Emuladores UE, RAN y Core

Las pruebas de los sistemas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) masivos plantean retos únicos debido a su gran número de antenas y a sus complejas capacidades de formación de haces. Para que las pruebas sean eficaces, se necesitan soluciones que puedan emular con precisión situaciones reales y caracterizar el rendimiento.

La solución de pruebas PROPSIM Massive MIMO permite realizar pruebas y análisis eficientes de:

• Rendimiento de usuario y señal con multiplexación espacial MIMO de hasta 8x8.
• hasta 64 canales MIMO masivo y configuraciones de formación de haces
• Unidades de radio RAN abiertas (O-RU) y rendimiento completo de RF MIMO de la estación base.

Las redes 5G se basan en una arquitectura en constante evolución que incluye tanto elementos tradicionales de RAN (red de acceso radioeléctrico) como nuevas implementaciones de Open RAN (O-RAN). Para ofrecer una cobertura y capacidad diversas, las redes constan de diferentes arquitecturas y tipos de radio:

• Arquitecturas de red: 
  • No autónomo (NSA): aprovecha las redes centrales 4G LTE existentes y añade capacidades de radio 5G. 
  • Autónoma (SA): una red 5G pura con su propio núcleo 5G dedicado. 
• Tipos de radio (en función de la cobertura y la capacidad):
  • Femtoceldas, picoceldas, microceldas: radios más pequeñas y de menor potencia para cobertura localizada (por ejemplo, dentro de edificios, áreas urbanas densas).
  • Macrocélulas: Estaciones base tradicionales más grandes que proporcionan cobertura en un área amplia. 
  • Radios con formación de haces digitales MIMO masivas: utilizan una gran matriz de antenas para dirigir las señales con precisión, mejorando la capacidad y la eficiencia. 
  • Radios híbridas con formación de haces de ondas milimétricas: funcionan a frecuencias muy altas de ondas milimétricas, ofrecen velocidades extremadamente altas en distancias más cortas y suelen requerir una combinación de formación de haces digitales y analógicas.

Una red 5G puede emularse creando un entorno de prueba controlado que reproduzca el comportamiento de los elementos y las condiciones de una red real.

Esto implica simular las interacciones de componentes tales como:

• red de acceso radioeléctrico
• red central
• equipos de usuario
• patrones de tráfico
• escenarios de movilidad

De este modo, los ingenieros pueden validar el rendimiento del sistema, solucionar problemas y evaluar la interoperabilidad antes de la implementación.

La emulación de red también permite probar condiciones extremas o difíciles de replicar, como cargas elevadas, interferencias o traspasos rápidos, lo que garantiza que las estaciones base y los dispositivos funcionen de forma fiable en diversas situaciones.

Los indicadores clave de rendimiento (KPI) son métricas cruciales que se utilizan para evaluar la eficiencia, la calidad y la fiabilidad de las estaciones base 5G (gNB). La supervisión de estos KPI ayuda a garantizar un rendimiento óptimo de la red y una experiencia óptima para el usuario. Entre los KPI más comunes se incluyen:

• Rendimiento: La velocidad real de transferencia de datos (por ejemplo, Mbps o Gbps) alcanzada tanto en el enlace descendente (gNB a UE) como en el enlace ascendente (UE a gNB). 
• Latencia: El tiempo que tardan los datos en viajar desde el origen hasta el destino, fundamental para aplicaciones como la conducción autónoma y la automatización industrial.
• Eficiencia espectral: grado de eficiencia con el que se utiliza el espectro radioeléctrico disponible para transmitir datos, que suele medirse en bits/Hz. 
• Magnitud del vector de error (EVM): Una medida de la calidad de la señal que indica cuánto se desvía la señal transmitida del ideal, lo que afecta a la integridad de los datos. 
• Relación de fuga de canal adyacente (ACLR): Mide la fuga de potencia de un canal deseado a los canales adyacentes, indicando los niveles de interferencia. 
• Índice de éxito en el establecimiento de llamadas (CSSR): Porcentaje de intentos de establecer una conexión que se han realizado con éxito. 
• Índice de éxito de traspaso (HOSR): Porcentaje de traspasos exitosos de una conexión móvil de una celda a otra. 
• Consumo de energía: la eficiencia energética de la estación base, cada vez más importante para las redes sostenibles.

Las pruebas Over-the-Air (OTA) son absolutamente esenciales para las estaciones base 5G de onda milimétrica (mmWave) (gNB) debido a las características únicas de estas señales de alta frecuencia y la tecnología de antena utilizada. He aquí el motivo: 

Altas frecuencias y pérdida de señal: las señales de onda milimétrica (por ejemplo, 24 GHz y superiores) experimentan una pérdida significativa de señal cuando viajan a través de cables. Esto hace que las pruebas «conducidas» tradicionales (en las que los instrumentos se conectan directamente mediante cables) sean poco prácticas e inexactas.

Antenas integradas y formación de haces: los gNB mmWave suelen contar con conjuntos de antenas activas altamente integradas que utilizan tecnología avanzada de formación de haces para dirigir las señales. Estas antenas no se pueden desconectar fácilmente para realizar pruebas con cables. Las pruebas OTA permiten probar todo el sistema de antenas, incluidas sus capacidades de formación de haces, como una unidad completa.

Entorno realista: Las pruebas OTA en una cámara anecoica simulan un entorno inalámbrico más realista, capturando el rendimiento real de radiación del gNB, lo cual es crucial para la implementación en el mundo real.

Keysight ofrece soluciones de prueba OTA especializadas, incluyendo cabezales de radio remotos (RRH) que se pueden colocar directamente en la cámara OTA, minimizando la pérdida de cable y mejorando la precisión de la medición para métricas críticas como EVM y ACLR.

Las pruebas de unidades de red RF son un método para validar dispositivos y redes inalámbricos utilizando condiciones RF reales, como movilidad, desvanecimiento, interferencias, traspasos y variaciones geográficas. Evalúan el rendimiento de los dispositivos y las redes en entornos reales o modelados de forma realista, en lugar de solo en entornos de laboratorio estáticos y controlados.

En las pruebas de unidades de red RF, el rendimiento se evalúa en rutas o entornos de red reales, capturando cómo cambian las condiciones de RF con el tiempo y la ubicación. Esto permite a los ingenieros medir indicadores clave de rendimiento (KPI), como el rendimiento, la latencia, el éxito de los traspasos, la calidad de RF y la experiencia del usuario en condiciones de funcionamiento realistas.

Se pueden realizar pruebas de conducción de redes RF:

• En el campo, utilizando redes en directo y rutas de conducción.
• En el laboratorio, reproduciendo o modelando datos reales de pruebas de conducción para crear escenarios de prueba repetibles.

Este enfoque se utiliza habitualmente para:

• Comparar el rendimiento de un dispositivo o una red
• Validar la movilidad y el comportamiento de traspaso.
• Correlacionar los resultados de laboratorio con el rendimiento en el campo.
• Reducir la dependencia de ensayos de campo repetidos al permitir la reutilización de los datos de las pruebas del campo al laboratorio.

A medida que evolucionan las tecnologías inalámbricas, especialmente con el 5G y más allá, las pruebas de rendimiento de las redes de radiofrecuencia desempeñan un papel fundamental a la hora de complementar la emulación de UE, RAN y núcleo, ya que garantizan que la validación en laboratorio se ajuste al comportamiento real de la red.

Debe utilizar la emulación de pruebas de conducción virtuales celulares cuando necesite recrear las condiciones reales de movilidad y RF en el laboratorio para validar, depurar y optimizar el rendimiento de la red o del dispositivo en un entorno repetible y controlado. Es ideal para flujos de trabajo de desarrollo y preimplementación en los que los ingenieros necesitan evaluar los traspasos, la gestión de haces, el rendimiento y la experiencia del usuario en escenarios idénticos sin el coste y la variabilidad de las pruebas de campo. La emulación de pruebas de conducción virtual también permite reproducir los datos capturados sobre el terreno para acelerar el análisis de las causas fundamentales y las pruebas de regresión en el laboratorio.

Debe utilizar las soluciones de prueba de redes de radiofrecuencia cuando necesite medir el rendimiento real en redes comerciales activas. Estas soluciones están diseñadas para realizar pruebas sobre el terreno, lo que permite a los operadores y a los equipos de optimización evaluar la experiencia real de los usuarios, la cobertura, la movilidad y los KPI de la red durante la implementación, la aceptación, la evaluación comparativa y la optimización continua. Dado que funcionan en entornos reales, los resultados reflejan las condiciones reales de la red, pero no son totalmente repetibles.

En la práctica, ambos son complementarios:

• Las soluciones de pruebas de redes RF muestran lo que está sucediendo en la red en tiempo real.
• La emulación de pruebas de conducción virtuales celulares le ayuda a comprender por qué ocurre y a solucionar los problemas de manera eficiente en el laboratorio.

Juntos, crean un flujo de trabajo de ciclo cerrado que conecta la información de campo con la validación de laboratorio, lo que reduce el tiempo de resolución y mejora el rendimiento de la red antes y después de la implementación.