíveis.

Na prática, os dois são complementares:

• As soluções de teste de rede RF mostram o que está acontecendo na rede ao vivo.
• A emulação de teste de unidade virtual celular ajuda você a entender por que isso está acontecendo e a corrigir problemas com eficiência no laboratório.

Juntos, eles criam um fluxo de trabalho em circuito fechado que conecta as informações de campo com a validação em laboratório, reduzindo o tempo de resolução e melhorando o desempenho da rede antes e depois da implantação.