Pruebas de rendimiento de estaciones base celulares Desde la validación en laboratorio hasta la confianza en la implementación sobre el terreno

Las pruebas de rendimiento de las estaciones base celulares evalúan el rendimiento de un gNB 5G (nodo B de próxima generación) en condiciones de radio reales. Este tipo de pruebas es fundamental porque garantiza que la estación base:

• Gestiona escenarios de RF realistas, incluyendo desvanecimiento, movilidad e interferencias.

• Cumple con los KPI esperados para 5G, como el rendimiento, la latencia y la precisión de la formación de haces.

• Cumple con los estándares 3GPP, lo que garantiza la interoperabilidad y la aceptación normativa.

• Está listo para su implementación, identificando los problemas antes de su puesta en marcha en redes comerciales.

   

Dado que las redes 5G se basan en MIMO masivo, ondas milimétricas y uso dinámico del espectro, las pruebas de las estaciones base deben replicar la complejidad de las implementaciones reales. Esto incluye no solo los retos de RF, sino también la señalización de control, la sincronización y la movilidad de los usuarios en múltiples bandas de frecuencia y configuraciones de radio.

Las pruebas de formación de haces MIMO masivas consisten en verificar la capacidad de una estación base 5G para controlar y dirigir con precisión la energía de radiofrecuencia (RF) a través de grandes conjuntos de antenas. Estas pruebas garantizan que la estación base pueda gestionar de forma eficiente múltiples conexiones simultáneas dirigiendo las señales exactamente donde se necesitan.

¿Por qué es importante?

• Optimiza la cobertura: al enfocar la energía de radiofrecuencia hacia usuarios o dispositivos específicos, la formación de haces mejora la intensidad y la calidad de la señal, incluso en entornos difíciles como zonas urbanas o interiores.

• Aumenta la capacidad de usuarios: Massive MIMO permite a las estaciones base dar servicio a muchos usuarios simultáneamente mediante el uso de multiplexación espacial, lo que reduce las interferencias y mejora el rendimiento de la red.

• Mejora la eficiencia espectral: la formación eficiente de haces maximiza la transmisión de datos dentro de recursos espectrales limitados, un factor crítico en implementaciones 5G densas.

• Se adapta a entornos dinámicos: Las pruebas confirman la capacidad del sistema para adaptar los patrones de haz en tiempo real a medida que los usuarios se mueven o cambian las condiciones ambientales.

• Compatible con funciones Advanced : Massive MIMO y la formación de haces son tecnologías fundamentales que permiten alcanzar altas velocidades de transmisión de datos, baja latencia y una mayor fiabilidad en las redes 5G.

La emulación de desvanecimiento en tiempo real es una potente técnica de prueba que reproduce las condiciones dinámicas y complejas de los canales inalámbricos que encontrará una estación base 5G en el mundo real. Esto incluye efectos como:

• Desplazamientos Doppler causados por el movimiento del usuario o del objeto.

• Propagación multitrayectoria, en la que las señales se reflejan en las superficies creando múltiples trayectorias superpuestas.

• Desvanecimiento de la señal debido a obstáculos y cambios ambientales.

• Escenarios de movilidad de los usuarios, simulando movimientos a diferentes velocidades y direcciones.

   

¿Por qué es importante esto para las pruebas de estaciones base?

• Valida el rendimiento en condiciones reales: garantiza que la estación base pueda mantener conexiones fiables a pesar de los constantes cambios en el entorno radioeléctrico.

• Prueba algoritmos adaptativos: confirma que la formación de haces, los traspasos y el control de potencia reaccionan correctamente ante el desvanecimiento y la movilidad.

• Reduce los costosos ensayos de campo: los ingenieros pueden emular diversos escenarios en el laboratorio, lo que acelera el desarrollo y mejora la fiabilidad.

• Optimiza la resiliencia de la red: ayuda a ajustar la estación base para gestionar las fluctuaciones de señal, mejorando la experiencia del usuario en entornos densos y móviles.

   

Los emuladores de desvanecimiento en tiempo real de Keysight proporcionan simulaciones altamente precisas y repetibles, lo que permite a los ingenieros someter a pruebas de estrés exhaustivas a las estaciones base antes de su implementación.

Un método crítico utilizado para evaluar las estaciones base 5G que operan en las bandas de frecuencia FR2 (normalmente 24 GHz y superiores) es la prueba mmWave over-the-air (OTA). Esto se aplica cuando las conexiones cableadas tradicionales son poco prácticas o imposibles debido a la naturaleza de las señales de ondas milimétricas. 

¿Por qué son necesarias las pruebas OTA de ondas milimétricas?

• Valida el rendimiento en el mundo real: dado que las señales mmWave tienen longitudes de onda muy cortas y son muy susceptibles al bloqueo y la reflexión, las pruebas OTA replican cómo se propagan las señales en el espacio libre.

• Evalúa la orientación del haz y el MIMO masivo: las pruebas OTA garantizan que la estación base pueda dirigir y configurar con precisión los haces para mantener conexiones sólidas con los usuarios.

• Garantiza el cumplimiento normativo: las pruebas OTA confirman que los dispositivos cumplen los requisitos normativos en materia de emisiones, potencia y otros aspectos en el entorno de radiación real.

• Compensa las pérdidas de cable y los efectos de la antena: en frecuencias mmWave, los cables y conectores introducen pérdidas significativas, lo que hace que las pruebas con cables no sean fiables para el rendimiento a nivel del sistema.

• Prueba escenarios complejos: las pruebas OTA permiten realizar evaluaciones desde diferentes ángulos, distancias y condiciones ambientales que imitan situaciones reales de implementación.

Las soluciones de prueba OTA mmWave de Keysight proporcionan capacidades de medición precisas y repetibles para garantizar que las estaciones base 5G FR2 cumplan con los requisitos de rendimiento y conformidad.

Las pruebas de rendimiento de las estaciones base y las pruebas de equipos de usuario (UE) u O-RAN se centran en diferentes capas y aspectos de la red 5G, lo que requiere enfoques y herramientas distintos. 

Diferencias clave:

• Pruebas de la estación base:

  • Se centra en la calidad de la salida de RF, garantizando que el transmisor cumpla con los requisitos de potencia, máscara espectral y precisión de modulación.

  • Evalúa el rendimiento de la capa física, como la magnitud del vector de error (EVM), la calidad de la señal y el comportamiento de la antena MIMO masiva.

  • Prueba cómo la estación base gestiona cargas elevadas y múltiples usuarios simultáneos, incluyendo la formación de haces y la adaptación dinámica.

  • Incluye emulación por aire (OTA) y emulación de canales para validar el rendimiento real de la RF y la antena.

• Pruebas UE:

  • Hace hincapié en la funcionalidad de la capa de protocolo, incluyendo la señalización, el traspaso y el rendimiento de datos.

  • Valida la sincronización, la movilidad y la interoperabilidad con diversas estaciones base.

  • Se centra en el consumo de energía, la duración de la batería y las características de RF específicas del dispositivo.

• Pruebas O-RAN:

  • Se centra en los estándares de interfaz abierta, la coordinación de redes y la interoperabilidad entre componentes RAN desagregados.

  • Comprueba la conformidad con el protocolo, la sincronización temporal y la comunicación fronthaul/backhaul.

  • Requiere amplias herramientas de emulación basadas en software y de coordinación de redes.

     

Dado que cada ámbito de prueba aborda diferentes retos técnicos, se necesitan herramientas especializadas y configuraciones de prueba para una validación precisa.

Una solución de pruebas para estaciones base 5G de grado carrier ofrece el máximo nivel de precisión, fiabilidad y realismo para garantizar que las estaciones base funcionen según lo previsto en redes comerciales activas. 

Atributos clave de una solución de pruebas de grado carrier:

• Modelos de canal realistas: utiliza modelos de canal inalámbricos validados y estandarizados (incluidos efectos de multipath, desvanecimiento y Doppler) que reflejan entornos de implementación reales en todo el mundo.

• Comparativa de KPI: mide indicadores clave de rendimiento (KPI), como el rendimiento, la latencia, la fiabilidad y la eficiencia espectral, en comparación con los parámetros de referencia definidos por los principales operadores de redes móviles.

• Perfiles de movilidad: simula patrones realistas de movimiento de usuarios y dispositivos, incluyendo escenarios peatonales, vehiculares y de alta velocidad para validar el rendimiento del traspaso y la formación de haces.

• Reproducibilidad y repetibilidad: proporciona escenarios de prueba altamente repetibles para garantizar resultados consistentes y comparables entre laboratorios y a lo largo del tiempo.

• Cumplimiento normativo e interoperabilidad: garantiza que el dispositivo sometido a prueba cumple con los estándares del sector y los requisitos normativos, y que funciona a la perfección en ecosistemas con múltiples proveedores.

• Escalabilidad y flexibilidad: admite configuraciones complejas de múltiples antenas, MIMO masivo y funciones 5G avanzadas para cubrir una amplia gama de casos de implementación.

   

Las pruebas de nivel carrier acortan la distancia entre la verificación en laboratorio y el funcionamiento en el mundo real, minimizando los costosos fallos en el campo y acelerando el tiempo de comercialización de las estaciones base. Las soluciones de pruebas 5G de nivel carrier deben integrar todos estos elementos, proporcionando a los operadores móviles y a los fabricantes de equipos resultados de pruebas fiables que reflejen fielmente las condiciones de la red en tiempo real.

La elección de la configuración adecuada para las pruebas de estaciones base 5G depende de una comprensión clara de los objetivos de las pruebas, los requisitos técnicos y la fase del proyecto. A continuación se explica cómo abordarlo: 

1. Defina los objetivos de su prueba:

• ¿Se centra en la precisión de la formación de haces, la emulación de desvanecimiento en tiempo real, el rendimiento del throughput o el cumplimiento de protocolos?

• Los diferentes objetivos requieren diferentes capacidades y equipos de prueba.

2. Considerar las bandas de frecuencia:

• Las pruebas FR1 (sub-6 GHz) implican necesidades de hardware y emulación de canales diferentes a las de FR2 (mmWave) debido a las características de propagación y al diseño de la antena.

• Asegúrese de que su sistema de prueba admite los rangos de frecuencia requeridos.

3. Evaluar los requisitos de canal y ancho de banda:

• ¿Cuántos canales de antena y cadenas de RF tiene su estación base?

• ¿Qué anchos de banda deben admitirse (por ejemplo, 100 MHz, 400 MHz o más)?

• Su equipo de prueba debe cumplir o superar estas especificaciones para proporcionar resultados precisos.

4. Pruebas por aire (OTA) frente a pruebas por cable:

• Las pruebas OTA son necesarias para validar el rendimiento de la antena, la formación de haces y los escenarios de ondas milimétricas en los que los cables no son prácticos.

• Las pruebas con cable pueden ser suficientes para la validación inicial en laboratorio de la calidad de la señal y los parámetros de la capa física.

5. Adáptate a tu etapa de desarrollo:

• Fase de I+D: Puede requerir configuraciones de prueba flexibles y modulares para experimentar y desarrollar nuevas funciones.

• Fase de validación: Requiere una emulación altamente repetible y precisa para verificar el cumplimiento y el rendimiento con respecto a las normas.

• Integración y producción: se centra en la velocidad, la automatización y la escalabilidad para las pruebas de fabricación.

6. Consideraciones adicionales:

• Compatibilidad con MIMO masivo y escenarios multiusuario.

• Capacidad para emular condiciones realistas de movilidad y desvanecimiento.

• Escalabilidad para futuras actualizaciones a medida que evolucionen los estándares.