Tres desafíos de la tecnología 5G New Radio que se pueden resolver hoy #Tecnologia

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Introducción
La innovación tecnológica cambia la manera en que la sociedad interactúa con el mundo que la rodea y la velocidad a la que lo hace.
Hasta no hace mucho tiempo, una carta manuscrita tardaba dos semanas en llegarle a la tía Ana. Luego, con la llegada del correo electrónico cambió fundamentalmente el modo en que nos comunicamos, al permitir que los mensajes lleguen en segundos en lugar de en días o semanas.

La innovación en motores mecánicos masificó el uso del automóvil, que vino a remplazar a los carruajes tirados por caballos y a ayudar a transportar a personas y mercaderías de un punto a otro en una fracción del tiempo que llevaba hacerlo.

Si bien la tecnología 5G New Radio (5G NR) está impulsada en parte por la demanda del consumidor, se atribuye principalmente a los innovadores que superan los límites de la tecnología y la velocidad. Los consumidores tienen una necesidad creciente e insaciable de contar con ancho de banda y velocidad, pero mucho de esto viene incitado por la innovación tecnológica.
Aunque parezca promisoria, la tecnología 5G NR plantea algunos desafíos propios. 

5G New Radio
La demanda del consumidor por tener más ancho de banda, velocidades de transferencia de datos más altas y mejor conectividad está forzando a los ingenieros a innovar en busca del próximo límite de la tecnología celular, utilizando 5G NR para atender a esas demandas con una red de comunicación confiable. Con la tecnología 5G NR, usted precisará utilizar recursos nuevos y existentes para alcanzar un procesamiento de datos extremo y, al mismo tiempo, hacer frente a nuevos desafíos de prueba: pruebas a frecuencias de onda milimétrica, anchos de banda de canal más amplios y complejas configuraciones multiantena.

Las estaciones base y los dispositivos móviles con 5G NR implementarán diseños de onda milimétrica (mmWave) e inferiores a los 6 GHz que exigen la optimización y validación del desempeño del haz en 3D con nuevas configuraciones de prueba por aire (OTA) más complejas que necesitan amplios anchos de banda de canal y pruebas de múltiples entradas, múltiples salidas (MIMO) multicanal. La complejidad aumenta la cantidad de instrumentos necesarios y la incertidumbre acerca de las mediciones de los sistemas OTA mmWave, lo que dificulta la realización de mediciones precisas y repetibles.

Hay algo muy cierto: incluso con la incertidumbre respecto de un estándar 5G New Radio que evoluciona, la tecnología 5G tiene aplicaciones interesantes en una variedad de industrias. 

En el sector automotriz, el tiempo de respuesta de los vehículos autónomos en situaciones de emergencia es más veloz en órdenes de magnitud que el tiempo de respuesta humano.  En el sector del entretenimiento y las transmisiones multimedia a través de teléfonos móviles y PC, la descarga de una película de extensión promedio puede disminuir de siete minutos a seis segundos.   Por último, en el ámbito de la Internet de las Cosas (IoT), la tecnología 5G promete incrementar la seguridad y la integridad habilitando altas velocidades de transferencia de datos en los dispositivos IoT en el hogar inteligente. 

No obstante, para llegar hasta allí, primero deberá superar tres obstáculos al probar la tecnología 5G.

Tres desafíos clave

Complejidad de la configuración del sistema de prueba

Las pruebas de 5G requerirán configuraciones más complicadas que se amolden a las características de los nuevos diseños celulares. Las primeras aplicaciones de la tecnología 5G operarán a frecuencias inferiores a los 6 GHz y frecuencias mmWave entre los 28 GHz y los 39 GHz. Esta tecnología exige también un mayor ancho de banda de modulación (hasta 2 GHz) para respaldar las velocidades de transferencia de datos pico. Como las aplicaciones de 5G operan a frecuencias mmWave, las configuraciones anteriores se han convertido en entornos de prueba por aire con antenas en fase. Estas antenas se enlazan directamente con su circuito integrado de radiofrecuencia (RFIC). Brindan alta ganancia y capacidades de direccionamiento del haz que garantizan una mayor confiabilidad a frecuencias mmWave.

Mayor pérdida de ruta del sistema
Debido a que actualmente la señal deseada se propaga a través del aire en lugar de por un medio de cable físico, se entiende que habrá alguna pérdida de ruta del sistema. Si la pérdida de ruta del sistema es alta, la relación señal/ruido (SNR) será baja. Una SNR baja lleva a mediciones del transmisor con magnitud del vector de error (EVM) y relación de potencia del canal adyacente (ACPR) deficientes. Esto significa que las mediciones no muestran el desempeño real de un dispositivo y, al mismo tiempo, reduce la sensibilidad del receptor. Actualmente, en el mundo de las pruebas OTA, el concepto de prueba de antena radiada es conocido. No obstante, con el cambio de tecnología 4G a 5G, las pruebas OTA involucrarán también pruebas del desempeño funcional y paramétrico de la RF a frecuencias de onda milimétrica. Estas pruebas varían desde la EVM y la relación de fuga del canal de adyacencia (ACLR) hasta el procesamiento de datos y el módem.

Ciclos de desarrollo de productos prolongados
Por último, otro gran desafío que nos plantea el estándar 5G NR es que aumenta la cantidad de pruebas, y esto puede extender los ciclos de desarrollo de productos. Esto se debe en parte a instancias en las que no es tan simple pasar de dos pruebas de canal de interferencia a pruebas de conformación de haz y MIMO de doble canal.  Los ingenieros también deben tener presente que, con la nueva tecnología, existen más elementos de prueba y escenarios que deben validarse.

Además, se pierde mucho tiempo al tener que esperar que un proveedor envíe señales conformes con el estándar 5G NR más reciente para su aplicación cuando el estándar evoluciona constantemente. Estos desafíos no son solo una molestia, sino que además le quitan tiempo para el desarrollo de los productos básicos, que puede retrasarlo en la carrera hacia la tecnología 5G.

La solución
Es sabido que la tecnología 5G NR requiere un mayor ancho de banda de modulación (2 GHz) y opera a frecuencias mmWave. Por ejemplo, para probar un receptor, se necesita un generador de señal confiable (ver Figura 3) que cumpla con esos requerimientos mínimos. No es la mejor solución utilizar múltiples instrumentos para cumplir con la variedad de pruebas de tecnología 5G que se requieren. Un solo instrumento que realice todas las pruebas no solo minimizará el tiempo de configuración de la prueba, sino que también ayudará a cumplir con los estándares 5G 3GPP más rápidamente.  

Figura 3: Contar con un único instrumento de generación de señal adecuado puede ayudarlo a reducir la complejidad de la configuración de su sistema de prueba, ofrecerle la alta potencia de salida necesaria para las pruebas de mmWave radiada y minimizar el ciclo de desarrollo de productos.

Si bien tiene sus ventajas operar a frecuencias de onda milimétrica, hay una desventaja significativa: la pérdida de ruta del sistema. Compensar la pérdida excesiva de ruta del sistema a frecuencias mmWave exige un generador de señal con gran potencia de salida.

Un generador de señal también debe tener una sección de salida lineal, menos distorsión y bajo ruido de fase a altos niveles de potencia. Estos requisitos son fundamentales para tomar mediciones precisas a frecuencias mmWave y asegurar que no surjan errores en el generador de señal. Para superar la pérdida excesiva de ruta, se debe incrementar la potencia de salida de un generador de señal y se debe utilizar un analizador de señal altamente sensible que compense la pérdida.

El desarrollo de productos puede demorarse si no se cuenta con un generador de señal confiable que permita cambiar rápidamente entre pruebas de canal de interferencia independientes y pruebas de conformación de haz y MIMO de doble canal, y si se debe mantener al corriente por sí solo de la creación de señales que cumplan con el estándar 5G NR. Las fuentes de señales con canales dobles incorporados posibilitan una gran cantidad de configuraciones de pruebas de conformidad con los estándares 3GPP. El software que hoy cuenta con señales conformes con los estándares 5G NR libera tiempo para enfocarse solamente en el desarrollo de productos y no en crear meticulosamente nuevas señales compatibles. 

Conclusión

La tecnología 5G NR es revolucionaria. Tendrá un efecto dominó sobre otros cambios tecnológicos, ya que la tecnología celular brinda más ancho de banda, velocidades de transferencia de datos más altas y mejor conectividad. La oportunidades que generará la tecnología 5G son infinitas y exigirán las herramientas adecuadas para superar estos desafíos de prueba:

  • complejidad de la configuración del sistema de prueba,
  • mayor pérdida de ruta del sistema, y
  • ciclos de desarrollo de productos prolongados.

Las herramientas adecuadas no solo lo ayudarán a mantenerse un paso adelante en la carrera hacia la tecnología 5G, sino que también brindan un mayor nivel de confianza en el desempeño del dispositivo, y con más rapidez.

Si desea obtener más información sobre la generación de señal 5G, consulte el documento 4 Tips for 5G New Radio Signal Creation (Cuatro consejos para la creación de señal 5G New Radio).
 

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