Anahtar Kazanımlar:
- MIMO ve hüzmeleme 5G yüksek çıkış kapasitesi için kritiktir.
- 4G’den 5G’ye kademeli geçişe imkan tanımak için bağımsız olmayan dağıtımlarda 5G, 4G ile birlikte var olabilir.
- Ağ dilimleme, uygulama gereklilikleri doğrultusunda kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesine imkan tanır.
Kablosuz fiber tabiri 5G’nin yüksek veri hızlarını tanımlamak için kullanılır. Global bağlanırlık ve otonom sürüş gibi birçok önemli kullanım alanı 5G teknolojisinin gecikme ve güvenilirlik vaatlerine bel bağlamaktadır.
Bu vaatleri yerine getirmek için efektif 5G ağ testleri kritiktir. Bu yazı 5G ağ testi ve bunun için kullanılan ekipman ve yazılımlara bir bakış sunuyor.
5G Ağ Testinin Amacı Nedir?
5G testleri aşağıdaki hedeflerle gerçekleştirilmektedir:
- Belirli bir uygulama trafiğini önceleyerek servis gerekliliklerinin kalitesini karşılamak
- Ağın ortalama ve maksimum trafik kapasitesini ölçmek
- Farklı alanlarda, özellikle bağlanırlığı zayıf olan bölgelerde, ağ kapsayıcılığını kontrol etmek
- Medya ve sanal gerçeklik kullanım alanları için veri çıkışlarını ölçmek
- Ses ve veri kullanım alanları için 5G ağ performansını doğrulamak
5G Ağ Testlerinde Hangi Dağıtım Opsiyonları Kontrol Edilir?
Aşağıdaki kısımlarda, 5G ağ testi sırasında control edilmesi gereken iki 5G dağıtımını inceleyeceğiz.
Bağımsız Olmayan 5G Dağıtımı
Bağımsız olmayan 5G mimarileri, yerleşik ağ operatörlerine, kurulu 4G altyapılarının yanı sıra 5G kurulumu yapabilme ve aboneleri için aynı anda iki servisi de sağlama imkanı tanıyor. Bir kullanıcı aksamaya yol açmadan, 5G’nin henüz ulaşılabilir olmadığı bölgelerde 4G’ye geçiş yaparak cihazlarını ve abonelik planlarını kademeli olarak 4G servislerinden 5G servislerine taşıyabilirler.
Altyapı 5G yeni radyo veya son çıkan gelişmiş 5G spesifikasyonlarını (sürüm 18 ve sonrası) uyum sağlayabilir. 4G altyapısı ise Long-Term Evolution (LTE) veya LTE-Advanced (LTE-A) spesifikasyonlarına uyum sağlayabilir.
Standarların karşıması fonksiyonalite, performans, güvenilirlik, uygunluk ve mevzuata uygunluk olmak üzere 5G’nin tüm aşamalarını karmaşıklaştırmaktadır. Örneğin:
- Yeni ve eski standartların karışımına rağmen, test tüm özelliklerin ve temel performans göstergelerinin (KPI) sağlandığını veya aşıldığını garanti altına almalıdır.
- 5G ve 4G hücreleri arasındaki hareketin kesintisiz gerçekleşmesi gerekmektedir.
Bağımlı 5G Dağıtımı
Bağımlı 5G (SA), pazara yeni açılan ağ operatörlerinin umumi olarak veya özel 5G ağları talep eden şirketlere (enerji, lojistik şirketleri ve havalimanları gibi) 5G servisleri sağlamaları için uygundur.
Test perspektifinden yaklaşıldığında, operatörler kendi servislerinin gerektirdiği ilgili 5G NR uygunluk standartlarına uyum sağlamak durumundadır.
Hangi Radyo Erişim Ağı (RAN) Konfigürasyonları Test Edilmelidir?
5G NR spesifikasyonları ağ operatörlerinin radio erişim ağlarının (RAN) 5G parçalarını işlerine, genişlemelerine ve finansal hedeflerine uygun olarak dağıtmalarına olanak tanımaktadır.
1-Dağıtılmış RAN
Görsel 1: Dağıtılmış RAN Mimarisi
Geleneksel dağıtılmış RAN (D-RAN) dağıtımında, gNodeB (gNB) olarak adlandırılan bir 5G baz istasyonu, aşağıdaki komponentleri her hücre kulesinde eş konumlu olarak bulunduran bir mantıksal alt sistemdir:
- Gelişmiş Anten Sistemi (AAS) : Bunlar akıllı telefon ve IoT sensör gibi kullanıcı ekipmanlarından gelen modüleli analog radyo sinyallerini alan antenlerdir. Bu antenler aynı zamanda dönüş sinyallerini kullanıcı ekipmanına geri gönderir.
- Uzak Radyo Birimi veya Başlığı (RRU/RRH): Bu cihaz AAS’ye çok yakın yerleştirilir. Alınan Radyo Frekans Sinyalleri (Uydu-Yer Bağlantısı) Tabanbant Birimi’ne (BBU) işlenmesi için göndermek üzere dijitize eder ve BBU’dan (Yer-Uydu Bağlantısı) gelen işlenmiş sinyalleri iletim için radyo frekanslarına dönüştürür.
- Ön Bağlantı (Fronthaul): RRU ön bağlantı üzerinden dijitize edilmiş veriyi BBU’ya gönderir. Genel Ortak Radyo Arabirimi (CPRI) gibi fiber optik iletim altyapısı ve protokollerinden oluşur.
- Tabanbant Birimi: BBU sinyal işleme, çözümleme ve 5G core ağına göndermek için veriyi hazırlamanın büyük çoğunluğundan sorumludur.
2- Bulut veya Merkezi RAN
Görsel 2: Merkezi RAN
Bulut veya Merkezi RAN (C-RAN) mimarisinde, BBU’lar hücre alanlarından dağıtım kutularına her BBU’nun birden fazla RRU’ya hizmek edebilmesi için taşınır. Bu, BBU sayısının azalmasıyla hem teknik (RRU’lar arasında daha iyi kanal dağılımı gibi) hem de maddi avantajlar sunar.
Ön bağlantı arayüzleri ve teknolojileri mesafelerden dolayı C-RAN’da daha önemli hale geliyor. Gelişmiş CPRI (eCPRI) ve gelecek nesil ön bağlantı arayüzü (NGFI) gibi yeni teknolojiler yalın CPRI yerine kullanılır.
Aşağıda görüldüğü üzere, alternatif tercih edilen bir konfigürasyon ise BBU’nun fonksiyonlarını bir dağıtılmış birim (DU) ve merkezi birim (CU) olarak ayırır. Bu, 5G ağının gecikme ve gerçek zamanlı işleme KPI’larını maliyet avantajlı olarak karşılamasına imkan sunarak sisteme esneklik kazandırır.
Görsel 3: DU ve CU ile Merkezi RAN
DU hücre alanlarına yakın olarak yerleştirilir ve Radyo Bağlantı Kontrolü (RLC) katmanı, Medya Erişim Kontrolü (MAC) katmanı ve fiziksel (PHY) katmanı gibi düşük seviye protokollerin zaman hassasiyeti yüksek işlemesini gerçekleştirir. Hata düzeltme, planlama, modülasyon ve demodülasyon gibi yönleri yönetir.
CU daha az zaman hassasiyeti olan, oturum yönetimi, radyo kaynak kontrolü, hareket kontrolü ve 5G core ile konuşmak gibi kontrol düzlemi fonksiyonlarını yönetir. Bir CU birden fazla DU’ya hizmet edebilir, bu da teknik ve finansal faydalar sağlar. DU’lar CU’lara orta bağlantıyı oluşturan yüksek bant genişlikli, düşük gecikmeli fiber ağlarla bağlanır. CU’lar arka bağlantıyı oluşturan yüksek bant genişlikli fiber ağlar üzerinden tekrar 5G core’a bağlanır.
Sanal RAN (vRAN)
vRAN konsept olarak C-RAN ile aynıdır. Aralarındaki temel fark, DU ve CU fonksiyonlarının dağıtımını kolay ve ucuz şekilde ölçeklendirilebilecek kullanıma hazır donanım ve yazılımlarda - örneğin, genel ve özel bulut hizmetlerinde - daha esnek dağıtımlara erişmek için ağ fonksiyon sanallaştırması (NFV) ve konteynerler gibi teknikler kullarak sağlar.
Açık RAN (O-RAN)
Açık RAN spesifikasyonları ağ operatörlerinin bir vRAN mimarisinde farklı satıcılardan ağ elementlerinin birleştirilmesine olanak tanır. Örneğin, açık radyo üniteleri (O-RU) bir satıcıdan, açık dağılmış birimler (O-DU) bir başka satıcıdan ve açık merkezi birimler (O-CU) bir başka satıcıdan olabilir.
Hüzmeleme Nedir?
Hüzmeleme, radyo iletimlerini sinyal güç ve aralığını artırmak için alıcının yönünde odaklar. Bunu, faz dizili bir antenin elementlerini tüm iletimlerin birbiri ile alıcı yönünde karışmasını sağlayacak şekilde manipüle ederek sağlar.
Bu neden gereklidir? 5G NR standartları, özellikle 24-100 GHz aralığında, mm dalga (mmWave) bandındaki yeni frekanslarda haberleşmeye imkan tanır. Bununla beraber, bu yüksek frekanslar, yoğun kentsel bölgelerde binalar, ağaçlar, taşıtlar ve diğer objeler ile kolaylıkla bloke olur. Böylece, gecikme ve mobilite ciddi anlamda darbe alır.
Hüzmeleme bu durumu hem RAN hem de kullanıcı ekipmanını iletimlerini dikkatlice birbirlerine doğru odaklamalarını sağlayarak engellemiş olur.
Hüzmeleme Nasıl Test Edilir?
Ağda veya kullanıcı ekipmanında hüzmeleme testi yapmak aşağıdaki ön koşulları gerektirir:
- Baz istasyonunu test etmek için cihaz iletimlerini emüle etme becerisi
- Cihazları test etmek için baz istasyonunun iletimlerini emüle etme becerisi
- Çok ve çeşitli iletimler geleneksel kablolu test imkanın engellediğinden havadan (OTA) test becerisi
Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (MIMO) Nedir?
Masif MIMO (mMIMO) ve çoklu kullanıcı MIMO (MU-MIMO), uzamsal çoklama ile eşzamanlı olarak aynı frekans kanalında birçok veri akışını iletmek için çok sayıda anten kullanır. Bu çoklu veri akışları, 5G kanallarının verimli çıkışlarını ciddi manada destekler.
Tıpkı hüzmeleme gibi, MIMO da OTA testi gerektirir çünkü anten ve iletim sayısı çok fazladır.
5G Karasal Olmayan Ağlar Nasıl Test Edilir?
5G’nin önemli yönlerinden biri, balonlar, uçaklar ve dronlar gibi uydu ve insansız hava araçlarının RAN’ı her yerde bağlanırlık için uzaya kadar genişletmek için kullanımıdır. Bununla birlikte, bu yeni mobil baz istasyonu platformlarının yüksek yörünge hızları ve ağ komponentleri arasındaki büyük mesafeler sebebi ile artan gecikmeler frekanslarda Doppler kaymalarına sebep olur.
NTN ve cihaz testleri için ağ operatörleri ve 5G cihaz üreticileri aşağıdakilere ihtiyaç duyar:
- Uyduların yörüngesel hareketlerini ve İHA’ların kinetiklerini Doppler kaymaları gibi fenomenler de dahil olmak üzere emüle etme becerisi
- Kullanıcı ekipmanından gerçekleşen iletimlerini emüle etme becerisi
Nesnelerin İnterneti (IoT) Ağları Nasıl Test Edilir?
5G’nin bir diğer önemli özelliği ise çok sayıda IoT cihazına 5G ağlarından verimli veri transferine olanak sunan masif makine tipi haberleşmedir (mMTC).
Ayrıca, 5G azaltılmış beceri (RedCap) veya NR-Lite 5G standardının IoT kullanım alanları için özel olarak dizayn edilmiş düşük versiyonudur.
5G Core Nasıl Test Edilir?
5G core fiber ağlar aracılığıyla RAN’ın baz istasyonu komponentleriyle (BBU, CU, O-CU) haberleşir. Core’u test emek için 5G baz istasyonunun fonksiyonları emüle edilmelidir.
Ağ Dilimleme Nedir?
Ağ Dilimleme, 5G core fonksiyon ve kaynaklarının spesifik uygulamalara uyması için dinamik olarak tahsisidir. Örneğin, otonom sürüş ultra düşük gecikme gerektirir, fakat aynı durum veri arama için geçerli değildir. Ağ dilimleme dinamik olarak fonksiyonlarını bu farklı uygulamalara uyması için NFV kullanarak konfigüre eder ve dağıtır.
Ağ Dilimleme Nasıl Test Edilir?
Ağ dilimlemeyi test etmek için farklı kullanım alanlarını konfigüre etme ve simüle etme becerisi gereklidir. Örneğin:
- Önceden programlanmış rotalar ile bir sürüş filosu oluşturabilmelisiniz ve sonrasında 5G core’un otonom araçlar üzerindeki gerçek 5G kullanıcı ekipmanı ile haberleştiğini düşündürmek için radyo iletimini simüle edebilmelisiniz.
- Yüksek sayıdaki kullanıcı ekipmanını core’un ulaşım filosunun IoT konum raporlama ağı ile konuştuğunu düşünmesi için simüle edebilmelisiniz.
5G Ağ Testlerinde Hangi Temel Metrikler Kullanılmaktadır?
5G ağ testlerinda ölçülen bazı temel metrikler ve KPI’lar aşağıdakileri kapsamaktadır:
- Gecikme, çıkış ve bit hata oranı (BER) gibi servis kalitesi (QoS) faktörleri
- Sesli görüşme kalitesi, mobil geniş bant hızları, mobilite ve farklı 5G hizmetlerinin genel kullanıcı deneyimleri açısından son kullanıcının gözünden deneyim kalitesi (QoE)
- Servis müsaitliği
- RF kapsayıcılığı ve işaret yolu kaybı ve uzamsal korelasyon gibi metrikler
- Radyo enterferansı
- Konumlama doğruluğu
- Güç verimliliği
- Güvenlik metrikleri
- Desteklenen cihaz yoğunluğu
5G Ağ Testlerinin Zorlukları Nelerdir?
5G ağ testlerinin bazı büyük zorlukları aşağıdaki gibi listelenmiştir:
- MIMO ve Hüzmeleme Testi: Bu iki konunun QoE üzerinde büyük etkileri mevcuttur. Bununla beraber, çok sayıda anteni, iletimi ve kanalı ve OTA testini farklı senaryolar oluşturmak için emüle etmek kolay değildir. Test otomasyonu burada kritik önem taşımaktadır.
- Yoğun Kentsel Bölgelerin Emülasyonu: Bu ortamlar sinyalleri işaret yolu kaybı ile sonuçlanacak biçimde etkiler. Bu ortamları emüle etmek 3 boyutlu haritalama becerileri olan yazılım gerektirir.
- Birlikte İşlerlik Testi: 4G ve 5G komponentlerin NSA modunda olup olmadığını ve O-RAN komponentlerin birlikte işlerliğini test etmek zor olabilir. Test otomasyonu bu kompleks test senaryolarının simülasyonu için çok önemlidir.
5G Ağ Testleri İçin Hangi Ekipman ve Yazılımlar Kullanılır?
5G ağlarının kompleksiteleri göz önünde bulundurulduğunda, mobil ağ operatörleri, cihaz üreticileri, uydu servis sağlayıcıları, IoT sağlayıcıları ve çeşitli yan servis sağlayıcıları olmak üzere tüm paydaşların amaca uygun üretilen ekipmanlar ve yazılım kullanması efektif testler için önemlidir. İlerleyen bölümlerde, bazı test ekipmanları ve yazılımları inceleyeceğiz.
5G Konusunda Özelleşmiş RF İşaretleşme Platformu
Görsel 4: Keysight E7515B UXM 5G Kablosuz Test Çözümü
Son çıkan Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi (3GPP) spesifikasyonlarından haberdar olan bir işaretleşme platformu temel bileşendir. Keysight E7515B UXM 5G kablosuz test çözümü, çoklu formatta yığın desteği, zengin işleme gücü ve RF kaynakları ile bu konuda özelleşmiş bir platformdur.
5G RAN Testi
Görsel 5: 5G RAN Test Yazılımı
5G RAN Test Yazılımı uçtan uca 5G RAN doğrulaması için gerekli ölçekte farklı durumları destekleyen kullanıcı ekipmanı trafiğini simüle edebilir. NR üzerinden sesli iletişim, LTE üzerinden sesli iletişim, seç-izle, ve daha birçok gerçek dünya kullanıcı aktivitelerini birkaç kullanıcı ekipmanından binlerce kullanıcı ekipmanına ölçeklerde simüle edebilir.
Havadan (OTA) Test Odaları
Görsel 6: OTA Test Odası
5G OTA Test Odaları anten ölçümleri ve RF uygunluk testlerine olanak tanır. Bu odalar farklı kullanım alanlarını desteklemek için prob antenlerinin farklı sayı ve pozisyonlarında konfigüre edilebilir. Örneğin, MIMO performans testleri ve güçsüzleşme koşullarında radyo kaynak yönetimi testleri yapılabilir.
5G Core Doğrulama
Görsel 7: P8900S 5G Core Doğrulama Yazılımı
P8900S LoadCore yazılımı ağ dilimleme, çoklu erişim uç bilişim (MEC), düşük gecikme, boşaltma ve benzer kullanım alanları için kullanıcı ekipmanı davranışlarını simüle eder.
5G Core Simülatör
Bir core simülatör, RAN çözümlerinin testine yardımcı olmak için 5G core fonksiyonlarının emülasyonuna olanak tanır. Örneğin, P8860S CoreSim 4G, NSA 5G ve SA 5G core fonksiyonları simüle edebilir.
Kullanıcı Ekipmanı Simülatörü
Görsel 8: P8800S UeSIM
Bir kullanıcı ekipmanı simülatörü radyo üzerinden ve ön bağlantı arayüzleri ile gerçekçi ağ trafiği oluşturur. Örneğin, P8800S UeSIM gerçek ses ve veri oturumları işleten eşzamanlı binlerce cihaz üzerinde çalışan uygulamaları simüle eden gerçekçi trafik yükleri oluşturabilir.
NTN Test Yazılımı
Karasal olmayan ağ komponentlerinin doğrulanması için birçok gelişmiş simülasyon ve ölçüm yazılımı bulunmaktadır.
Spektrum Analizörler
Görsel 9: Keysight 5G sinyal analiz çözümü – UXA ve PXA sinyal analizörler kullanılır
UXA ve PXA sinyal analizörler (spektrum analizörler) ile beraber PathWave X-Series ailesinin çok dokunuşlu uygulamaları ve PathWave Vector Signal Analysis (89600 VSA) yazılımı 5G sinyal analizine olanak tanır.
Operatörler 5G Ağ Güvenliğini Nasıl Test Eder?
5G kapasitelerinin sayı ve kompleksitesi arttıkça saldırı alanı da katlanarak artıyor. Örneğin:
- NTN’ler zorla girilme durumunda jeopolitik sonuçlar doğurabilecek tamamen yeni bir ağ elementleri boyutu katıyor.
- IoT ağları botnetlere döndürülmekten korunmalıdır.
- Otonom araçları ciddi kazalara karıştırabilecek kötü amaçlı girdiler hücresel Araçtan Her Şeye (V2X) üzerinden gönderilebilir.
Zafiyet ve saldırıların simülasyonu için dikkate değer bazı güvenlik test araçları aşağıdaki gibidir:
- Tehdit Simülatörü: İhlal ve saldırı emülasyonu ile güvenli şekilde canlı ağınızda saldırıları tekrar yaratır
- CyPerf: 5G Mimarilerinde kullanılan hibrit ve bulut altyapılarının güvenlik ve performansını doğrular
- BreakingPoint: 5G ağlarının güvenlik duruşunu doğrular
5G Ağ Testlerini Keysight ile Kolaylaştırın
Bu yazıda, 5G’nin test edilmesi gereken kapasitelerini ve bunu yapmak için gereken ekipman ve araçları inceledik.
5G ağ ekipmanları ve cihazların testi için bizimle iletişime geçebilirsiniz.
