5G移动网络测试:精通5G网络测试技术

想象一下,您花了几个月的时间在您的实验室中使用最好的测试仪器设计一个新的基站。它应该在现实世界中正常工作,不应该吗?没那么快。无线网络在过去二十年中发展迅速,5G通过波束成形,大量多输入多输出(mMIMO),毫米波(mmWave)频率和新的灵活空中接口将网络复杂性提升到一个全新的水平。执行网络测试对于成功的5G商业部署至关重要。倾听工程师的意见 - 不要让驾驶测试破坏公司在5G领域的市场领导地位。

5G网络试验已经开始,并将在2019年增加。全球服务提供商都渴望抓住5G机会,并在面对每用户平均收入(ARPU)下降的情况下推动其增长和盈利。但是,他们在5G服务中的领导地位取决于有效网络的推出。网络设备制造商(NEM)有责任,他们必须安装这些网络并向运营商证明,尽管存在严峻的技术挑战,但他们仍然符合他们的标准。现场测试是验证网络覆盖范围的必要条件。对于5G,工程师还必须了解网络特性,从而产生新的考虑因素,以便从移动网络测试中获得最大收益。 
基于波束的覆盖测量
向基于波束的覆盖测量和参考信号的转变需要高性能的测试设备。使用不同形式的MIMO和波束控制来提高性能,5G新无线电(NR)缺乏长期演进(LTE)中存在的小区级参考信道。不再可能测量细胞的覆盖范围。工程师必须进行基于波束的覆盖测量。因此,关键绩效指标(KPI)计算的方法也必须改变。

此外,每个小区有几个同步信号块(SSB),根据频率,波束的最大数量范围从4到64。由于SSB波束在不同时间发射,因此没有小区内干扰。结果,5G NR网络中的参考信号的数量呈指数增长。
SSB光束是静态或半静态的。它们总是指向相同的方向并形成覆盖整个细胞区域的光束网格。用户设备(UE)搜索并测量波束。它们维护一组可能来自多个单元的候选光束。将在LTE网络中的覆盖不良的地方检测来自六个小区的参考信号的扫描仪或测试UE现在可以在5G NR网络中看到每个小区的六个波束。

SSB的时隙结构映射到静态或半静态SSB波束的网格。
虽然这些因素增加了对现场测试的需求,但工程师还需要重新考虑他们的扫描仪并测试UE设置,以确保它们能够捕获所需的KPI。在每个波束上收集的关键度量是参考信号接收功率(SS-RSRP),参考信号接收质量(SS-RSRQ)和信号与干扰加噪声比(SS-SINR)。

mMIMO

由于mMIMO对系统容量产生巨大影响,运营商将在选择,调试和验收过程中仔细检查网络设备的这一方面。需要彻底验证mMIMO实现的现场性能以获得容量增益。
许多变量影响mMIMO提供的实际增益,最明显的是UE的空间分布。当多个UE同时生成下行链路业务时,发生mMIMO容量增益。如果所有用户都在同一位置,则无法将用户隔离到不同的非重叠波束。UE之间的最小可接受水平和垂直空间间隔可以根据水平和垂直维度中gNodeB(gNB)天线面板中的物理天线元件的数量而不同。每个用户的信噪比(SNR)和多径传播曲线都会影响可实现的性能。gNB做出调度决定并且每1ms决定使用多用户MIMO(MU-MIMO)。
因此,工程师应在测试容量增益时分配各个测试UE,并同时对测试服务器执行活动批量数据传输测试。不要忘记通过检查核心网络和后端服务器带宽来检查无线接口是否是测试中的带宽瓶颈。通过在测试中使用多线程数据下载,工程师可以消除传输控制协议(TCP)流控制的负面影响。
扫描仪和UE在5G现场测试中
与诸如宽带码分多址(WCDMA)和LTE的传统技术相比,扫描仪不再接收具有5G NR的完整系统信息。例如,他们无法读取有用的参数,例如全球小区ID,移动网络代码(MNC)和移动国家代码(MCC)。在公共物理广播信道(PBCH)中仅广播最小的最小信息,以避免常见的,始终在线的小区级传输并最小化网络能量消耗。UE在建立连接时按需接收其余信息。
此外,扫描仪天线不同于真实设备,并且粗波束形成的实现增加了天线增益和MIMO性能对设备的重要性。虽然总是需要对设备无关的测量来关注网络性能,但天线增益和MIMO性能将更加依赖于具有5G NR的设备,甚至比使用LTE的设备更加依赖。
这些因素使得在5G移动网络测试中必须使用扫描仪和UE。需要扫描仪来捕获SSB参考光束覆盖范围并提供不可知测试覆盖率测量。需要UE来验证双连接和UE移动性的性能,包括波束切换和小区之间的切换。


与UE相比,扫描仪看到了什么。

网络切片

在5G NR中,出现了一种新的网络架构概念。利用固定网络中使用的软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)原理,网络切片可以在共享的物理基础设施上创建多个虚拟网络。可以将单个物理网络切分为多个虚拟网络,这些虚拟网络支持不同的无线电接入网络(RAN)或给定RAN上的服务类型。网络切片需要使用真正的over-the-top(OTT)应用程序进行主动测试,以确定真正的测量质量(QoE)。
与上一代蜂窝技术相比,具有网络分片的基于5G NR的网络可自动检测应用类型,并可为每个OTT应用应用不同的服务质量(QoS)设置。例如,网络可以检测到WhatsApp呼叫是因特网协议语音(VoIP)服务,并且在针对低延迟保证的低比特率流量优化的网络幻灯片上中继流量。这种新的网络架构概念也影响RAN的低级数字学,包括子载波间隔和持续时间。
因此,根据用户使用的应用程序,使用网络切片的5G NR网络运行方式不同,通过主动方法和真实OTT应用程序进行测试QoE比使用传统技术更重要。在5G中,让我们忘记使用FTP或speedtest.net进行批量数据传输。这些方法不足以确定5G中的真实QoE,并转化为在满足运营商期望方面承担相当大的风险。
可访问性,可保留性和内容时间是交易最重要的QoE KPI。这些指标仅在设备上可见。5G NR中的端到端QoE要求在设备上进行有效测试。使用真实OTT应用程序的主动测试也是衡量这些关键指标的最佳方法。 


是时候重新考虑移动网络测试了
简单地说,5G网络不是我们父亲的4G网络。该技术的多步功能比其前代产品增加,增强了执行现场网络测试的重要性,以加速运营商的成功调试和验收,并确保有效的商业部署。

然而,与LTE相比,5G还意味着移动网络测试的重大变化。mMIMO和波束成形将通过生成新要求并在方法,报告和KPI方面要求不同的测试解决方案来中断驱动器测试。此外,mmWave频率将引发新的挑战,因为与迄今为止使用的较低频率相比,它们具有显着不同的特性,这限制了它们穿透到诸如墙壁的各种材料中并且增加了它们对诸如树叶之类的多种元素的敏感性。虽然工程师应确保不要匆忙执行5G现场网络测试,但找到合适的合作伙伴以克服现场测试5G网络的新测量挑战也是至关重要的。

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