针对 5G 测试传输网络

前传和中传网络测试

不管服务提供商是在部署新技术还是全新网络,都需要对所有组件、连接和整体网络集成进行测试。在确保所有的物理层测试(光纤检测和认证)完成后,重要的是要运行更高层的测试以及定时和同步,以确保获得最佳投资回报。测试失败会导致网络启动延迟、5G 系统性能不佳,以及过度的、计划外的资本支出。最终,忽视测试可能会对客户体验产生负面影响,导致最终用户流失,并损害业务。

中传网络的服务水平协议 (SLA) 将与回传网络非常相似,这意味着测试要求将是相似的:

A. 带宽测量/承诺信息速率
B. 延迟和抖动
C. 分组或帧丢失
D. RFC 2544 和 Y.1564 测试

随着更高的容量、超低延迟和可靠性服务的部署,前传网络的 SLA 将变得更加严格。我们将看到网络从暗光纤发展到更广泛的 WDM 扩展,这意味着将需要进行 WDM 测试。一些服务提供商已经在部署 NG-PON 作为未来的投资。我们预计在实时通信中会更频繁地使用时间敏感网络 (TSN)。这种网络对于端到端传输延迟会有严格的、不可协商的时间限制,在这种情况下,网络中的设备需要有一个公共的时间参考,因此需要同步其时钟。这意味着除了上面列出的测试外,还需要进行定时和同步测试。

同步测试

如前所述,定时和同步在无线网络的性能中起到关键作用。在 5G 网络中,由于时分双工 (TDD) 和协调无线电技术所带来的阶段和定时需求的原因,这些要求得到进一步加强。以前的移动网络主要需要频率同步来对准信号。遗憾的是,仅有频率同步对于 5G 而言并不够。

同步要求来源于若干机构,其中包括第三代合作伙伴计划 (3GPP)。3GPP 技术规范 36.104/38.104 代表两个关键文档,这些文档描述基站无线电传输和接收要求。更具体地,第 6.5 节(传输信号质量)列出了对于同步网络设计至关重要的若干要求,其中包括时间对准误差 (TAE)。TAE 定义为属于不同天线或发射器组的任意两个信号之间的最大定时差异。这些要求根据无线应用案例(表 2)进行分类。将为这些使用案例分配从 A+ 到 A、B 和 C 的唯一类别。该表底部的使用案例是目录正在开发的使用案例,尚未分配有类别。

3GPP功能RAN LTERAN NR
MIMO 或 TX 多样性传输类别 A+类别 A+
带内邻近载波聚合类别 ABS 类型 1:类别 B BS 类型 2:类别 A
带内非邻近载波聚合类别 B类别 C
带间载波聚合类别 B类别 C
TDD类别 C类别 C
双连接类别 C类别 C
COMP在 3GPP 中未指定在 3GPP 中未就绪
补充上行链路对于 LTE 不适用在 3GPP 中未就绪
带内频谱共享在 3GPP 中未就绪在 3GPP 中未就绪
定位在 3GPP 中未指定在 3GPP 中未就绪
MBSFN在 3GPP 中未指定在 3GPP 中未就绪
表 2. 定时精度类别(eCPRI 传输要求)

类别 A+ 需要最严格的同步要求(表 3);类别 C 的要求与当前 LTE 回传网络一致。这些要求用相对和绝对时间误差(TE) 来表示。相对 TE 指定任意两个 RU(或 eRE)之间的时间误差。绝对 TE 是指与对照主参考时钟 (PRTC) 的时间误差。大多数情况下,绝对 TE 要求是对各自相对 TE 要求的补充(类别 A+、A 和 B)。

类别时间误差
A+(相对)20-32 纳秒
A(相对)60-70 纳秒
B(相对)100-200 纳秒
C(绝对)1100 纳秒
表 3:时间误差要求

图 10. 显示包含 MTS-5800 的同步网络组件和测试应用,用于验证与 PRTC/T-GM(主要参照和祖时钟)的连通性和测量网络内的时间误差。

图 10. 使用 MTS 5800 的同步测试应用

FTN 测试

引入前传传输网络节点 (FTN) 是为了管理以太网接入环,后者可提供支持传统 CPRI 和 5G eCPRI 的融合前传,如图 11中所示。

图 11. FTN 网络体系结构

这解决了一些拓扑难题,但务必要确保 FTN 网络未产生过度延迟,并且符合接入网络的延迟和同步预算。下表列出了eCPRI 的主要传输需求。

Cos名称示例应用单向最大数据包延迟单向数据包损耗率
用户面100 微秒10-7
用户面(慢)、C&M 面(快)1 毫秒10-7
C&M 面100 毫秒10-6
表 4:分割 E 和分割 ID、IID、IU 要求

目前,实验室中的多个 NEM 正在使用 VIAVI MTS-5800-100G 来验证 FTN 性能。MTS-5800 (100G) 可执行 eCPRI 测试,并且可测量吞吐量、延迟和数据包抖动。工程师可使用 MTS-5800,依据 eCPRI 规范配置 eCPRI 报文类型,测量每种报文类型的带宽,并以小于 5 纳秒的精度测量往返延迟 (RTD)。通过执行 FTN 测试,工程师可验证 FTN 的延迟和同步要求,并可确保其符合设计的网络规范。在未来,还可以在现场使用此测试来验证前传网络的性能。

VIAVI MTS 可对 5G 前传网络执行以下测试:

图 12. 5G 前传传输测试应用案例

  • 生成和分析 eCPRI 信号 (10/25GE)
  • 验证 eCPRI 报文类型的恰当 QoS(测量每个报文类型的带宽/延迟/抖动)
  • 生成/过滤 eCPRI 子标头
  • 单向延迟测量
  • RTD 测量精度 < 5 纳秒
  • C&M、SNMP/UDP/TCP 测试
  • 测试 PTP/SyncE/GPS 是否同步
  • 仿真 PTP 从时钟/主时钟
  • 测量时间误差、漫游、PDV、MTIE/TDEV
  • GPS 信号强度、轨迹
  • 测试以太网 OAM(环回、LoC、轨线)

5G 前传 RU 连通性和延迟测试

  • 验证与 RU 的连通性
  • 针对 RU 测量单向延迟
  • 验证 PTP 连通性,并测量 PTP 时间误差
  • 可针对 DU 完成相同测试
图 13. 5G 前传 RU 连通性和延迟测试

GPS 测试(GPS 信号/卫星覆盖范围测试)

务必要在安装时检查 GPS 天线位置的 GPS 信号稳定性和适用性,并在安装之后定期检查,因为站点周围的情况可能会改变。VIAVI MTS-5800 使用集成 GPS 接收器测试 GPS 信号,并提供以下结果:

  • 可见卫星数
  • 信号强度
  • CNO 地图光谱图绘制一段时间内卫星在视线内沿轨道运行的轨迹
图 14. 使用 VIAVI MTS-5800 进行 GPS 测试

PTP 测试(PTP 定时误差测试)

如前所述,可靠的无线服务依赖于可靠的同步。对于 PTP,PTP 从时钟 (RIU) 需要能够连接到为其分配的 PTP 祖时钟,并符合诸如数据包百分位下限等 PTP 频率剖面网络限制。此外,PTP 时间/相位剖面必须符合时间误差网络限制。使用作为 PTP 从时钟工作的 VIAVI MTS-5800,工程师可检查与 PTP 祖时钟的连通性,并通过使用分步指南检查定时误差是否符合要求。

图 15. 使用 VIAVI MTS-5800 进行 PTP 检查

以太网测试

如前所述,较早的中传(即分布式单元和集中式单元之间的链路)与回传相比具有类似的 SLA。因此,验证中传性能的需求与验证回传网络的性能非常相似。验证数据面和控制面的正确配置和高质量传输非常重要。通过实施 RFC 2544 和Y.1564 测试方法在以太网或 IP 级别验证端到端配置,并确保诸如承诺突发尺寸 (CBS)、承诺信息速率 (CIR)、延迟、数据包抖动和帧丢失等关键性能目标得到满足。

可以使用支持 RFC 2544 和 Y.1564 测试方法的解决方案来执行测试。可在单端或双端测试拓扑中完成测试。后者需要两个测试单元,但可确保在两个方向上对网络进行适当的特征分析,并可检测两个方向之间的潜在不对称。单向延迟测量可以确定由网络设备、组件或光纤长度导致的不对称。借助 VIAVI MTS-5800-100G,服务提供商可以执行以下测试:

  • 吞吐量/单向和环回延迟/帧丢失/抖动
  • RFC2544 测试
  • RY.1564 测试
图 16. 用于 RFC2544 测试的 MTS-5800

虚拟网络性能测试

利用网络功能虚拟化 (NFV),网络将从以硬件为中心的专有网络基础设施转变为基于标准的开放式软件模型,这种软件模型正在彻底改变网络的设计、实施和运作方式。在 5G 领域,我们希望看到更大规模的商用现货 (COTS) 服务器的部署和集成,以及虚拟功能的编排,这种类型的网络还需要测试和测量解决方案,这些解决方案更多地基于软件,而不是物理专有硬件产品,特别是对于更高层次的测试。使用 VIAVI NITRO vNet Fusion 解决方案,服务提供商可以将基于软件的测试代理与基于标准的 (RFC7594) 数据收集方法相结合,以快速有效地测试无线回传和中传。

图 17. Fusion 测试体系结构

当引入新的回传/中传服务时,工程师可以快速添加虚拟探针、运行第 2-4 层测试,以及测量网络性能和吞吐量和评估整体网络质量。

结论

随着服务提供商持续寻求提供需要不同质量水平的新 5G 业务,他们必然会从基于 CPRI 的前传方法演变为更基于分组的分割架构。这种体系结构可以满足他们的需求,因为它提供了更大的灵活性,但它也需要不同的测试方法。在一定范围内验证延迟、定时和同步以及网络可用性需要高效且简单的测试解决方案。利用 VIAVI 完全整合的支持云的仪器和系统、软件自动化以及网络测试服务、性能优化和服务保障产品组合,运营商及其合作伙伴可以信心十足地顺利完成网络和业务部署、实现可持续发展的网络质量,并确保提供出色的客户体验。